第3章图像处理-色彩详解课件

进程：1 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243 3第章3.1 色彩空间色彩空间p 3.1.1 颜色的基本特性颜色的基本特性p 3.1.2 三基色原理三基色原理p 4.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换3.2 图形与图像图形与图像p 3.2.1 图形图形p 3.2.2 静态图像静态图像 实验实验 图像的获取与处理图像的获取与处理进程：2 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 2024本章重点难点 重点：图形图像的基本概念重点：图形图像的基本概念 难点：色彩空间转换难点：色彩空间转换进程：3 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.1 颜色的基本特性颜色的基本特性颜色是外来光刺激而使人产生的某种感觉颜色是外来光刺激而使人产生的某种感觉,主要是指可见光主要是指可见光.光的波长，物体本身的颜色，环境，个人经历，视觉光的波长，物体本身的颜色，环境，个人经历，视觉 敏感程度，记忆等敏感程度，记忆等影响颜影响颜色的因色的因素素 颜色颜色是光作用于人眼引起的是光作用于人眼引起的 除形象以外的视觉特性除形象以外的视觉特性概概念念进程：4 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.1 颜色的基本特性颜色的基本特性 色调色调，反映颜色的种类，反映颜色的种类,是当人眼看到一是当人眼看到一 种或多种波长的光时所产生的彩色感觉种或多种波长的光时所产生的彩色感觉基本特基本特性性 颜色的纯度，即色彩喊有某种单色光的颜色的纯度，即色彩喊有某种单色光的纯净程度，用来区分颜色的深浅程度纯净程度，用来区分颜色的深浅程度饱和度饱和度亮度，是光作用于人眼引起的明亮程度的感觉。亮度，是光作用于人眼引起的明亮程度的感觉。通常将色调和饱和度统称为色度通常将色调和饱和度统称为色度进程：5 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.2 三基色原理三基色原理l 三色学说三色学说 牛顿在牛顿在17世纪后期用棱镜把太阳光分散成光谱上的颜色世纪后期用棱镜把太阳光分散成光谱上的颜色 光带，用实验证明了白光是由多种颜色的光混合而成的。光带，用实验证明了白光是由多种颜色的光混合而成的。人眼的视网膜中有三种锥体细胞，分别感受红光、绿光人眼的视网膜中有三种锥体细胞，分别感受红光、绿光 和蓝光，三种锥体细胞共同作用，使人产生了不同的颜和蓝光，三种锥体细胞共同作用，使人产生了不同的颜 色感觉。色感觉。进程：6 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.2 三基色原理三基色原理l 三基色三基色 红光红光700nm，绿光，绿光546.1nm，蓝光，蓝光435.8nm，它们具有一定的独立性，可以混合得到其他颜色光它们具有一定的独立性，可以混合得到其他颜色光 三种基本三种基本颜色色光颜色色光进程：7 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.2 三基色原理三基色原理l 色光加色法色光加色法 由两种以上的色光混合，呈现另外的颜色光的方法，由两种以上的色光混合，呈现另外的颜色光的方法，为加色法。其实质是不同能量的色光混合时，可以为加色法。其实质是不同能量的色光混合时，可以 导致混合色光能量的变化。导致混合色光能量的变化。色彩的形成色彩的形成MYBGWRC 红红-青、绿青、绿-品红和蓝品红和蓝-黄黄 互补色互补色补色律补色律代替律代替律中间色律中间色律亮度相加律亮度相加律 色光连续变化律色光连续变化律进程：8 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.2 三基色原理三基色原理l 色料减色法色料减色法 色料是指能使无色物体呈现颜色的物质；实验发现，青、品色料是指能使无色物体呈现颜色的物质；实验发现，青、品 红、黄三种色料能匹配出更多的色彩，故称为色料三原色。红、黄三种色料能匹配出更多的色彩，故称为色料三原色。色彩的形成色彩的形成BRMYBkCG 减色是指加入一种原色色料会减去入射光中的减色是指加入一种原色色料会减去入射光中的 一种原色色光（补色光），因此在色料混合时，一种原色色光（补色光），因此在色料混合时，从复色光中减去一种或几种单色光，从而呈现从复色光中减去一种或几种单色光，从而呈现 另一种颜色的方法就是减色法。另一种颜色的方法就是减色法。