第2章 数字图像表示 2.1 人眼成像过程 2.2 彩色视觉和颜色模型 2.3 图像采集装置 2.4 图像采样和量化 2.5 图像显示和打印

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1 第2章 数字图像表示 2.1 人眼成像过程 2.2 彩色视觉和颜色模型 2.3 图像采集装置 2.4 图像采样和量化 2.5 图像显示和打印
2.1 人眼成像过程 2.2 彩色视觉和颜色模型 2.3 图像采集装置 2.4 图像采样和量化 2.5 图像显示和打印 2.6 数字图像的基本类型 2.7 数字图像的基本文件格式 2.8 像素之间的基本关系

2 2.1 人眼成像过程 人眼 人眼是一个平均半径为20mm的球状器官。它由三层薄膜包围着，最外层是坚硬的蛋白质膜，其中，位于前方的大约1／6部分为有弹性的透明组织，称为角膜，光线从这里进入眼睛。

3 虹膜的中间有一个圆孔，称为瞳孔。它的大小可以由连接虹膜的环状肌肉组织来调节，以控制进入眼睛内部的光通量大小，其作用和照相机中的光圈一样。最内一层为视网膜，它的表面分布有大量光敏细胞。

4 视网膜的结构和两种感光换能系统 人类视网膜感光细胞有视杆 (rod)和视锥(cone)细胞两种。视杆细胞对光的敏感性较高，只能区别明暗、而无色觉。视锥细胞对光的敏感性较差，但能辨别颜色，且对物体表面的细节和境界 都能看得清楚，有很高的分辨力。 感觉器官分类

5 视网膜的感光换能系统 视杆细胞 视锥细胞 数量 1.2109个 6107个 感光色素 1种（视紫红质） 3种 分布 中间和周边均少
视杆细胞 视锥细胞 数量 1.2109个 6107个 感光色素 1种（视紫红质） 3种 分布 中间和周边均少 中央凹最多，向外越少 突触联系 树状 一对一 功能 暗光觉 昼光觉，色觉

6  视杆细胞特征 主要负责暗视条件下的视觉和运动检测 杆状细胞大约在可见光谱的范围内，对微小变化的光线非常敏感 杆状细胞可以接收的光强几乎是人工光学传感器可接收光强的理论下限。这样宽的工作范围是到目前为止的任何一种人工光学传 感器所无法实现的。  视锥细胞特征 主要负责颜色视觉和敏锐性； 在暗视条件下作用变弱，因此在夜晚几乎没有颜色视觉

7 2.2 彩色视觉和颜色模型 人的彩色视觉 人的视觉不仅能感知光的刺激，还将不同频率的电磁波感知为不同的颜色。光能本身是无颜色的，颜色是人们眼睛感知光后产生的生理和心理现象。眼睛对光的感觉称为光觉，对颜色的感觉称为色觉，这是眼睛的特性。

8 人的彩色视觉 彩色视觉的物理基础是人类视网膜中有感受彩色的传感器－锥(cone）细胞 。

9 Young-Helmhotz三色原理 为了解释视觉对颜色的感知能力，美国物理学家Thomas Young 1801年提出三色假说，后来由Helmholtz加以发展，形成著名的Young-Helmholtz三色学说． 视锥细胞含有对光做出反应的感光色素，分别为： 第一类：蓝色敏感——短波长 第二类：绿色敏感——中波长 第三类：红色敏感——长波长

10 三色假说的中心内容： 假设有三种视觉(锥体)感受器，分别对红、绿、蓝三种颜色敏感；当光线同时作用在这三种感受器上时，三个感受器产生的兴奋程度不同；在不同波长光的刺激下发出不同的信号，传至大脑，产生不同的颜色感觉，三种感受器处于等强度兴奋时，便产生白色的感觉。 现代技术的发展充分证实了三色假说的合理性。

