第2章颜色及图像基础

1、 教学目标教学目标了解颜色的相关概念了解颜色的相关概念熟悉图形与图像的色彩模型熟悉图形与图像的色彩模型明确图形与图像的基本类型与基本属性明确图形与图像的基本类型与基本属性 了解图像文件的格式了解图像文件的格式 第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.12.1颜色的基本概念颜色的基本概念l可可见光是波长在见光是波长在780nm780nm380nm380nm之间的电磁波，顺序对之间的电磁波，顺序对应于红橙黄绿青蓝紫。应于红橙黄绿青蓝紫。物体的颜色物体的颜色赤赤橙橙黄黄绿绿青青蓝蓝紫紫780622622597597577577520520492492455455380l颜颜色是视觉系统对可

2、见光的的感知结果；物体的颜色色是视觉系统对可见光的的感知结果；物体的颜色由该物体所反由该物体所反射光或投射光的射光或投射光的波长所决定的。波长所决定的。第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础l将将光谱中不能再分解的光称单色光，由单色光复合光谱中不能再分解的光称单色光，由单色光复合而成的称为复色光。而成的称为复色光。 光谱色光谱色第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.12.1颜色的基本概念颜色的基本概念500500600600紫紫400400700700780780紫紫蓝蓝蓝蓝蓝蓝绿绿 绿绿绿绿黄黄黄黄 橙橙橙橙红红红红380380第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础

3、2.12.1颜色的基本概念颜色的基本概念光谱色光谱色色彩的三要素色彩的三要素色调色调亮度亮度饱和度饱和度色色调调l是是色彩的相貌和特征。又称为色色彩的相貌和特征。又称为色相，是用来描述颜色类别的不同物相，是用来描述颜色类别的不同物理量。如红橙黄绿青蓝理量。如红橙黄绿青蓝紫。紫。l色调色调取决于可见光谱中的光波的取决于可见光谱中的光波的频率（主波频率（主波长）。长）。l与与颜色明暗无关颜色明暗无关第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.12.1颜色的基本概念颜色的基本概念亮度（亮度（色阶色阶）l是是光作用于人眼时引起的明亮程度的感光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。觉。l亮亮度与光的能

4、量有关；与物体表面的反射性有关度与光的能量有关；与物体表面的反射性有关（不同物体）；与人类视觉系统的视敏函数有关。（不同物体）；与人类视觉系统的视敏函数有关。同一物体在不同光照射强度下同一物体在不同光照射强度下相同强度的不同色光亮度感不同相同强度的不同色光亮度感不同第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.12.1颜色的基本概念颜色的基本概念饱饱和度和度l饱饱和度和度(saturation)(saturation)是指颜色的深浅或者纯净程度。是指颜色的深浅或者纯净程度。当一种颜色渗入白光成分愈多时，就说颜色愈不饱当一种颜色渗入白光成分愈多时，就说颜色愈不饱和。和。l同同一色调的光，饱和

5、度越大，颜色越纯，反之越一色调的光，饱和度越大，颜色越纯，反之越浅。浅。l饱饱和度与亮度有关和度与亮度有关 不完全饱和不完全饱和 完全饱和完全饱和 不完全饱和不完全饱和第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.12.1颜色的基本概念颜色的基本概念l三基色原理认为自然界中景物的绝大多数的彩色光能分解为三基色原理认为自然界中景物的绝大多数的彩色光能分解为互相独立的红（互相独立的红（R R）、绿）、绿(G)(G)、蓝、蓝(B)(B)三种基色光；反之用互相三种基色光；反之用互相独立的红、绿、蓝三种基色光以不同的比例混合，可模拟出自独立的红、绿、蓝三种基色光以不同的比例混合，可模拟出自然界中绝大

6、多数景物的彩色。然界中绝大多数景物的彩色。三基色原理三基色原理基基色色l指互为独立的单色，任何一基色都不能由指互为独立的单色，任何一基色都不能由其它两种基色混合产生。其它两种基色混合产生。补补色色l凡两种色光相混合而成白光，这两种颜色凡两种色光相混合而成白光，这两种颜色称为补色。称为补色。三三基色原理基色原理第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.12.1颜色的基本概念颜色的基本概念l其混色规律是：以等量的红、绿、蓝基色光混合时：其混色规律是：以等量的红、绿、蓝基色光混合时：? ?l三基色的补色为：三基色的补色为：? ?第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础三三基色原理基色原理