进程：9 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.2 三基色原理三基色原理l 二者关系二者关系 色光加色法色光加色法色料减色法色料减色法三原色三原色R、G、BY、M、C呈色基呈色基本规律本规律(R)+(G)=(Y)(R)+(B)=(M)(G)+(B)=(C)(R)+(B)+(G)=(W)(Y)+(M)=(R)(Y)+(C)=(G)(M)+(C)=(B)(Y)+(M)+(C)=(Bk)实质实质色光相加，加入原色光，光能量增大色光相加，加入原色光，光能量增大色料混合，减去原色光，光能量减小色料混合，减去原色光，光能量减小效果效果明度增大明度增大明度减小明度减小呈色呈色方法方法视觉器官外空间混合视觉器官外空间混合视觉器官内：视觉器官内：静态混合；动态混合静态混合；动态混合色料掺合色料掺合透明色层选合透明色层选合补色补色关系关系补色光相加、愈加愈亮、补色光相加、愈加愈亮、形成白色形成白色补色料相加，愈加愈暗，补色料相加，愈加愈暗，形成黑色形成黑色主要主要应用应用彩色电影、电视、测色计彩色电影、电视、测色计彩色绘画、摄影、印刷、印染彩色绘画、摄影、印刷、印染进程：10 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换 彩色空间又称色域，是用来表示色彩的一种数学描述方法。彩色空间又称色域，是用来表示色彩的一种数学描述方法。实际就是各种颜色的集合，常用三维坐标来描述。实际就是各种颜色的集合，常用三维坐标来描述。基本概念基本概念色彩空间是三维的，色彩空间是三维的，作为色彩空间三维坐标的三个独立参数，作为色彩空间三维坐标的三个独立参数，可以是色彩的心理学属性：色相、明度和饱和度可以是色彩的心理学属性：色相、明度和饱和度也可以是其它三个参数如也可以是其它三个参数如RGB、Lab或或CMY 进程：11 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换 RGB型颜色空间：主要用于电视机和计算机的颜色显示型颜色空间：主要用于电视机和计算机的颜色显示 系统，包括系统，包括RGB、HIS、HSL、HSV等模型。等模型。RGB任意一种色光，其色度可由相对任意一种色光，其色度可由相对色系数中的任意两个唯一的确定。色系数中的任意两个唯一的确定。RGB和和CMY彩色空间都是面向彩色空间都是面向硬件的硬件的 第一类第一类 色彩空间色彩空间进程：12 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换 HSV彩色空间是面向用户的，对应于圆柱坐标系的一个彩色空间是面向用户的，对应于圆柱坐标系的一个 圆锥形子集圆锥形子集。HSV圆锥的顶面对应于圆锥的顶面对应于V=1，代表的颜色较亮。，代表的颜色较亮。色彩色彩H由绕由绕V轴的旋转角给定，红色对应轴的旋转角给定，红色对应于角度于角度0度，绿色对应于角度度，绿色对应于角度120度，蓝色度，蓝色对应于角度对应于角度240度度 第一类第一类 色彩空间色彩空间进程：13 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换 HSI彩色空间能减少彩色图像处理的复杂性，彩色空间能减少彩色图像处理的复杂性，更接近人对色彩的认识和解释更接近人对色彩的认识和解释 HSI色调色调 H饱和度饱和度 S光的强度光的强度 I第一类第一类 色彩空间色彩空间进程：14 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换 XYZ型颜色空间：由国际照明委员会规定，用于颜色的型颜色空间：由国际照明委员会规定，用于颜色的 基本度量，包括基本度量，包括CIE 1931 XYZ、L*a*b、LCH等模型。等模型。XYZ第二类第二类 色彩空间色彩空间第三类第三类 色彩空间色彩空间 YUV型颜色空间：应广播电视需求而推出的，主要通型颜色空间：应广播电视需求而推出的，主要通 过压缩色度信息以有效地传播彩色电视图象，过压缩色度信息以有效地传播彩色电视图象，包括包括YUV、YIQ、YCbCr等模型。等模型。