11 人类视知觉信息处理系统

12 三原色假说的验证 一些研究人员利用20世纪60年代发展起来的显微分光光度术、眼底反射术等新技术，成功地鉴别了不同类型的视锥色素，并发现每类视锥细胞都在一个较大波长幅度内起作用视锥细胞数量 红敏感：400万 绿敏感：200万 蓝敏感：100万 三种视锥细胞的吸收峰分别为564（红敏）、534（绿敏）、420（蓝敏）纳米。

13 例如600 nm的单色黄光就处在VR（λ）、 VG（λ）曲线之下， 所以600 nm的单色黄光既激励了红敏细胞， 又激励了绿敏细胞， 可引起混合的感觉。
当混合红绿光同时作用于视网膜时， 分别使红敏细胞、 绿敏细胞同时受激励， 只要混合光的比例适当， 所引起的彩色感觉， 可以与单色黄光引起的彩色感觉相同。

14 色盲/色障/色弱患者 大多为红绿色盲 原因（Sekuler & Blake, 1994） 红绿视锥细胞缺失/损坏

15 根据三色假说，不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的，产生的彩色视觉各异，人眼因此能分辨出五光十色的颜色。现在很多显示技术正式基于这一假设，在图像复现过程中，不是重现原来景物的光谱分布，而是利用3种相似于红、绿、蓝锥状细胞特性的3种光源进行配色，在色感上得到相同的效果。

16 颜色的基本概念 亮度、色调和饱和度 人眼对彩色的感知可用亮度、色调和饱和度来描述，人眼看到任意彩色光都是这三个特性的综合效果。 1) 亮度（ Intensity ）:指由于彩色刺激而使人眼感觉到的明暗程度；亮度为光的强度值或灰度值 2) 色调（Hue）:色调是光波混合中与主波长有关的属性，色调表示观察者接收的主要颜色。 3) 饱和度（Saturation）:指色彩的浓淡程度，如粉红色是欠饱和的。饱和度与所加白光数量成反比。

17 色 调（Hue） 色调是与混合光谱中主要光的波长相联系的，或者说观察者感觉到的主要颜色。
每个波长代表不同的色调 。它反映颜色的种类，决定颜色的基本特性。某一物体的色调，是指该物体在日光照射下所反射的各光谱成分作用于人眼的综合效果，对于透射物体则是透过该物体的光谱综合作用的结果。当我们说一个物体是红色、橘黄色、黄色时，是指它的色调。

18 饱和度(saturation) 饱和度是单色光中掺入白光的度量，单色光的色饱和度为100%，白光加入后，其色饱和度下降，非彩色光的色饱和度为0%。 饱和度越高，色彩越艳丽、越鲜明突出，越能发挥其色彩的固有特性。但饱和度高的色彩容易让人感到单调刺眼。饱和度低，色感比较柔和协调，可混色太杂则容易让人感觉浑浊，色调显得灰暗。

19 彩色模型 为了科学地描述和使用颜色，需要建立描述颜色的数学方法，即建立色彩模型。
建立彩色模型可看作建立一个3D的坐标系统，其中每个空间点都代表某一特定的彩色。 彩色模型也称为彩色空间，或者彩色系统。在彩色图像处理中，选择合适的彩色模型是很重要的。

20 彩色模型种类： 颜色模型主要有HSV、RGB、HSI、CHL、LAB、CMY等。 它们在不同的行业各有所指，但在计算机技术方面运用最为广泛。

21  RGB颜色模型 自然界中绝大部分的可见光谱可以用红、绿和蓝三基色光按不同比例和强度的混合来表示。RGB分别代表着3种颜色：R（波长=700.00nm)，G（波长=546.1nm) 、B （波长=435.8nm) 。 RGB颜色模型是相加混色，称为加色模型。 RGB色彩模式为图像中每一个像素的RGB分量分配一个0~255范围内的强度值。例如：纯红色R=255，G=0，B=0；白色的R、G、B都为255；黑色的R、G、B都为0。