7、第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础l红红+ +绿黄色绿黄色 l红红+ +蓝品红色蓝品红色l绿绿+ +蓝青色蓝青色l红红+ +绿绿+ +蓝白色蓝白色l三种基色光全无黑色三种基色光全无黑色l红红 青青l蓝蓝 黄黄l绿绿 品红品红 色彩的混和与互补色彩的混和与互补 RGBRGB模型模型 2.22.2色彩模型色彩模型用来精确标定和生成各种颜色用来精确标定和生成各种颜色的一的一套规套规则和定义。则和定义。lRGBRGB模型也称为加色法混色模型。它是以模型也称为加色法混色模型。它是以RGBRGB三色三色光光互相叠加来实现混色的方法，因而适合于显示器互相叠加来实现混色的方法，因而适合于显示器等发光

8、体的显示。等发光体的显示。l通通过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩。材料发光而产生色彩。 l其其配色方程描述：配色方程描述：F(F(物体颜色物体颜色)=R)=R（红色的百分比）（红色的百分比）+G+G（绿百分比）（绿百分比）+B+B（蓝的百分（蓝的百分比）比） 或：配或：配色方程：色方程：F Frr R + R + gg G + G + bb B B 第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础l RGBRGB三维色彩模型三维色彩模型第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.22.2

9、色彩模型色彩模型 RGBRGB色彩模型的表示色彩模型的表示l 如果每个像素的每个颜色分量如果每个像素的每个颜色分量用二进制的用二进制的1 1位来表示，那么位来表示，那么每个颜色的分量只有每个颜色的分量只有“1”“1”和和“0”“0”这两个值。即每种颜色这两个值。即每种颜色的强度是的强度是100%100%或或0%0%，则每个像，则每个像素所显示的颜色是素所显示的颜色是8 8种可能出种可能出现的颜色之一现的颜色之一 。 011011100100101101110110第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.22.2色彩模型色彩模型RGBRGB 颜色颜色 000000 黑黑 001001

10、蓝蓝 010010 绿绿 青青 红红 品红品红 黄黄 111111 白白 CMYKCMYK模型模型lCMYCMY模型（模型（Cyan Magenta YellowCyan Magenta Yellow）是采用青、）是采用青、品红、黄色品红、黄色3 3种基本颜色按一定比例合成种基本颜色按一定比例合成颜色颜色的的方法。方法。lCMYCMY（K K）模型又称为减色法混色模型，因为色彩的显示不是直）模型又称为减色法混色模型，因为色彩的显示不是直接来自于光线的色彩，而是光线被物体吸收掉一部分之后反射回接来自于光线的色彩，而是光线被物体吸收掉一部分之后反射回来的剩余光线所产生的，光线都被吸收时成为黑色，当

11、光线都被来的剩余光线所产生的，光线都被吸收时成为黑色，当光线都被反射时成为白色。反射时成为白色。 lCMYCMY模型主要用于打印和印刷彩色图像模型主要用于打印和印刷彩色图像l在理论上说，任何一种颜色都可以用这三种基本颜料按一定比在理论上说，任何一种颜色都可以用这三种基本颜料按一定比例混合得到例混合得到第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.22.2色彩模型色彩模型 CMYCMY模型的减色原理图模型的减色原理图第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.22.2色彩模型色彩模型相相加色与相减色的互补关系加色与相减色的互补关系第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.22.

12、2色彩模型色彩模型 YUVYUV与与YIQYIQ模型模型l在彩色电视系统中不采用在彩色电视系统中不采用RGBRGB颜色模型，颜色模型，而采用而采用YUVYUV或颜色或颜色YIQYIQ模型表示彩色图像。模型表示彩色图像。lYUV PAL/SECAMYUV PAL/SECAM彩色电视制式彩色电视制式lYIQ NTSCYIQ NTSC彩色电视制式彩色电视制式lY Y是亮度信号，是亮度信号，U U和和V V则是两个色差信号，分别传送红基色分则是两个色差信号，分别传送红基色分量和蓝基色分量与亮度分量的差值信号量和蓝基色分量与亮度分量的差值信号l优势：优势：实现了彩色电视与黑白电视的兼容实现了彩色电视与黑

13、白电视的兼容只需要极少的频带宽度只需要极少的频带宽度第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.22.2色彩模型色彩模型 HSLHSL颜色模型颜色模型l其中其中H H 色调；色调；S S 饱和度；饱和度；L L 亮度亮度（适合于人的视觉系统）（适合于人的视觉系统）第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.22.2色彩模型色彩模型第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础白白 极浅极浅浅灰浅灰 灰灰深灰深灰极深极深 黑黑浅浅亮浅亮浅暗暗深深鲜艳鲜艳黯淡黯淡完完全全饱饱和和 HSLHSL颜色模型颜色模型白白 极浅极浅浅灰浅灰 灰灰深灰深灰极深极深 黑黑浅浅亮浅亮浅暗暗深深鲜艳鲜艳黯

