計(jì)算機(jī)視覺與應(yīng)用 課件 2.1 數(shù)字圖像

2.1數(shù)字圖像CONTENTS目錄數(shù)字圖像01數(shù)字圖像數(shù)字化表示02圖像文件格式03CONTENTS目錄數(shù)字圖像01數(shù)字圖像數(shù)字化表示02圖像文件格式03數(shù)字圖像，又稱數(shù)碼圖像或數(shù)位圖像，是由模擬圖像數(shù)字化得到的、以像素（或像元，Pixel）為基本元素，可以用計(jì)算機(jī)或數(shù)字電路存儲(chǔ)和處理的圖像。01數(shù)字圖像可以由不同的輸入設(shè)備和技術(shù)生成，例如數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、坐標(biāo)測量機(jī)等等，也可以從任意的非圖像數(shù)據(jù)合成得到，例如用數(shù)學(xué)函數(shù)、三維幾何模型等得到。02數(shù)字圖像像素（或像元，Pixel）是在模擬圖像數(shù)字化時(shí)對(duì)連續(xù)空間進(jìn)行離散化得到的。每個(gè)像素具有整數(shù)行（高）和列（寬）位置坐標(biāo)，同時(shí)每個(gè)像素都具有整數(shù)灰度值或顏色值。01通常像素在計(jì)算機(jī)中保存為二維整數(shù)數(shù)組的光柵圖像，這些值常用壓縮格式進(jìn)行傳輸和儲(chǔ)存。02我們可以這樣理解數(shù)字圖像，圖像是由許多像素組成的，圖像處理是在二維平面上對(duì)圖片的每一個(gè)像素進(jìn)行處理，而如何知道我們處理的是這一個(gè)像素，而不是另外一個(gè)像素，就需要定義一個(gè)圖像的最基本的元素，這個(gè)元素就是像素。03數(shù)字圖像CONTENTS目錄數(shù)字圖像01數(shù)字圖像數(shù)字化表示02圖像文件格式03二值圖像二值圖像是指僅僅包含黑色和白色兩種顏色的圖像，圖像的每個(gè)像素只能是黑或者白，其像素值為0或1。下圖為二值圖像。二值圖像01一幅灰度圖像就是一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，矩陣的值表示灰度的濃淡。其每個(gè)像素只有一個(gè)采樣顏色的圖像，這類圖像通常顯示為從最暗黑色到最亮的白色。02灰度圖像與黑白圖像不同，在計(jì)算機(jī)圖像領(lǐng)域中黑白圖像只有黑色與白色兩種顏色；灰度圖像在黑色與白色之間還有許多級(jí)的顏色深度。03灰度圖像經(jīng)常是在單個(gè)電磁波頻譜如可見光內(nèi)測量每個(gè)像素的亮度得到的，用于顯示的灰度圖像通常用每個(gè)采樣像素8位（uint8）的非線性尺度來保存，這樣可以有256級(jí)灰度（如果用16(uint16)位，則有65536級(jí)）。灰度圖像灰度圖像圖

灰度圖像的表示方式模型描述圖RGB模型也稱為加色法混色模型。它是以R、G、B三原色光互相疊加來實(shí)現(xiàn)混色的方法，適合于顯示器等發(fā)光體的顯示。人類視覺系統(tǒng)能感知的顏色都可以用紅、綠、藍(lán)三種基色光按照不同的比例混合，例如：白色=100%紅色+100%綠色+100%藍(lán)色；黃色=100%紅色+100%綠色+0%藍(lán)色等。

RGB顏色模型在RGB彩色模型中表示的圖像由R、G、B三個(gè)8比特分量圖像構(gòu)成，三幅圖像在屏幕上混合生成一幅合成的24比特彩色圖像，也即是全彩色圖像，如圖對(duì)應(yīng)的24位彩色立方圖可表示為：彩色圖像彩色圖像圖

