新编数字图像处理技术及应用（修订版）课件 第02章 数字图像处理的物理及技术基础

第2章数字图像处理的物理及技术基础学习目标1、叙述成像过程、模拟图像的描述及模拟图像的数字化方法；熟悉采样与量化参数对图像数字化质量的影响；2、知道常用的图像格式及其特点、数字图像显示方法；3、初步掌握像质评价方法和直方图及其应用；4、阐述不同颜色模型及其特点。本章内容（概念图）①②③④2.1.1成像过程2.1数字图像获取

成像技术包括获取景物的反射或辐射信号并将其转变为人眼可见图像的全过程。

通常的成像系统包括五个主要的子系统：光学系统和扫描器、探测器和探测器电子线路、数字化子系统、图像处理子系统和图像重建子系统。图2.1通用组件模块图（凝视型系统）经过成像系统获得的模拟视频中的任一帧就是图像，一幅图像可以看作是空间中各点光强度的集合。光强I是随空间坐标(x,y)、光线的波长λ和时间t变化的连续函数，即2.1.2模拟图像描述（

I≥0）（2.1）

若仅考虑光的能量而不考虑其波长，则图像是灰色的，称之为灰度图像（grayimage）或单色图像（monochromeimage）序列，这时式2.1变为

(2.2)如果处理静止图像（即内容不随时间变化的图像），式2.2变为(2.3)

要是不考虑图像内容随时间变化而考虑成像波长的话，那就是一幅静止的彩色图像了，其函数是

(2.4)

彩色图像分为红（Red，R）、绿（Green，G）、蓝（Blue，B）三个基色图像，因此，静止的彩色图像函数常常用R、G、B三个通道的值表示（2.5）

三个通道的灰度图像可以合成一幅彩色图像、多幅图像连续可形成视频，所以，静止的灰度图像是图像处理理论和方法的主要研究对象。2.1.3常用的图像格式

（1）BMP格式：BMP是Bitmap（位图）的缩写，是Windows及OS/2操作系统的标准图像文件格式。典型的BMP文件由三部分组成：1）位图文件头数据结构，含文件类型、显示内容等；2）位图信息的数据结构（即位图信息头），如图像的宽、高、压缩方法、定义颜色信息等；3）彩色表即调色板——调色板以4字节为单位，大小是2、16和256，每4个字节存放一个颜色值调色板。图像数据是指向调色板的索引，所以BMP只能存储单色、16色、256色和全彩色（24位）四种图像数据。

BMP有压缩和不压缩两种处理方式，其中，压缩方式只有RLE（RunLengthEncoding）4(16色)和RLE8（256色）两种。24位BMP格式的图像文件无法压缩。这种格式信息丰富，但占空间大，目前BMP格式的图像主要在单机上使用。（2）JPEG格式

JPEG是联合照片专家组（JointPhotographicExpertsGroup）的缩写，文件扩展名为.jpg或.jpeg，是目前主流的图像格式之一，特别是在网络和光盘读物上用的很普遍。其压缩技术十分先进，可以用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据，在取得极高压缩率的同时还能展现十分丰富生动的图像，因为JPEG格式的文件尺寸较小，下载速度快，使得Web页有可能以较短的下载时间提供大量美观的图像。所以，目前各类浏览器均支持JPEG图像格式。JPEG支持24位真彩色，所以，常用于需要连续色调的图像。（但牺牲了像质）

TIFF（TagImageFileFormat）是Mac中广泛使用的图像格式，文件扩展名为.tif或.tiff。该格式有压缩和非压缩二种形式，其中压缩可采用LZW（Lempel-Ziv-Welch）无损压缩方案存储。不过，TIFF格式结构较为复杂，兼容性较差，有的软件不能正确识别TIFF文件（现在绝大部分软件都已解决了这个问题）。目前在Mac和PC机上移植TIFF文件也十分便捷，因而TIFF现在也是微机上使用最广泛的图像文件格式之一。