YUV进程：15 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换色彩空间转换色彩空间转换l RGB-CMYC=255-R，M=255-G，Y=255-Bl RGB-YCbCr R=Y+kr*Cr G=Y+kb*Cb B=Y-0.299/0.587*krCr-0.114/0.587*kbCbkr=1/2(1-0.299)kb=1/2(1-0.114)Y=0.299R+0.587G+0.114BCr=2(1-0.299)(R-Y)=(0.500R-0.4187G-0.0813B)+128Cb=2(1-0.114)(B-Y)=(-0.1678R-0.3313G+0.500B)+128进程：16 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换色彩空间转换色彩空间转换l RGB-HSVl HSV-RGB进程：17 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.1.3 彩色空间及其转换彩色空间及其转换色彩空间转换色彩空间转换l RGB-YUVl RGB-YIQ Y为亮度，表示灰度信息；为亮度，表示灰度信息；I为色调，为色调，Q为饱和度，为饱和度，I和和Q表示颜色信息表示颜色信息 进程：18 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.1 图形图形l 基本概念基本概念 Graphic，是一组点、线、面等的大小、，是一组点、线、面等的大小、形状及位置、维数的指令集合形状及位置、维数的指令集合l 文件格式文件格式 (1)WMF，Windows像素文件像素文件 (2)DXF，AutoCAD中的图形文件格式中的图形文件格式 (3)3DS，3D Studio的动画原始图形文件的动画原始图形文件进程：19 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 基本概念基本概念 Image，是由输入设备捕捉的实际场景画面，静止，是由输入设备捕捉的实际场景画面，静止 图像由一些排列成行和列的点组成（即像素点）。图像由一些排列成行和列的点组成（即像素点）。进程：20 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 分辨率分辨率 图像分辨率，图像中存储的信息量，图像分辨率，图像中存储的信息量，PPI（Pixel Per Inch）分辨率越大，像素点密度越高，图像分辨率越大，像素点密度越高，图像对细节表现的能力越强，清晰度就越对细节表现的能力越强，清晰度就越高，反之，越模糊高，反之，越模糊 1进程：21 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 分辨率分辨率 显示分辨率，指画面由多少像素组成，数值越大，图像显示分辨率，指画面由多少像素组成，数值越大，图像越清晰，由水平和垂直方向显示的像素数表示越清晰，由水平和垂直方向显示的像素数表示800*6002显示器的最大分辨率与显示区域的大小、显像管显示器的最大分辨率与显示区域的大小、显像管点距（屏幕上两个相邻同色荧光点之间的距离）点距（屏幕上两个相邻同色荧光点之间的距离）和视频带宽等因素有关，可以通过下面的公式计算：和视频带宽等因素有关，可以通过下面的公式计算：显示区域的宽或高显示区域的宽或高/点距。点距。进程：22 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 分辨率分辨率 打印分辨率，输出分辨率，打印分辨率，输出分辨率，DPI（Dot Per Inch），决），决定了打印机打印图象时所能表现的精细程度。定了打印机打印图象时所能表现的精细程度。3激光打印机分辨率通常在激光打印机分辨率通常在600600DPI以上，以上，喷墨打印机分辨率在喷墨打印机分辨率在1200600DPI以上，以上，办公用打印机分辨率通常在办公用打印机分辨率通常在300DPI720DPI之间之间 进程：23 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 图像模式图像模式 黑白图象，二值图，每个像素点由黑白图象，二值图，每个像素点由1位二进制数据表示位二进制数据表示1进程：24 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 图像模式图像模式 灰度图象，灰度图象，8位二进制表示每个像素点位二进制表示每个像素点2进程：25 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 图像模式图像模式 彩色图象，彩色图象，24位二进制表示每个像素点，位二进制表示每个像素点，RGB3进程：26 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 图像数据量计算图像数据量计算 图像数据量大小图像数据量大小=像素总数像素总数图像深度图像深度8 例如，一幅例如，一幅640480的的256色图像大小为色图像大小为:64048088=307200字节字节 进程：27 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 