22 RGB颜色模型 蓝(0,0,255) 青(0,255,255) 品红(255,0,255) 白(255,255,255)
黑(0,0,0) 绿(0,255,0) 红(255,0,0) 黄(255,255,0)

23  RGB颜色模型 R（红）G（绿）B（蓝） （0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色 B 红色：=700.0nm

24 RGB颜色模型讨论 RGB色彩空间采用物理三基色表示，因而物理意义很清楚，适合彩色显象管工作。
识别不同颜色物体的简单方法是设定色调阈值，问题是: 1）这些色调阈值在RGB空间位于何处？ 2）在RGB空间中，如何将对应于不同色彩物体的色彩区域分离，分离曲面的形状是什么？ 3） 将色调阈值转换为RGB表示的公式是什么？ 这些问题在RGB空间中是很难回答的。

25  YUV模型 彩色电视信号传输时，将R,G,B改成亮度信号和色度信号。 PAL制式将RGB三色信号改组成Y、U、V信号
采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图就是黑白灰度图。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色信号。

26 电视信号在发射时，转换成YUV形式，接收时再还原成RGB三基色信号，由显像管显示。
目的是为了可以与黑白电视兼容。 电视信号在发射时，转换成YUV形式，接收时再还原成RGB三基色信号，由显像管显示。 Y Y,U,V Y Y,0,0

27 RGB到YUV的转换 YUV到RGB的转换

28 YUV色彩空间与RGB色彩空间的转换关系如下：

29 YIQ颜色模型 NTSC 制式将RGB三色信号改组成Y、I、Q信号 转换关系为： Y I Q 0.299 0.587 0.144
R G B = Y I Q R G B =

30  HSI 颜色模型 HSI〔Hue-Saturation-Intensity), 颜色模型用H、S、I三参数描述颜色特性，HSI 色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调、色饱和度和亮度来描述色彩。  色调（Hue）: 光线所呈现的颜色  饱和度（Saturation）:指色彩的浓淡程度  亮度（ Intensity ）:指由于彩色刺激而使人眼感觉到的明暗程度；亮度为光的强度值.

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32 HSI彩色模型 I：双三棱锥中心线：表示光照强度或称为亮度，它确定了像素的整体亮度，而不管其颜色是什么。 H：表示色度，由角度表示。反映了该颜色最接近什么样的光谱波长。0o为红色，120o为绿色，240o为蓝色。0o到240o覆盖了700nm~435.8nm的可见光谱颜色。 S：饱和度，饱和度参数是沿双棱锥中心线垂直方向到彩色点的长度。在双棱锥的外表面是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为1。在中心是中性(灰色)影调，即饱和度为0。 240o 0o 120o

33 HSI彩色模型 I 表示光照强度或称为亮度，它确定了像素的整体亮度，而不管其颜色是什么。 I: 小 大

34 色度（H） 的效果示意图 H=0º H=60º H=120º H=180º H=240º H=300º

35 S：表示饱和度，饱和度参数是色环的原点到彩色点的半径长度。
在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为1。在中心是中性（灰）色，即饱和度为0。 S

36 饱和度（S） 的效果示意图 S=0 S=1/4 S=1/2 S=1

37 HSI色彩空间和RGB色彩空间的关系

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39 HSI颜色模型优点 人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。

40 彩色模型转换 RGB HSI hsi_g=rgb2hsi(rgb_f)

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42 RGB_hsichange.m clear all; close all; rgb_f=imread('d:\work\woman.bmp'); hsi_g=rgb2hsi(rgb_f); ％RGB转换成HIS模型 fh=hsi_g(:,:,1);％色调 fs=hsi_g(:,:,2);％饱和度 fi=hsi_g(:,:,3);％亮度 figure,imshow(fi)％显示亮度分量

43 彩色模型转换 HSI RGB rgb_g=hsi2rgb (hsi_f)

44  YCbCr色彩模型 这是常用于彩色图像压缩时的一种颜色表示方法。YCbCr模型充分考虑了色彩组成时RGB三色的重要因素，考虑图像压缩时可以充分取出冗余量。 Y: 代表亮度； Cb、Cr： 代表色差。

45 RGB到YCbCr的转换 YCbCr到RGB的转换 其中：

46 色彩空间及应用 不同应用采用不同的色彩空间(颜色模型)表示图形和图像的颜色，如CCD成像和计算机显示时采用RGB彩色模型； HSI模型广泛用于计算机视觉、图像检索和视频检索； YIQ、YUV色彩模型用于彩色电视；彩色印刷和彩色打印采用CMY模式等。 JPEG采用YCbCr彩色空间。不同的彩色空间对应不同的应用场合，在图像的生成、存储、处理及显示时对应不同的彩色空间，需要做不同的处理和转换。