TIFF图像格式复杂、存贮信息多，图像的质量较好，故而非常有利于复制原稿。（3）TIFF格式

GIF是图形交换格式（GraphicsInterchangeFormat）的缩写，特点是压缩比高，占用磁盘空间少，利于网络传输。

最初的GIF87a只用来存储单幅静止图像，后经发展可同时存储若干幅静止图像形成连续的动画，是当时支持2D动画为数不多的格式之一。GIF89a图像中允许指定透明区域，显示效果突出。目前Internet上大量采用的彩色动画文件多采用这种格式。不过，GIF有个小缺点——即不能存储超过256色的图像。（4）GIF格式

PNG（PortableNetworkGraphics）是一种网络图像格式，该标准结合了GIF及JPG之长，目前大部分绘图软件和浏览器开始支持PNG图像浏览。

PNG的特点：1）存贮形式丰富，兼有GIF和JPG的色彩模式；2）采用无损压缩方式来减少文件大小的，既能把图像文件压缩到极限又能保留所有与图像品质有关的信息；3）显示速度很快，只需下载1/64的图像信息就可显示出低分辨率的预览图像；4）PNG和GIF一样支持透明图像制作，有利于一些特殊效果的制作。缺点是不支持动画应用效果。（5）PNG格式（6）PSD格式：PSD是Photoshop的专用格式（PhotoshopDocument），可以以RGB或CMYK彩色模式存储，还能自定义颜色数。PSD可以看作是Photoshop进行平面设计的一张"草稿图"，它里面包含有各种图层、通道、遮罩等设计样稿，以便于下次打开文件时可以修改上一次的设计。（7）SVG格式：SVG是可缩放的矢量图形（ScalableVectorGraphics）的缩写，是WorldWideWebConsortium（W3C）联盟基于XML（ExtensibleMarkupLanguage）开发的，支持用户直接用代码来描绘图像。SVG可以任意放大图形显示，但不会以牺牲图像质量为代价，比JPEG和GIF格式的文件要小很多。1）SWF格式：SWF是Shockwaveformat的缩写，用于Flash动画制作，是基于矢量技术制作的，因此不管将画面放大多少倍，画面不会因此而有任何损害。目前已成为网上动画的事实标准。2）PCX格式：PCX格式是图像处理软件Paintbrush开发的一种格式，表示PCPaintbrushExchange，是MS-DOS下的常用格式，是一种经过压缩的格式，占用磁盘空间较少。该格式出现时间较长，并且具有压缩及全彩色能力，所以现在仍比较流行。3）DXF格式:DXF（AutodeskDrawingExchangeFormat）是AutoCAD中的矢量文件格式，它以ASCII码方式存储文件，在表现图形的大小方面十分精确。4）WMF格式:WMF（WindowsMetafileFormat）是Windows中常见的一种图元文件格式，属于矢量文件格式,文件短小、图案造型化,整个图形常由各个独立的组成部分拼接而成，在Office软件中常用，不过其图形往往较粗糙。（8）其它常用的图像格式总的来说，按计算机显示方式可分为矢量图和位图:矢量图使用线段和形状描述图像,同时也包含了色彩和位置信息，“轮廓填色彩”。位图（光栅图）是用数据点来映射表示图像像素，是用一格一格的小点来描述图像。

放大的矢量图

放大的位图位图阵列记录了位图的每一个像素值。在生成位图文件时，Windows从位图的左下角开始即从下到上逐行扫描位图，将位图的像素值一一记录下来。这些记录像素值的字节组成了位图阵列。除真彩色图像之外，其余的位图图像都需要调色板数据。1)VGA：能用640*480的分辨率显示16种颜色；2)SuperVGA：能用640*480的分辨率同时显示256种颜色；3)真彩色：能同时显示256*256*256=167777216种颜色。补充：位图数据与调色板

调色板是在16色或256色显示系统中，由图像中出现最频繁的16种或256种颜色所组成的颜色表。将这些颜色按4位或8位，即0~15或255进行编号，每一个编号代表其中一种颜色。这种颜色编号叫做颜色的索引号，4位或8位的索引值与24位的颜色值的对应表叫颜色查找表。

