计算机视觉与应用 课件 2.1 数字图像

2.1数字图像CONTENTS目录数字图像01数字图像数字化表示02图像文件格式03CONTENTS目录数字图像01数字图像数字化表示02图像文件格式03数字图像，又称数码图像或数位图像，是由模拟图像数字化得到的、以像素（或像元，Pixel）为基本元素，可以用计算机或数字电路存储和处理的图像。01数字图像可以由不同的输入设备和技术生成，例如数码相机、扫描仪、坐标测量机等等，也可以从任意的非图像数据合成得到，例如用数学函数、三维几何模型等得到。02数字图像像素（或像元，Pixel）是在模拟图像数字化时对连续空间进行离散化得到的。每个像素具有整数行（高）和列（宽）位置坐标，同时每个像素都具有整数灰度值或颜色值。01通常像素在计算机中保存为二维整数数组的光栅图像，这些值常用压缩格式进行传输和储存。02我们可以这样理解数字图像，图像是由许多像素组成的，图像处理是在二维平面上对图片的每一个像素进行处理，而如何知道我们处理的是这一个像素，而不是另外一个像素，就需要定义一个图像的最基本的元素，这个元素就是像素。03数字图像CONTENTS目录数字图像01数字图像数字化表示02图像文件格式03二值图像二值图像是指仅仅包含黑色和白色两种颜色的图像，图像的每个像素只能是黑或者白，其像素值为0或1。下图为二值图像。二值图像01一幅灰度图像就是一个数据矩阵，矩阵的值表示灰度的浓淡。其每个像素只有一个采样颜色的图像，这类图像通常显示为从最暗黑色到最亮的白色。02灰度图像与黑白图像不同，在计算机图像领域中黑白图像只有黑色与白色两种颜色；灰度图像在黑色与白色之间还有许多级的颜色深度。03灰度图像经常是在单个电磁波频谱如可见光内测量每个像素的亮度得到的，用于显示的灰度图像通常用每个采样像素8位（uint8）的非线性尺度来保存，这样可以有256级灰度（如果用16(uint16)位，则有65536级）。灰度图像灰度图像图

灰度图像的表示方式模型描述图RGB模型也称为加色法混色模型。它是以R、G、B三原色光互相叠加来实现混色的方法，适合于显示器等发光体的显示。人类视觉系统能感知的颜色都可以用红、绿、蓝三种基色光按照不同的比例混合，例如：白色=100%红色+100%绿色+100%蓝色；黄色=100%红色+100%绿色+0%蓝色等。

RGB颜色模型在RGB彩色模型中表示的图像由R、G、B三个8比特分量图像构成，三幅图像在屏幕上混合生成一幅合成的24比特彩色图像，也即是全彩色图像，如图对应的24位彩色立方图可表示为：彩色图像彩色图像图

彩色图像的像素构成情况HSV颜色空间是一种用色调（H）、饱和度（S）、亮度（V）联合表示的颜色模型。其色彩空间由3部分组成：HSV模型颜色种类，如红、蓝、黄，范围0-360°，每个值对应着一种颜色。Hue(色调):颜色的强或是颜色的丰满程度，范围0-100%，0表示没有颜色，100表示强烈的颜色，降低饱和度其实就是在颜色中增加灰色的分量。Saturation(饱和度):颜色的亮度，范围0-100%，0总是黑色，100时根据饱和度，可能为白色或饱和度更低的颜色。Value(亮度值):由于H、S分量代表了色彩分信息，不同HS值在表示颜色时有较大差异，所以该模型可用于颜色分割。模型可表示为：彩色图像CONTENTS目录数字图像01数字图像数字化表示02图像文件格式03BMP格式01图像文件格式BMP（全称Bitmap）是Windows操作系统中的标准图像文件格式，可以分成两类：设备相关位图DDB（Device-Dependent-Bitmap）和设备无关位图DIB（Device-Independent-Bitmap），其使用非常广，采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选1bit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。在Windows系统平台上和Android手机上，直接使用系统默认的图片浏览器即可打开。BMP格式01图像文件格式BMP图像文件也称位图文件，包括以下内容：（1）BMP文件头(bmpfileheader)：图像文件的类型、大小和位图阵列的起始位置等信息。（2）位图信息头(bitmapinformation)：图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索引等信息。（3）调色板(colorpalette)：可选，如使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应的颜色的映射表，在使用256位彩色、16位彩色等情况下用到。（4）位图数据(bitmapdata)：图像的像素数据。位图文件头分4部分，共14字节，每个部分的组成如表2-1-1所示。BMP格式01图像文件格式GIF（GraphicsInterchangeFormat）格式02图像文件格式GIF格式是一种公用的图像文件格式标准，它是8位文件格式（一个像素一个字节），所以最多只能存储256色图像。GIF文件中的图像数据均为压缩过的。GIF文件结构较复杂，一般包括7个数据单元：文件头、通用调色板、图像数据区，以及4个补充区。其中，表头和图像数据区是不可缺少的单元。一个GIF文件中可以存放多幅图像，所以文件头中包含适用于所有图像的全局数据和仅属于其后那幅图像的局部数据。当文件中只有一幅图像时，全局数据和局部数据一致。存放多幅图像时，每幅图像集中成一个图像数据块，每块的第一个字节是标识符，指示数据块的类型。TIFF（TaggedImageFile）格式03图像文件格式TIFF格式是一种独立于操作系统和文件系统的格式（在Windows环境和Macintosh机上都可使用），便于在软件之间进行图像数据交换。TIFF图像文件包括文件头（表头）、文件目录（标识信息区）和文件目录项（图像数据区）。文件头只有一个，且在文件前端。它给出数据存放顺序、文件目录的字节偏移信息。文件目录给出文件目录项的个数信息，并有一组标识信息，给出图像数据区的地址。文件目录项是存放信息的基本单位，也称为域。从类别上讲，域的种类主要包括基本域、信息描述域、传真域、文献存储和检索域5类。TIFF格式的描述能力很强，可制定私人用的标识信息。TIFF格式支持任意大小的图像，文件可分为4类：二值图像、灰度图像、调色板彩色图像和全彩色图像。一个TIFF文件中可以存放多幅图像，也可存放多份调色板数据。JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）格式04图像文件格式JPEG格式源自对静止灰度或彩色图像的一种压缩标准JPEG，在使用有损压缩方式时可节省的空间是相当大的，目前数码相机中均使用这种格式。JPEG标准只是定义了一个规范的编码数据流，并没有规定图像数据文件的格式。CubeMicrosystems公司定义了一种