47 2.3、图像采集装置 CCD CCD相机 （索尼F828）

48  扫描仪  数码照相机  数码摄像机  红外热像仪 采集装置都包括下面两个部件：  光敏感器件  模/数转换装置

49 红外热像仪

50 图象的形成 图2-2 图像数字化器 数字成像传感器

51 2.4 图像采样和量化 图像采样和量化是将一幅画面转化成计算机能处理的形式——数字图像。

52  图像数字化 我们获取图像的方法有很多种，模拟图像是不能直接用数字计算机来处理的。为使图像能在数字计算机内进行处理，首先必须将各类图像（如照片，图形，X光照片等等）转化为数字图像。为了产生一幅数字图像，需要把连续的感知数据转化为数字形式，即图像数字化。 图像数字化包括两种处理：采样和量化。数字图像是离散采样点的集合，每个点具有各自的属性。

53  图像采样 对图像采样，就是把模拟图像分割成若干个称为象素的小区域．每个象素的属性用一个或几个数值来表示，如灰度图像，该属性用一个整数值表示亮度或灰度值。可见，采样是对图像空间坐标的离散化。 象素

54  图像量化 经过抽样，模拟图像已在空间上离散化为象素。但抽样结果所得的象素的值仍是连续量。把采样所得到的各象素的灰度值从模拟量到离散量的转换称为量化。量化决定了图像灰度的分辨率。 255 如均匀量化为256个灰度级。 254 128 127 1

55 灰度图像量化

56  图像数字化

57 图像种类 黑白图像 灰度图像 彩色图像

58 黑白（二值）图像的数字化

59 彩色图像的数字化

60 彩色图像的数字化 1 2 . 255 R r G g B b

61  数字图像的表示方法

62 数字图像表示 当一幅图像f(x,y)被采样，则产生的数字图像有M行和N列。一幅图像就变成离散量， 用一个2-D数组表示： f (x, y) x ， y：2-D空间XY中坐标点的位置 f：代表图象在(x, y)的性质F 的数值 f，x，y 的值可以是任意实数 性质F : 可对应不同物理量 对于灰度图象，f 代表(x,y)点处象素的灰度值

63 为了表达清楚和方便起见，我们通常用整数表示离散的坐标。这样原点的坐标我们设为(x,y)=(0,0)。沿图像的第一行的下一个坐标值用(x,y)=(0,1)来表示。
这样表示是很重要的，但并不表示这是图像的实际物理坐标值，只是一个约定。我们以下面的紧凑的矩阵形式表示完整的M×N数字图像：

64 数字图像所用坐标的M,N为正数，灰度 级取值为2的整数次幂L=2k,为k位图像。
在某些讨论中，我们可以用传统的矩阵来表示数字图像和像素：

65 经过数字化过程（采样、量化）得到矩阵

66  数字图象示例 数字图像是由许多像素紧密排列而成的，只要将图像逐步放大就可看出。例如从图中选取一小块放大。

67 空间分辨率变化产生的效果 对1幅512×512，256个灰度级的具有较多细节的图像，如果保持灰度级数不变仅将其空间分辨率减为256× 256，就可能在图中各区域的边界处看到方块状的棋盘模式，并在全图看到像素粒子变粗的现象。这种效果一般在128×128的图中看得更为明显而在64× 64和32× 32的图中就已相当明显了。

68 空间分辨率变化产生的效果 128×128 256×256 512×512 64×64 32×32 16×16

69 幅度分辨率变化产生的效果 现在仍借助上述512×512，256级灰度级的图，考虑减少图像幅度分辨率(即灰度级数)所产生的效果。如果保持空间分辨率而仅将灰度级数减为128或64，一般并不能发现有什么区别，如果将其灰度级数进一步减为32，则在灰度缓变区常会出现一些几乎看不出来的非常细的山脊状结构。这种效应称为虚假轮廓，它是由于在数字图像的灰度平滑区使用的灰度级数不够而造成的。它一般在用16级或不到16级均匀灰度数的图中比较明显。