使用调色板的图像叫做调色板图像。它们的像素值并不是颜色值，而是颜色在调色板查找表中的索引号。索引图像(indexedimages)由数值矩阵和颜色映射数组组成。数值矩阵是每个像素的颜色索引编号，通过这个标号到颜色数组中查找颜色。颜色是预先定义的（索引颜色）。索引颜色的图像最多只能显示256种颜色。索引图像RGB图像RGB每一个像素由红、绿和蓝三个字节组成，每个字节为8，表示0到255之间的不同的亮度值，这三个字节组合可以产生16770万种不同的颜色。2.1.4模拟图像数字化

（1）图像的数字阵列表示

数字图像采用数字阵列表示，阵列中的元素称为像素（Pixel）或像点。每个像素位置(i,j)的数值

f(i,j)就反映了物理图像上对应点的亮度，被称为亮度值或强度值或灰度值。通常，一幅图像的灰度被分为256个等级，每个像素的灰度值都在0～255之间。

1）f(i,j)

是位置(i,j)处的点的光强度，而光是能量的一种形式，故f(i,j)

必须大于等于零且为有限值（整数）。2）数字化采样一般是按方形点阵取样的，也可以是三角形点阵、正六边形点阵等取样方式。3）用f(i,j)

的数值来表示

(i,j)

位置点上灰度级值的大小，即只反映了黑-白灰度的关系。如果是一幅彩色图像，各点的数值还应反映色彩的变化，可用f(i,j,)

表示，其中

是波长，如果图像是运动的，则图像序列还应该是时间t的函数，即可表示为

f(i,j,,t)

。几点说明（2）数字化过程图像的数字化过程示意图

（a）连续图像（b）数字化结果图像的数字化结果（2）数字化过程1）采样

用空间上部分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点。采样操作需要先将二维信号变为一维信号，再对一维信号完成采样。具体做法是先沿垂直方向按一定间隔从上到下顺序地沿水平方向直线扫描，取出各水平线上灰度值的一维扫描线信号；然后，再对一维扫描线信号按一定间隔采样得到离散信号。

对于运动图像，则需要先在时间轴上采样，再沿垂直方向采样，最后沿水平方向采样。当对一幅图像采样时，若每行（即横向）像素为M个，每列（即纵向）像素为N个，则图像大小为M×N个像素。

采样点间隔大小对采样后图像的质量有重要影响。通常图像中细节越多，采样间隔应该越小。根据一维采样定理，若一维信号f(t)

的最大角频率为ω，以

T≤1/2ω

为间隔采样，则根据采样后的结果f(i,T)

能完全恢复f(t)，即：

（2.6）

（2.7）

模拟图像经过采样后，在时间和空间上离散化为像素。但经过采样所得到灰度值仍然是连续量。把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量转换到离散量的过程称为图像灰度量化。

一幅图像中不同灰度值的个数称为灰度级，一般为256级（28

），所以像素灰度取值范围为0～255之间的整数，对应图像中的颜色为从黑到白。2）量化灰度等级示意图

等间隔量化，就是简单地把采样值的灰度范围等间隔地分割并进行量化。对于像素灰度值在黑白范围内较均匀分布的图像，这种量化方法可以得到较小的量化误差。该方法也称为均匀量化或线性量化。

非等间隔量化（非均匀量化），是依据一幅图像的灰度值分布概率密度函数，按量化总误差最小原则进行量化。具体做法是：对图像中像素灰度值频繁出现的灰度值范围，量化间隔取得小一些；而对那些像素灰度值极少出现的范围，则量化间隔取得大一些。连续灰度值量化为灰度级方法说明：

由于图像灰度值的概率分布密度函数因图像不同而异，所以不可能找到一个适用于各种不同图像的最佳的非等间隔量化方案。因此，实用上一般都采用等间隔量化。经过上面的采样和量化就实现了模拟图像数字化。若一幅连续图像

数字化后用一个离散的矩阵f(i,j)表示，则

（2.8）几行几列？4行5列

3）采样与量化参数选择对于一幅图像，当量化级数一定时，采样点数M×N对图像质量有着显著的影响。如图

2.3所示，采样点数越多，图像质量越好；当采样点数减少时，图像上的块状效应就逐渐明显。（a）原图像

（b）采样点降低到1/2（c）降低到1/4（d）降低到1/8图2.3量化级数一定时采样点变化对图像质量的影响采样点数的影响

当图像的采样点数一定时，采用不同量化级数的图像质量也不同。量化级数越多，图像质量越好，当量化级数越少时，图像质量就会变差。量化级数最小的极端情况就是二值图像，图像出现假轮廓。如图2.4所示。量化级数的影响（a）原图像