彩色圖像的像素構(gòu)成情況HSV顏色空間是一種用色調(diào)（H）、飽和度（S）、亮度（V）聯(lián)合表示的顏色模型。其色彩空間由3部分組成：HSV模型顏色種類，如紅、藍(lán)、黃，范圍0-360°，每個(gè)值對(duì)應(yīng)著一種顏色。Hue(色調(diào)):顏色的強(qiáng)或是顏色的豐滿程度，范圍0-100%，0表示沒有顏色，100表示強(qiáng)烈的顏色，降低飽和度其實(shí)就是在顏色中增加灰色的分量。Saturation(飽和度):顏色的亮度，范圍0-100%，0總是黑色，100時(shí)根據(jù)飽和度，可能為白色或飽和度更低的顏色。Value(亮度值):由于H、S分量代表了色彩分信息，不同HS值在表示顏色時(shí)有較大差異，所以該模型可用于顏色分割。模型可表示為：彩色圖像CONTENTS目錄數(shù)字圖像01數(shù)字圖像數(shù)字化表示02圖像文件格式03BMP格式01圖像文件格式BMP（全稱Bitmap）是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，可以分成兩類：設(shè)備相關(guān)位圖DDB（Device-Dependent-Bitmap）和設(shè)備無關(guān)位圖DIB（Device-Independent-Bitmap），其使用非常廣，采用位映射存儲(chǔ)格式，除了圖像深度可選以外，不采用其他任何壓縮，因此，BMP文件所占用的空間很大。BMP文件的圖像深度可選1bit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。由于BMP文件格式是Windows環(huán)境中交換與圖有關(guān)的數(shù)據(jù)的一種標(biāo)準(zhǔn)，因此在Windows環(huán)境中運(yùn)行的圖形圖像軟件都支持BMP圖像格式。在Windows系統(tǒng)平臺(tái)上和Android手機(jī)上，直接使用系統(tǒng)默認(rèn)的圖片瀏覽器即可打開。BMP格式01圖像文件格式BMP圖像文件也稱位圖文件，包括以下內(nèi)容：（1）BMP文件頭(bmpfileheader)：圖像文件的類型、大小和位圖陣列的起始位置等信息。（2）位圖信息頭(bitmapinformation)：圖像數(shù)據(jù)的尺寸、位平面數(shù)、壓縮方式、顏色索引等信息。（3）調(diào)色板(colorpalette)：可選，如使用索引來表示圖像，調(diào)色板就是索引與其對(duì)應(yīng)的顏色的映射表，在使用256位彩色、16位彩色等情況下用到。（4）位圖數(shù)據(jù)(bitmapdata)：圖像的像素?cái)?shù)據(jù)。位圖文件頭分4部分，共14字節(jié)，每個(gè)部分的組成如表2-1-1所示。BMP格式01圖像文件格式GIF（GraphicsInterchangeFormat）格式02圖像文件格式GIF格式是一種公用的圖像文件格式標(biāo)準(zhǔn)，它是8位文件格式（一個(gè)像素一個(gè)字節(jié)），所以最多只能存儲(chǔ)256色圖像。GIF文件中的圖像數(shù)據(jù)均為壓縮過的。GIF文件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般包括7個(gè)數(shù)據(jù)單元：文件頭、通用調(diào)色板、圖像數(shù)據(jù)區(qū)，以及4個(gè)補(bǔ)充區(qū)。其中，表頭和圖像數(shù)據(jù)區(qū)是不可缺少的單元。一個(gè)GIF文件中可以存放多幅圖像，所以文件頭中包含適用于所有圖像的全局?jǐn)?shù)據(jù)和僅屬于其后那幅圖像的局部數(shù)據(jù)。當(dāng)文件中只有一幅圖像時(shí)，全局?jǐn)?shù)據(jù)和局部數(shù)據(jù)一致。存放多幅圖像時(shí)，每幅圖像集中成一個(gè)圖像數(shù)據(jù)塊，每塊的第一個(gè)字節(jié)是標(biāo)識(shí)符，指示數(shù)據(jù)塊的類型。TIFF（TaggedImageFile）格式03圖像文件格式TIFF格式是一種獨(dú)立于操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的格式（在Windows環(huán)境和Macintosh機(jī)上都可使用），便于在軟件之間進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)交換。TIFF圖像文件包括文件頭（表頭）、文件目錄（標(biāo)識(shí)信息區(qū)）和文件目錄項(xiàng)（圖像數(shù)據(jù)區(qū)）。文件頭只有一個(gè)，且在文件前端。它給出數(shù)據(jù)存放順序、文件目錄的字節(jié)偏移信息。文件目錄給出文件目錄項(xiàng)的個(gè)數(shù)信息，并有一組標(biāo)識(shí)信息，給出圖像數(shù)據(jù)區(qū)的地址。文件目錄項(xiàng)是存放信息的基本單位，也稱為域。從類別上講，域的種類主要包括基本域、信息描述域、傳真域、文獻(xiàn)存儲(chǔ)和檢索域5類。TIFF格式的描述能力很強(qiáng)，可制定私人用的標(biāo)識(shí)信息。TIFF格式支持任意大小的圖像，文件可分為4類：二值圖像、灰度圖像、調(diào)色板彩色圖像和全彩色圖像。一個(gè)TIFF文件中可以存放多幅圖像，也可存放多份調(diào)色板數(shù)據(jù)。JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）格式04圖像文件格式JPEG格式源自對(duì)靜止灰度或彩色圖像的一種壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG，在使用有損壓縮方式時(shí)可節(jié)省的空間是相當(dāng)大的，目前數(shù)碼相機(jī)中均使用這種格式。JPEG標(biāo)準(zhǔn)只是定義了一個(gè)規(guī)范的編碼數(shù)據(jù)流，并沒有規(guī)定圖像數(shù)據(jù)文件的格式。CubeMicrosystems公司定義了一種