14、淡黯淡完完全全饱饱和和第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 HSLHSL颜色模型颜色模型 LabLab色彩模型色彩模型l是由亮度（是由亮度（L L）和两个色差分量）和两个色差分量a a和和b b三个要素组成。三个要素组成。lL:Lightness:L:Lightness:亮度数值，从亮度数值，从0 0到到100100la:a:红色和绿色两种基色之间的变化区域，数值从红色和绿色两种基色之间的变化区域，数值从+127+127到到-128-128，具，具体表示为：体表示为：深绿深绿-50%-50%灰（中性灰）灰（中性灰）-亮粉红色。亮粉红色。lB:B:黄色到蓝色两种补色之间的变化区域黄色到蓝

15、色两种补色之间的变化区域，数，数值从值从+127+127到到-128-128，具，具体表示为：体表示为：亮蓝亮蓝-50%灰（中性灰）灰（中性灰）-黄色黄色色彩与光线及设备无关色彩与光线及设备无关色色域域宽阔，定义的颜色最多，是宽阔，定义的颜色最多，是PSPS的内部色彩模式的内部色彩模式弥补了弥补了RGBRGB色彩模型色彩分布不均的不足色彩模型色彩分布不均的不足 lLabLab色彩模色彩模 型的优点型的优点第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.22.2色彩模型色彩模型图图形与图像的基本类型形与图像的基本类型 2.32.3图形图像基础图形图像基础l位图位图bitmapbitmap，也叫

16、做点，也叫做点阵图阵图，映射图，映射图象，像素图。象，像素图。简单的说，就是由许许多多简单的说，就是由许许多多像素组合而成的平面点阵图，像素组合而成的平面点阵图，缩放会失真。缩放会失真。 l是计算机图形与图像中能是计算机图形与图像中能被被单单独处理的最小单元。独处理的最小单元。第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础图图形与图像的基本类型形与图像的基本类型 l矢量图矢量图vectorvector，也叫做向量图（绘，也叫做向量图（绘图图图图像），像），是用一系列计算机指令集合是用一系列计算机指令集合的形式来描述的，这些指令描述构成一的形式来描述的，这些指令描述构成一幅图的所有直线、点、圆、椭

17、圆、弧等幅图的所有直线、点、圆、椭圆、弧等的 位 置 、 大 小 、 颜 色 和 形 状 等 。的 位 置 、 大 小 、 颜 色 和 形 状 等 。l每个对象都是一个自成一体的实体，每个对象都是一个自成一体的实体，多次移动和改变它的属性，而不会影响多次移动和改变它的属性，而不会影响图中的其它对象图中的其它对象 。数学函数数学函数（图元）（图元）第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.32.3图形图像基础图形图像基础不同放大级别的位图图像示例不同放大级别的位图图像示例第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础不同放大级别的矢量图形示例不同放大级别的矢量图形示例第第2 2章章 颜色及

18、图像基础颜色及图像基础位图与矢量图的特点位图与矢量图的特点 位位 图图矢量图矢量图l绘制简单图像用位图表示较慢绘制简单图像用位图表示较慢l位图文件显示快位图文件显示快l位图文件易失真位图文件易失真l位图侧重于复制、获取位图侧重于复制、获取l位图图像所占空间大位图图像所占空间大快快慢慢不失真不失真绘制、创造绘制、创造小小第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.32.3图形图像基础图形图像基础图图像的主要参数像的主要参数 1.1.分辨率分辨率l显显示分示分辨率：指显示器屏幕上能够显示的像素数目，辨率：指显示器屏幕上能够显示的像素数目，如：如：800800* *600600。l图像分辨率图

19、像分辨率：指数字化图像的大小，以水平和垂直的：指数字化图像的大小，以水平和垂直的像素数表示，它反映图像在屏幕中显示的大小。像素数表示，它反映图像在屏幕中显示的大小。l像素分辨率：指像素分辨率：指像素的宽高比，在像素分辨率不同的像素的宽高比，在像素分辨率不同的机器间传输图像会变形。通常用机器间传输图像会变形。通常用ppippi（每英寸像素）和（每英寸像素）和dpidpi（每英寸点）表示。（每英寸点）表示。第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.32.3图形图像基础图形图像基础2.2.颜色深度（图像深度）颜色深度（图像深度）l是是指图像中每个像素的颜色（或亮度）信息所占的二进制指图像中每