（b）64级

（c）16级

（d）2级图2.4采样点数一定时量化级数变化对图像质量的影响

怎么采样量化（常考）？具体的过程一般是：利用数字化设备先把图像划分为像素，并给出它们的地址（采样）；然后度量每一像素的灰度，并把连续的度量结果表示为整数（量化）；最后将这些整数结果写入存储设备。

常见的数字化设备有数码相机、扫描仪和数字化仪等，设备一般必须包含以下5个部分。①采样孔：使数字化设备能单独观测特定像元而不受图像其它部分影响。②扫描机构：使采样孔能按照预先确定的方式在图像上移动，从而按照顺序观测到每一个像素。③光传感器：通常用电荷耦合器件（charge-coupleddevice，CCD）阵列采样检测每一像素的亮度。④量化器：将传感器输出的连续量转化为整数值。典型的量化器是A/D转换器，它产生一个与输入电压或电流成比例的数值。⑤输出存储装置：将量化器产生的灰度值按适当格式存储起来，以用于计算机后续处理。4）图像数字化设备2.2数字图像显示及像质描述2.2.1数字图像显示

在空间(x,y)坐标处显示对应图像的亮度值

。（1）显示设备

常见的主要是显示器。此外还有阴极射线管（cathode-raytube，CRT）和各种打印设备。在每个偏转位置，CRT电子枪束的强度用电压来调整。每点的电压与该点所对应的灰度值成正比。这样，灰度图就转化为光亮度空间的模式，然后记录在阴极射线管的屏幕上显现出来。

打印设备输出图像上任一点的灰度值可以由该点打印的字符数量和密度控制。一般报纸上图像的分辨率约为每英寸100点，而书籍或杂志上图像的分辨率约为每英寸300点。（2）图像显示方法

有永久性显示和暂时性显示两种。永久性的往往在纸、胶片或其它永久媒介上产生图像的硬拷贝。暂时性显示方法是指在显示屏上产生一幅暂时性的图像。（3）图像显示特性

最重要的显示特性是图像的大小、光度分辨率、空间分辨率、低频响应和噪声特性。其中，显示系统显示图像大小的能力包括两部分：①显示器自身的物理尺寸，它应该足够大，可以方便地观察和理解所显示的图像；②显示系统能够处理的最大数字图像的大小。

电子噪声会引起显示亮度与位置两方面的变化：①幅值噪声

通常表现为随机的黑白点，在平坦区域中尤其明显。如果噪声是周期性的并且有足够的强度，那么它会在被显示图像上产生一个叠加的“鱼骨形图案”。如果噪声是周期性的，并且与水平或垂直偏转信号同步，那么它会产生条状图案。（对症下药）②点位置噪声

设备的偏转电路会带来点显示间距不均匀。除非点位置噪声极其严重，否则，一般不会给图像带来可察觉的几何畸变。但是，如果点之间的相互影响与位置噪声的组合，会产生相当大的幅值变化。（4）显示系统噪声2.2.2像质基本描述方法（主、客观评价相结合）（1）主观评价方法

往往会借助在统计学上有意义的多人打分来进行，常用的打分工具是里克特量表。（有专业知识或经过培训）分数质量尺度妨碍尺度5非常好丝毫看不出图像质量变坏4好能看出图像质量变坏，不妨碍观看3一般清楚地看出图像质量变坏，对观看稍有妨碍2差对观看有妨碍1非常差非常严重地妨碍尺度

表2.1图像主观评价尺度评分表（2）客观评价方法——用指标衡量

常用的客观评价方法从原理上大致可分为三类：基于信息量的指标、基于统计特性的指标和基于人眼视觉特性的指标。需要说明的是：1）图像的客观评价指标很多，既有有参考的评价也有无参考的评价；2）主客观评价并不总是具有一致性。