70 幅度分辨率变化产生的效果 256灰度级 64灰度级 16灰度级 8灰度级 4灰度级 2灰度级 （木刻画效果）

71 2.4 图象显示 图像显示指将图像数据以图的形式展示出来。  显示设备
2.4 图象显示 图像显示指将图像数据以图的形式展示出来。  显示设备 可以显示图像的设备有许多种。常见图像处理和分析系统的主要显示设是显示器。 还有阴极射线管(CRT)、 液晶显示 、 等离子体显示 、 注入电致发光显示、 高场电致发光显示、投影显示以及各种打印设备也可用于图像输出和显示。 阴极射线管(CRT) 液晶显示 (LCD)

72 显示器主要性能指标 屏幕尺寸：如20’’，40 ’’，50’’ 图像分辨力：如1280×1080(138万象素)
如600电视线、如300DPI 峰值亮度: 指垂直于光束传播方向上的单位面积上的发光强度。单位为cd/m2。 一般显示器应有70cd/m2的亮度，具有这种亮度图像在普通室内照度下清晰可见。在室外观看要求亮度更高，可达300cd/m2以上。 屏幕响应速度（余辉时间）：如 4ms 、8ms 对比度：是屏幕上同一点最亮时与最暗时的亮度的比值 。

73 发光颜色： 发光颜色(或显示颜色)的衡量方法，可用发射光谱或显示光谱的峰值及带宽，或用色度坐标表示。显示器件的颜色显示能力，包括颜色的种类、层次和范围，是彩色显示器件的一个重要指标。 余辉时间: 指荧光粉的发光，在电子轰击停止后起，到亮度减小到电子轰击时稳定亮度的l/10(或1/100)所经历的时间，余辉时间主要决定于荧光粉，一般阴极射线荧光粉的余辉时间从几百纳秒到几十秒。

74 电视线：用光栅高度(帧高)范围内能分辨的等宽度黑白条纹(对比度为100％)数目或电视扫描行数来表示。如果在垂直方向能分辨250对黑白条纹，就称垂直分辨力为 500 行(线)。
图像分辨力在600电视线

75 DPI (灰度级的表示方式) ： 打印设备也是一种显示图像的设备，一般用十输出较低分辨率的图像。输出图像上任一点的灰度值可由该点打印的字符数量和密度来控制。 图像的原始灰度常有几十到几百级甚至上千级，但有些图像输出设备的灰度只有两级，如黑白激光打印机。为了在这些设备上输出灰度图像并保持其原有的灰度级常采用一种称为半调输出的技术。

76 半调输出的原理是利用人眼的集成特性，在每个像素位置打印一个其尺寸反比于该像素灰度的黑园点，即在亮的图像区域打印的点小，的在暗的图像区域打印的点大。当点足够小，观察距离足够远时，人眼就不容易分开各个小点，而得到比较连续平滑的灰度图像。因此，分辨率用DPI（dot per inch)来表示。 一股报纸上图片的分辨率约在每英寸100点，而书或杂志上图片的分辨率约在300 DPI。

77 例 ： 一种半调输出方法 半调输出技术的一种具体实现方法是先将图像输出区域细分，取邻近的单元结合起来组成输出区域，这样在每个输出区域内包含若干个单元，只要把一些单元输出黑，而把其他单元输出白就可得到不同灰度的效果。 如将一个区域分成2×2个单元，可以输出5种不同的灰度。

78 如将一个区域分成3×3个单元，可以输出10种不同的灰度：
如将一个区域分成16×16个单元，可以输出256种不同的灰度。

79 2.5 图象存储与格式  图象存储器 一幅图像需要用大量的数据来表达，因而存储图像也需要大量的空间。
 图象存储器 一幅图像需要用大量的数据来表达，因而存储图像也需要大量的空间。 在计算机中，图像数据最小的量度单位是比特(bit)。存储器的存储量常用字节(1Byle或1B＝8bit)、千字节(KB)、兆字节(MB)、吉(109)字节(GB)、太(1012)字节(TB)等表示。