常用文件格式常用文件格式 Bitmap，Microsoft公司开发，用于公司开发，用于Windows环境环境BMP文件头文件头信息头信息头实际数据实际数据(1)扩展名采用扩展名采用“.bmp”(2)文件描述单一文件描述单一(静止静止)图像图像(3)彩色模式彩色模式:24 232 (4)调色板调色板RGB数据顺序反向排列数据顺序反向排列(5)以图像左下角为起点排列数据以图像左下角为起点排列数据(6)一般采用非压缩数据格式一般采用非压缩数据格式 (1)用于表现打印、显示用图像用于表现打印、显示用图像 (2)不适于网络传送不适于网络传送 (3)不适于提供印刷文件不适于提供印刷文件用途用途进程：28 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 常用文件格式常用文件格式 Tag Image File Format，Aldus公司开发，用于精确描述图像的场合公司开发，用于精确描述图像的场合TIF (1)平面设计作品的最佳表现形式平面设计作品的最佳表现形式 (2)用于提供印刷文件用于提供印刷文件 (3)不适于网络传送不适于网络传送文件头文件头文件头文件头标识信息区标识信息区标识信息区标识信息区图像数据图像数据图像数据图像数据应用应用 (1)扩展名采用扩展名采用“.tif”(2)文件描述单一文件描述单一(静止静止)图像图像 (3)彩色模式彩色模式:21(单色单色)232 (4)支持多平台支持多平台(PC&Macintosh)(5)可采用多种压缩数据格式可采用多种压缩数据格式特点特点进程：29 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 常用文件格式常用文件格式 Taga Image Format，Truevision公司开发，用于屏显和动画帧显示公司开发，用于屏显和动画帧显示TGA应用应用特点特点 (1)扩展名采用扩展名采用“.tga”(2)文件描述单一文件描述单一(静止静止)图像图像 (3)彩色模式彩色模式:20(1色色)232 (显示模式依赖显示卡显示模式依赖显示卡)(4)图像分辨率固定为图像分辨率固定为96dpi文件头文件头文件头文件头调色板信息调色板信息调色板信息调色板信息图像数据图像数据图像数据图像数据数据补充区数据补充区数据补充区数据补充区(1)用于表现影视广播级动画的帧用于表现影视广播级动画的帧(2)不适于保存高质量印刷文件不适于保存高质量印刷文件 (3)不适于网络传送不适于网络传送进程：30 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 常用文件格式常用文件格式 Graphics Interchange Format,CompuServe公司开发公司开发,用于屏显和网络用于屏显和网络GIF应用应用特点特点(1)用于屏幕显示图用于屏幕显示图 像和电脑动画像和电脑动画(2)用于网络传送用于网络传送(3)不适于保存高质不适于保存高质 量印刷文件量印刷文件 (1)扩展名采用扩展名采用“.gif”(2)具有具有87a、89a两种格式两种格式 87a 描述单一描述单一(静止静止)图像图像 89a 描述多帧图像描述多帧图像 (3)彩色模式彩色模式:28(256色色)，分辨率，分辨率96dpi (4)采用改进的采用改进的LZW压缩算法压缩算法文件头文件头文件头文件头逻辑屏幕描述逻辑屏幕描述逻辑屏幕描述逻辑屏幕描述图像数据图像数据图像数据图像数据结束标志结束标志结束标志结束标志调色板信息调色板信息调色板信息调色板信息进程：31 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 20243.2.2 静态图像静态图像l 常用文件格式常用文件格式 Joint Photographic Experts Group，联合专家小组开发，用，联合专家小组开发，用 于彩色图像的存储和网络传送于彩色图像的存储和网络传送JPG应用应用特点特点(1)用于保存表现自然景观的图像用于保存表现自然景观的图像(2)用于网络传送用于网络传送(3)不适于表现有明显边界的图形不适于表现有明显边界的图形(4)不适用于高质量印刷文件不适用于高质量印刷文件(1)扩展名采用扩展名采用“.jpg”(2)采用有损压缩编码形式，采用有损压缩编码形式，数据量小数据量小(3)彩色模式彩色模式:232(真彩色真彩色)(4)经解压缩，方可显示图像，经解压缩，方可显示图像，显示速度慢显示速度慢进程：32 人民邮电出版社/信息科学技术学院 主讲：李锦卫 博士 教材：多媒体技术与应用12 七月 2024n 颜色基本概念颜色基本概念,色彩空间概念及模型色彩空间概念及模型;n 图形图像基本概念图形图像基本概念,常用文件格式常用文件格式.总结