——像质评价依然需要研究（目前主要采用多种方法处理结果多指标比较）常用的像质评价指标1）基于信息量的评价指标①

信息熵（InformationEntropy,IE）

用来衡量图像信息的丰富程度，对干净图像而言，其值越大像质越好。但噪声越严重该值也越大，这时像质反而不好了（后面都是对干净图像而言）。IE定义：

(2.11)式中，L表示图像的灰度级数总数，

表示检测到灰度级为i的像素在整幅图像中出现的概率。②互信息（MutualInformation,MI）

互信息描述待评价图像与参考图像之间的信息量相关程度，其值越高表示待评价图像越接近参考图像。MI定义如下：

(2.12)式中,和

分别是待评价图像和参考图像的归一化灰度概率密度，

是二者的归一化联合概率密度。①标准差（StandardDeviation,SD）

标准差用来衡量像素灰度分布情况，图像的标准差越大，说明图像的灰度分布越广泛，像质越好。SD定义：

(2.13)式中，I为图像，表示图像I的灰度均值，

为图像的分辨率尺寸，

为图像在位置(m,n)的像素值。②平均梯度（AverageGradient,AG）

表示图像中纹理信息、细节信息以及边缘信息的差异变化，平均梯度越大说明图像的细节越丰富，效果越清晰，其定义如下：

(2.14)式中，

表示在方向x的灰度值差分，

表示在方向y的灰度值差分。2）基于统计特性的评价指标1）对比度（Contrast，C）

对比度测量的是图像中不同亮度层级的大小，对比度越大，图像越容易观察，越符合人眼视觉变化和观察。其定义如下：

(2.15)式中，

表示相邻像素点之间灰度值差，

表示相邻像素灰度差为

的像素点出现的概率。3）基于人眼视觉特性的评价指标2）边缘强度(EdgeIntensity，EI)边缘强度计算的是图像边缘梯度大小，其值越大图像的边缘越清晰。

第i行、第j列的图像像素在x、y方向的一阶差分定义为：

(2.16)

(2.17)则图像的EI定义为：

(2.18)强

调（1）像质评价是经典的难题，难就难在目前尚无像质评价的金标准，人们总是根据具体处理需求来评价图像。所以，随着图像处理的应用发展，像质评价仍然是一个不断发展的方向。（2）单一的指标很难全面衡量图像质量，往往需要多指标综合评价。（3）作为一个完整的研究，后续的每一章（或方向）实际上都涉及到一个结果的评价问题，由于篇幅所限后面内容中不再提及。2.3色度学基础与颜色模型2.3.1术语：分辨率（1）图像分辨率

是指每英寸图像含有多少个点或像素，即ppi（pixelperinch）。在数字图像中，分辨率的大小直接影响图像的质量。分辨率越高，图像细节越清晰，但产生的图像文件尺寸越大，同时处理的时间也越长，对设备的要求也越高。

另外，图像的尺寸、图像的分辨率和图像文件的大小三者之间有着密切的联系。图像的尺寸越大，图像的分辨率越高，图像文件也就越大。因此，调整图像的大小和分辨率即可以改变图像文件的大小。（2）屏幕分辨率

显示器上每单位长度显示的像素或点的数量称为屏幕分辨率，通常也是以每英寸的点数(dpi)来表示的。屏幕分辨率取决于显示器的大小及其像素设置，由计算机的显卡决定。标准的VGA显卡的分辨率是640×480点（像素），即水平方向640点（像素），垂直方向480点（像素）。现在高性能的显卡已经支持1280×1024像素以上的分辨率。（3）打印机分辨率

打印机分辨率又称为输出分辨率，是指打印机输出图像时每英寸的点数(dpi)。打印机分辨率高，可以减少打印的锯齿边缘，在灰度的半色调表现上也会较为平滑。打印机的分辨率可达到300dpi以上，甚至720dpi，此时需要使用特殊纸张，而较老机型的激光打印机的分辨率通常为300～360dpi。新型激光打印机的分辨率可达到600～1200dpi，作为专业排版输出已经绰绰有余了。人们看到的色彩鲜艳、景物清晰的数码照片就是很好的应用实例。2.3.2色度学基础（1）三色原理人眼存在杆状细胞和锥状细胞两种感光细胞。在照度足够高时，锥状细胞将电磁光谱的可见部分分为3个波段：红（R）、绿（G）、蓝（B）。因此，这3种颜色被称为三基色。所有颜色都可看作3基色按不同的比例组合而成。