80 用于图像处理和分析的数字存储器可分为3类： (1)处理和分析过程中使用的快速存储器；
如计算机内存就是一种提供快速存储功能的存储器。 (2)用于比较快地更新调用的在线或联机存储器 磁盘是比较通用的在线存储器。 (3)不经常使用的数据库(档案库)存储器。 常用的数据库存储器有磁带和光盘。

81 灰度图像 灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息，如2级（二值图像）、64级、256级。象素用8位表示的图像，包含256个灰度，即用256种不同灰度值来表示图像，灰度值为0～255，0表示黑色，255表示白色。任何模式的图像都可转换为灰度模式。

82 二值图像（黑白图像） 黑白图像又称为二值图像是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，即像素的值为0、1。

83 RGB彩色图像 RGB彩色图像是指每个像素的色彩信息由RGB三原色构成的图像，其中RGB是由不同的灰度级来描述的。每个像素的RGB分量是一个介于0（黑色）～255（白色）之间的灰度值。每一个象素的颜色由存储在该位置的红、绿、蓝颜色共同决定。 RGB颜色模式下红、绿、蓝分别占用8位，每个像素包含24（8×3）位颜色信息。 RGB色彩模式的图像可以在屏幕上生成多达2563＝1,670万种颜色。

84 RGB彩色图像不能用一个矩阵来描述了，是用三个矩阵同时来描述。

85 clear all; close all; rgb_f=imread('d:\work\woman.bmp'); imshow(rgb_f) fR=rgb_f(:,:,1); fG=rgb_f(:,:,2); fB=rgb_f(:,:,3); RGBimagebuile.m

86 位图图像存储空间： 水平像素×垂直像素×每个像素所需位数／8（字节B） 24位 8位(28=256) 4位(24=16) 1位(21=2)
一个像素所占的位数 24位真彩色 256色彩色 16色彩色 256级灰度 黑白 位图图像类别 位图图像存储空间： 水平像素×垂直像素×每个像素所需位数／8（字节B）

87 索引图像 索引模式使用0～255种颜色来表示图像，当一幅RGB图像转化为索引颜色时，将建立一个256色的颜色查找表（调色板）存放并索引图像所用到的颜色。索引图像把象素值直接作为索引颜色的序号，这样，根据索引颜色的序号在调色板中可以查到该象素的实际颜色。对于256色图像有256个索引颜色，相应的调色板就有256个单元。 GRB图像 索引图像 调色板

88 像素的调色板索引值 数据区 调色板 1 N

89 索引色的图像占硬盘空间较小，但是图像质量也不高，适用于多媒体动画和网页图像制作。
256色彩图像的索引表（调色板） 颜色 索引 红 绿 蓝 251 255 1 128 252 ┅ 253 249 254 250 索引色的图像占硬盘空间较小，但是图像质量也不高，适用于多媒体动画和网页图像制作。

90 不同类型图像之间的转换 灰度图像 RGB图像 Matalab 函数： gray_g=rgb2gray(rgb_f) gray_g rgb_f
作用：把一幅文件名为rgb_f的RGB图像转换成一幅灰度图像，文件名gray_g gray_g rgb_f

91 Sortchange.m 灰度图像 RGB图像 %应用rgb2gray 函数将彩色图像转换成灰度图像 clear all; close all; rgb_f=imread('d:\work\woman.bmp'); imshow(rgb_f) gray_g=rgb2gray(rgb_f); %将彩色图像转换成灰度图像 figure,imshow(gray_g)

92  常用的图象文件格式 位图（BMP） BMP格式是微软公司特为windows环境应用设计的一种标准,特点： BMP图像文件扩展名为bmp 根据需要，使用者可以选择图像数据是否采用压缩形式存放。 可以多种色彩模式保存图像，如16色、256色、32bit真彩色。 数据排列顺序是从图像左下角为起点存储图像，而不是以图像的左上角作为起点。 调色板数据结构中，RGB三基色数据的排列顺序恰好与其它格式文件的顺序相反。