20、个像素的颜色（或亮度）信息所占的二进制数位数，记作位数位数，记作位/ /像素（像素（b/p)b/p)。l彩色图像：图像可使用的最多颜色彩色图像：图像可使用的最多颜色数目数目l灰度灰度图像：图像可使用的亮度级别数目图像：图像可使用的亮度级别数目颜色深度颜色深度颜色数目颜色数目说说 明明1 1位位2 2单色图像（位图）单色图像（位图）4 4位位1616种种Windows 3.xWindows 3.x中画笔支持中画笔支持1616种颜色种颜色8 8位位256256种种多媒体应用中的最低颜色深度多媒体应用中的最低颜色深度 索引色索引色 1616位位2 21515种种RGB5:5:5,RGB5:5:5,剩

21、余剩余1 1位表示其它属性位表示其它属性( (透明透明度度TransparentTransparent) ) 高彩色高彩色 2424位位2 22424种种超出人眼所能识别的颜色范围超出人眼所能识别的颜色范围 RGBRGB、真彩色、真彩色 3232位位2 22424种种RGB8:8:8,RGB8:8:8,剩余剩余8 8位表示其它属性位表示其它属性( (透明度透明度) ) CMYKCMYK，RGB RGB l如如Alpha:Alpha:表示透明度表示透明度 如如(A,R,G,B)(A,R,G,B)表示的表示的值分值分别是（别是（1,1,0,01,1,0,0） 时，屏幕上的显示就是：时，屏幕上的显示

22、就是：（R R* *AlphaxAlphax，G G* *AlphaxAlphax，B B* *AlphaxAlphax）第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.32.3图形图像基础图形图像基础3.3.文件的大小文件的大小l图形与图像文件的大小（也称数据量）是指在磁盘上存储整图形与图像文件的大小（也称数据量）是指在磁盘上存储整幅图像所有点的字节（幅图像所有点的字节（BytesBytes），反映了图像所需数据存储空），反映了图像所需数据存储空间的大小，可按下面的公式计算：间的大小，可按下面的公式计算： 文文件字节数图像分辨率件字节数图像分辨率图像深度图像深度/8 /8 l一幅一幅800

23、800600600的真彩色图像，未压缩的图像数据量是多少？的真彩色图像，未压缩的图像数据量是多少？ 80060024/8？B第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.32.3图形图像基础图形图像基础颜颜色深度与色彩模型色深度与色彩模型 真彩色（真彩色（True colorTrue color）图像中的每个像素值都分成图像中的每个像素值都分成R R、G G、B B三个基色分量三个基色分量每个基色分量用每个基色分量用8bit8bit表示表示每个像素可容纳的色彩数目每个像素可容纳的色彩数目 2 28 8 2 28 8 2 28 8 2 224 24 16.7M16.7Ml图像深度与色彩的映射

24、关系主要有：真彩色、伪彩色和直接色。图像深度与色彩的映射关系主要有：真彩色、伪彩色和直接色。 伪彩色（伪彩色（Pseudo ColorPseudo Color）伪伪彩色图像是每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决彩色图像是每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表（定，而是把像素值当作彩色查找表（color-look-up table,CLUTcolor-look-up table,CLUT）的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的R R、G G、B B强度值，用强度值，用查找出的查找出的R R、G G、B B强

25、度值产生的彩色称为伪彩色。强度值产生的彩色称为伪彩色。 第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.32.3图形图像基础图形图像基础 直接色（直接色（Direct ColorDirect Color）把把像素值的像素值的R R、G G、B B分量作为单独的索引值，通过相应的彩色分量作为单独的索引值，通过相应的彩色变换表找出变换表找出R R、G G、B B各自的基色强度，用这个强度值产生的彩色各自的基色强度，用这个强度值产生的彩色称为直接色。称为直接色。 l图像深度与色彩的映射关系主要有：真彩色、伪彩色和直接色。图像深度与色彩的映射关系主要有：真彩色、伪彩色和直接色。第第2 2章章 颜色及

26、图像基础颜色及图像基础颜颜色深度与色彩模型色深度与色彩模型 2.32.3图形图像基础图形图像基础不不同色彩映射类型的比较同色彩映射类型的比较最好最好较好较好一般一般色彩效果色彩效果直接由直接由RGBRGB分分量决量决由由RGBRGB分量变分量变换后换后得到得到 基色强度基色强度像素像素RGBRGB分量分量像像素素查找表索引查找表索引无无有有有有查找表查找表l真彩色真彩色l直接色直接色l伪彩色伪彩色l比较类型比较类型第第2 2章章 颜色及图像基础颜色及图像基础 2.32.3图形图像基础图形图像基础图图像文件格式像文件格式1 1BMPBMP格式格式lBMPBMP是在是在DOSDOS和和WindowsWindows平台上常用的一平台上常用的一种标准图像格