国际照明委员会（法语为CommissionInternationaledel´Eclairage，CIE）1931年规定了3基色的波长分别为700nm（R）、546.1nm（G）、435.8nm（B）。将这3种单色光作为表色系统的三基色，这就是CIE的R、G、B颜色表示系统。

一幅彩色图像的像素值可看作光强和波长的函数值f(x,y,λ)，但在实际使用时，将其看作一幅普通二维图像，且每个像素有红、绿、蓝3个灰度值。图2.5人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线红，绿，蓝三分量强度分量

彩色图像和单色图像（2）颜色的3个属性

颜色是外界光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。颜色分为两大类：非彩色和彩色。非彩色是指黑色、白色和介于这两者之间深浅不同的灰色，也称为无色系列。彩色是指除了非彩色以外的各种颜色。

颜色有3个基本属性，分别是色调、饱和度和亮度，与此对应的是一种常用的颜色模型HSI（Hue，Saturation，Intensity）模型。2.3.3颜色模型

为了科学地定量描述和使用颜色，人们提出了各种颜色模型。目前常用的颜色模型按用途可分为两类：一类是面向视频监视器、彩色摄像机或打印机等硬件设备的；另一类是面向以彩色处理为目的的应用，如动画中的彩色图形的。面向硬件设备的最常用颜色模型是RGB模型，而面向彩色处理的最常用模型是HSI模型。另外，在印刷工业和电视信号传输中，经常使用CMYK和YUV颜色模型。用三维空间中的一个点来表示某一种颜色，每个点有3个分量——红、绿、蓝亮度值，亮度值限定在［0，1］之间。

图中，原点对应黑色，3个分量值都为零。离原点最远的顶点对应白色，它的3个分量值都为1。从黑到白的灰度值分布在这两个点的连线上，该连线称为灰色线。其余各点对应不同颜色。立方体的3个顶点（轴上）对应于三基色，另3个顶点对应三基色的补色——黄色、青色（蓝绿色）、品红色（紫色）。（1）RGB颜色模型图2.6RGB模型示意图

（a）原图像（b）R分量（c）G分量（d）B分量图特别提示：单通道图像是灰度的，图中分量是彩色化输出（另两个通道值为0）。（2）HSI颜色模型H表示色调（Hue）:反映该彩色最接近什么样的光谱波长（即彩虹中的那种颜色）；S表示饱和度(Saturation)：表示颜色的深浅程度，饱和度越高，颜色越深，如深红，深绿等。I表示亮度(Intensity)：是指光波作用于感受器所发生的效应，其大小由物体反射系数来决定。反射系数越大，物体的亮度越大，反之越小。（2）HSI颜色模型HSI模型由芒塞尔（Munsell）提出，其建立基于两个重要事实：一个是I分量与图像的彩色信息无关；另一个是H和S分量与人感受颜色的方式是密切联系的。这些特点使得HSI模型非常适合借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算法。不失一般性，可以假定0o的彩色为红色，120o的为绿色，240o的为蓝色。色度从0o~360o覆盖了所有可见光谱的彩色。图2.8柱形彩色空间图2.7色相环色相H用角度来表示，它反映了该彩色最接近什么样的光谱波长。在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为1。中心是中性（灰色）的，即饱和度为0。活动：

色相环仅考虑了H和S，如果要同时考虑H、S、I，如何改进图2.7？

环形中，0°到240°的色相覆盖了所有可见光谱的彩色，在240°到300°之间为人眼可见的非光谱色（紫色）。

如果再把亮度作为色环的垂线，那么H、S、I构成一个柱形彩色空间。三维柱形空间中，灰度阴影沿着轴线从底部的黑变到顶部的白，具有最高亮度。最大饱和度的颜色位于圆柱上顶面的圆周上。（a）原RGB图像（b）H分量