93 BMP图像文件的总体结构 BMP图像文件包括3部分： ① 位图文件头(也称表头)； ② 位图信息； ③ 彩色表（调色板） ； ④ 位图阵列(即图像数据)。 一个位图文件只能存放—幅图像。

94 位图文件的总体结构 数据区 BITMAPFILEHEADER BITMAPINFOHEADER BITMAPFILEHEADER
文件头 BITMAPFILEHEADER 位图信息 BITMAPINFOHEADER 数据区 文件头 BITMAPFILEHEADER 位图 信息 BITMAPINFOHEADER 调色板 RGBQUAD 数据区 像素的RGB值 像素的调色板索引值 索引色模式 RGB模式

95 ① 文件头(也称表头) 位图文件头长度固定为14个字节，它给出图像文件的类型、大小和位图阵列的起始位置等信息。 BITMAPFILEHEADER bftype 文件类型 bfsize 图像数据长度 bfReserved 保留字节 bfReserved 保留字节 bfOffset 图像数据的起始位置(从文件头到实 际位图数据的偏移字节数）

96 bfType 文件类型标识“BM” bfSize 文件总字节数 bfReserved1 保留字“0” bfReserved2 保留字“0”
文件头 BITMAPFILEHEADER bfType 文件类型标识“BM” bfSize 文件总字节数 bfReserved1 保留字“0” bfReserved2 保留字“0”

97 ② 位图信息头 位图信息长度固定为40个字节，给出图像的长、宽、每个像素的位数(可以是1，4，8，24，分别对应单色、16色、256色和真彩色的情况)、压缩方法、目标设备的水平和垂直分辨率等信息。 BITMAPINFORMATION Bisize 本结构的长度，40 Biwidith 图像宽度 Biheight 图像高度 Biplanes 位图平面，必须是1 Bitbitcount 像素颜色位数（1为二色；4为16色 8为256色；16、24、32为真彩色） Bicompression 指定是否压缩 Bisizeimage 位图数据占用的字节数 BiXpelspermeter 目标设备水平分辨率 BiYpelspermeter 目标设备垂直分辨率 Biclrimportant 图像中重要的颜色数

98 这里是对那些需要调色板的位图文件而言的（如索引图像），真彩色图像是不需要调色板的。调色板是一个数组，该数组占4个字节。
③ 色彩表（调色板） 这里是对那些需要调色板的位图文件而言的（如索引图像），真彩色图像是不需要调色板的。调色板是一个数组，该数组占4个字节。 COLORTABLE RgbBlue 该颜色的蓝色分量 RgGreen 该颜色的绿色分量 RgbRed 该颜色的红色分量 RgbReseved 保留值

99 ④ 位图阵列 对于用到调色板的位图，图像数据就是该象素颜色在调色板中的索引值，对于真彩色，位图阵列给出原始图像里每个像素蓝、绿、红的值(每3个字节表示一个像素，分别是蓝、绿、红的值)。下面就2色、256色位图分别介绍。 2色位图，用1位就可以表示该象素的颜色，一般0表示黑，1表示白。一个字节可以表示8个象素。 256色位图，用1个字节刚好可以表示1个象素的颜色。

100 数据排列顺序是从图像左下角为起点存储图像
真彩色模式位图文件的数据区结构 数据排列顺序是从图像左下角为起点存储图像 像素的RGB值 ：

101 BMP图结构 BITMAPFILEHEADER 0 bftype 文件类型 Bfsize 图像数据长度 Reserved
Offset 图像数据的起始位置 BITMAPINFORMATION Bisize ,本结构的长度 Biwidith 图像宽度 Biheight 图像高度 Biplanes Bitbitcount 每像素所占位数 Biclrimportant COLORTABLE 彩色表 （color look up table) 对于真彩色，则不需要该表 Body 图像数据

102 GIF格式 GIF(Graphics Interchange Format)是compuServe公司1987开发的，主要为了网络传输和BBS用户使用图像文件而设计的。主要是为了数据流而设计的一种传输格式，而不是作为文件的存储格式。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，采用的压缩算法是LZW算法，压缩比通常在1:1—3:1之间，当图像中有随机噪声时效果不太好。 特点：  文件扩展名为“.gif’’；  对于灰度图像表现最佳；  在一个文件中可放多幅图画，实现动画 ；  不支持24bit真彩色，最多存储256色。

103 GIF格式文件结构 GIF文件结构—般包括7个数据单元：文件头，逻辑屏幕描述区，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，所以文件头中会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。多幅图像存放时，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(可以是图像块、扩展块或文件结束符）。

104 Logical screen descriptor
GIF格式文件结构 带有表示GIF格式数据流的数据块，用于区分早期版本和新版本，87a或89a。 文件头 header 定义与图像数据相关的图像平面尺寸、彩色深度，并指明后面的调色板属于全局的还是局部的调色板。 逻辑屏幕描述区 Logical screen descriptor 调色板 Color table 数据内容有两类：一类是纯粹的图像数据，一类用于特殊目的的数据块，包括专用的应用程序代码和不可打印的注释信息。 图像数据 结束标志区 GIF tailer 标记整个数据流的结束。

105 TIFF格式 TIFF(Tagged lmage Fomat File)格式是一种独立于操作系统和文件系统的格式，很便于在软件之间进行图像数据交换，是目前最流行的图像文件交换标准之一。TIFF格式文件设计考虑了扩展性、方便性和可维修性，因此非常复杂，要求用更多的代码来控制它。TIFF格式的描述信息很强，可以制定私人用的标示信息。 TIFF格式支持任意大小的图像，文件可分为二值图像、灰度图像、索引图像、真彩色图像。文件扩展名为“.tif’’ TIFF图像文件包括文件头、文件目录(标识信息区)和文件目录项(图像数据区)。

106 给出数据存放顺序、文件目录的字节偏移信息。
TIFF文件结构 给出数据存放顺序、文件目录的字节偏移信息。 文件头 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 文件目录项是存放信息的基本单位，也称域。域主要分5类：基本域、信息描述域、传真域、文献存储和检索域，以及其他建议不再使用的域。 图像数据

107 JPEG格式 JPEG(Joint Photographic Experts Group)格式 JPEG是对静止灰度或彩色图像的一种国际压缩标准，主要是解决专业摄影师所遇到的图像信息过于庞大的问题。已在数字照相机上得到广泛使用，当选用有损压缩方式时其可节省的空间是相当大的。 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。 JPEG支持24位颜色。文件扩展名为“.jpg’’。 JPEG:16：1时，非常好 48：1时，较好

108 各种存储格式图像显示 （a）Bmp126k （b）Tif 133k （d）Gif 35k （c）JPG 54k

109 2.6 像素之间的基本关系 一个坐标为(x,y)像素p 的邻域 像素p

110  像素的邻域 对于坐标(x,y)的像素p： 4邻域 N4(p)： (x+1,y),(x-1,y),(x,y+1),(x,y-1)
 像素的邻域 对于坐标(x,y)的像素p： 4邻域 N4(p)： (x+1,y),(x-1,y),(x,y+1),(x,y-1) 对角邻域 ND(p)：(x+1,y+1),(x+1,y-1),(x-1,y+1),(x-1,y-1) 8邻域 N8(p)： N4(p) + ND(p) 4邻域 对角邻域 8邻域

111 第二章 习题、思考题 1、解释概念： 颜色模型、二值图像，索引图像，灰度图像，RGB图像 2、简述HSI 颜色模型和RGB 颜色模型。
3、谈谈现代显示技术显示颜色的基本原理. 4、简述三色假说。 5、存储一幅大小为N×M的图像，256灰度级的图像需要多少个字节？如果图像是RGB真彩色图像需要多大存储空间？ 6、分别画出某象素的4邻域和8邻域。

112 Gif 图像示例 ： password：sudaimage