（c）S分量（d）I分量1）YUV颜色模型

PAL制式彩色电视信号系统将R、G、B三色信号转换成Y、U、V信号。其中，Y信号表示亮度，U、V信号是色差信号。2）CMYK颜色模型

印刷工业常用。是通过颜色相减来产生其它颜色，称为减色合成法(subtractivecolorsynthesis)。C（Cyan）=

青色，即“天蓝”或是“湛蓝”色；M（Magenta）=

品红色，又称为“洋红”色；Y（Yellow）=黄色；K（即KeyPlate，blacK)=定位套版色(黑色)。进行图像处理时，一般不采用CMYK模式，原因是这种模式的图像文件很大，占用的磁盘空间和内存很大。计算机屏幕显示通常用RGB颜色模型，它是通过相加来产生其它颜色的，这种做法通常称为加色合成法(additivecolorsynthesis)。

（3）其它颜色模型（4）颜色模型的相互转换1）RGB模型转换到HIS模型给定一幅RGB彩色图像，对任何3个［0，1］范围内的R，G，B值，其对应HSI模型中的I，S，H分量的计算公式为（2.19）假设S和I的值在［0，1］之间，R，G，B的值也在［0，1］之间，则HSI模型转换为RGB模型的公式分成3段，以便利用对称性。当H在［0°，120°］之间时2）HSI模型转换到RGB模型当H在［120°，240°］之间

当H在［240°，360°］之间(2.22)3）RGB模型转换到CMYK模型(2.23)4）CMYK模型转换到RGB模型(2.24)式（2.23）和（2.24）中，W指白色，R、G、B分别是红、绿、蓝色，C、M、Y分别代表青色、品红色和黄色。5）RGB模型转换到YUV模型

（2.25）

（2.26）6)

YUV模型转换到RGB模型

（a）原RGB图像（b）Y分量（c）U分量

（d）V分量

2.3.4彩色显示（1）用彩色监视器显示，用彩色显像管的显示方法，利用相加混色法产生各种颜色。相加混色的规律为红色+绿色=黄色红色+蓝色=紫色蓝色+绿色=青色红色+蓝色+绿色=白色黄色=白色-蓝色紫色=白色-绿色青色=白色-红色红色=白色-蓝色-绿色绿色=蓝色-红色蓝色=白色-绿色-红色黑色=白色-蓝色-绿色-红色（2）彩色硬拷贝设备，是用相减混色原理显示彩色图像的，相减混色的规律为2.4数字图像处理基础2.4.1灰度直方图及其应用（1）直方图的定义

灰度直方图是图像灰度级的函数，描述的是图像中具有该灰度级的像素的个数，其横坐标是灰度级，纵坐标是该灰度出现的频率，即等于该灰度的像素的个数或者频数。

灰度直方图是反映一幅图像中的灰度级与出现这种灰度的概率之间的关系的图形，是图像的最基本的统计特征，是图像处理中的重要工具之一。在离散形式下，用代表离散灰度级，用表示概率密度函数，则有

式中，nk为图像f(x,y)中具有rk这种灰度值的像素数，n为图像中像素总数，而nk/n为频数。（2.27）在直角坐标系中做出与的关系图形，即为直方图。

图2.9一幅图像及其直方图imhist(I)活动：想一想通常在一幅图像中移动某一目标对直方图有没有影响？没有。直方图描述了每个灰度级具有的像素的个数，但它不能为这些像素在图像中的空间位置提供任何线索。

图2.10不同图像具有相同直方图（2）

直方图的性质（1）直方图只反映图像中不同灰度值出现的次数（或频数），而不能反映某一灰度值像素所在位置。也就是说，它只包含了该图像中某一灰度值的像素出现的概率，而丢失了其所在位置的信息。（2）任一幅图像，都能唯一地确定一幅与它相对应的直方图，但不同图像，可能有相同的直方图。即图像与直方图之间是多对一的映射关系。（3）由不连续区域组成的一幅图像，若每个区域的直方图已知，则整幅图像的直方图等于区域的直方图之和。(3)直方图的基本应用1)帮助确定数字化参数