图像地彩色空间表示及其转换Word文档格式.docx

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屏幕上的每一个像素都要在内存中占有一个或多个位,以存放与它相关的颜色信息。

位深度决定了点阵图中出现的最大颜色数。

常用的图像深度有四种,分别为1、4、8、24。

颜色深度与显示的颜色数目

颜色深度

颜色总数

图像名称

1

2（21）

单色图像（黑白二值）

4

16（24）

索引16色图像

8

256（28）

索引256色图像

16

65536（216）

HI-Color图像

（实际只显示32768种颜色）

24

16772216（224）

TrueColor图像（真彩色）

真彩色是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量，每基色分量用8bit来记录其色彩强度，共可记录224=16M种色彩。

这样得到的色彩可以反映原图的真实色彩，故称真彩色。

3.调色板

定义在生成一幅位图时,图像处理软件要对图像中不同的色调进行采样,产生包含该图像中各种颜色的颜色表,这个颜色表就称为调色板。

调色板中的每种颜色都可以用红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色的组合来定义。

在此介绍一种与真彩色相对应的伪彩色：

伪彩色伪彩色图像的每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定的，而是来源于调色板。

调色板中的颜色数取决于图像深度。

不存在时,会用相近的色调来代替。

所以,当两幅图像同时显示时,如果它们的调色板不同,就会出现颜色失真现象。

4．位图文件的大小

位图文件的大小由它的数据量表示,与分辨率和颜色深度有关。

图像文件大小是指存储整幅图像所占的字节数。

图像分辨率由高×

宽表示,高是指垂直方向上的像素数,宽是指水平方向上的像素数。

文件的字节数=图像分辨率×

图像深度/8

设图像的垂直方向分辨率为h像素,水平方向分辨率为w像素,图像深度为C位,则该图像所需数据空间大小B可按下面的公式计算:

B=（h×

w×

c）/8B

例如:

一幅图像分辨率为640×

480的二值图像,则文件的大小为多少？

解：

B=（640×

480×

1）/8=38400B

一幅同样大小的图像,若显示256色,即图像深度为8位,则

B=（640×

8）/8=307200B

5.α通道

3.2图像文件格式

1、矢量图形及其格式

常用的矢量图格式有WMF、DRW、CDR、DXF、FLI、FLC、CG、EMF等。

DXF

三维模型设计软件AutoCAD的专用格式，文件小，所绘制的图形尺寸、角度等数据十分准确，是建筑设计的首选。

CDR

著名的图形设计软件--CorelDRAW的专用格式，属于矢量图像，最大的优点"

体重"

很轻，便于再处理。

DWG

是AutoCAD中使用的一种图形文件格式。

WMF

是MicrosoftWindows中常见的一种图元文件格式，它具有文件短小、图案造型化的特点，整个图形常由各个独立的组成部分拼接而成，但其图形往往较粗糙，并且只能在MicrosoftOffice中调用编辑。

EMF

是由Microsoft公司开发的Windows32位扩展图元文件格式。

其目的是要弥补WMF文件格式的不足，使得图元文件更加易于使用。

2位图图像及其格式

常用的位图图像格式有BMP、PCX、GIF、TIFF、JPEG、TGA、PSD等。

BMP

位图是现在最常用的表示方法，是Windows系统下的标准位图格式，具有多种分辨率。

其结构简单，未经过压缩，一般图像文件会比较大。

它最大的好处就是能被大多数软件"

接受"

，可称为通用格式。

"

位图表示"

是将一幅图像分割成栅格，栅格的每一点（象素）的亮点值都单独记录。

位图区域中数据点的位置确定了数据点表示的象素。

位图比较适合于具有复杂的颜色、灰度等级或形状变化的图像，如照片、绘图和数字化了的视频图像。

有些图像原来就是按照位图格式组织的，比如计算机屏幕显示。

PCX

PCX图像文件最先出现在ZSOFT公司推出的名叫PCPaintbrush的用于绘画的商业软件包中，PCX是最早支持彩色图像的一种文件格式，最高可达24位彩色。

PCX采用行程编码方案来对数据进行压缩，占用磁盘空间较少，并具有压缩及全彩色的优点。

TIFF

标记图像文件格式TIFF是图像文件格式中最复杂的一种，它是一种多变的图像文件格式，图像格式的存放灵活多变，它的优点是独立于操作系统和文件系统。

存储的图像质量高，但占用的存储空间也非常大，信息较多，有利于原稿阶调与色彩的复制。

tiff文件被用来存储一些色彩绚丽、构思奇妙的贴图文件，它将3DS、Macintosh、PhotoShop有机地结合在一起。

GIF

GIF图像文件格式是最先使用在网络中用于图形数据的在线传输，特别是应用在互联网的网页中，通过GIF提供的足够的信息，使得许多不同的输入输出设备能方便的交换图像数据。

GIF是主要为数据流而设计的一种传输方式，而不只是作为文件的存储格式，它具有顺序的组织形式。

GIF分为静态GIF和动画GIF两种，支持透明背景图像，适用于多种操作系统，"

体型"

很小，网上很多小动画都是GIF格式。

其实GIF是将多幅图像保存为一个图像文件，从而形成动画,所以归根到底GIF仍然是图片文件格式。

正因为它是经过无损压缩的图像文件格式，所以大多用在网络传输上，速度要比传输其他图像文件格式快得多。

它的最大缺点是最多只能处理256种色彩，故不能用于存储真彩色的图像文件。

JPEG

也是应用最广泛的图片格式之一，它采用一种特殊的有损压缩算法，将不易被人眼察觉的图像颜色删除，从而达到较大的压缩比（可达到2:

1甚至40:

1）。

可以用不同的压缩比例对这种文件压缩，其压缩技术十分先进，对图像质量影响不大，因此可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。

由于它优异的性能，所以应用非常广泛，而在Internet上，它更是主流图形格式。

PSD

图像处理软件Photoshop的专用图像格式，图像文件一般较大。

其存取速度比其它格式快很多，功能也很强大，支持Alpha通道。

PNG

是一种新兴的网络图形格式，采用无损压缩的方式，与JPG格式类似,网页中有很多图片都是这种格式，压缩比高于GIF，支持图像透明，可以利用Alpha通道调节图像的透明度。

Fireworks的默认格式就是PNG。

同一内容的素材，采用不同的格式，其形成的文件的大小和质量有很大的差别。

如一幅640×

480大小的采用24位颜色深度的图像，如果采用bmp格式，则这个图像的文件大小为921kb，若转用jpg格式（一种应用图像压缩技术处理的文件格式）则该图像文件的大小只有35kb左右。

在考虑到文件的传送或储存方便时有时候要选用文件较小的格式，如网页制作时一般都不采用bmp格式，而用jpg格式。

3.4.1颜色基本概念

1.亮度

明亮程度，光作用于人眼时所引起的明亮程度不同。

它与被观察物体的发光强度有关，强度大小，决定我们的感觉亮或暗。

如果彩色光的强度降到使人们看不到了，在亮度这个分量上他就以黑色对应，如果其强度变得很大，那么亮度就以白色对应。

亮度是非彩色的属性，它描述亮还是暗，彩色图象中的亮度对应于黑白图象中的灰度。

对同一物体照射的光越强，反射光也越强，则越亮。

对不同物体在相同照射情况下，发射越强者看起来越亮。

（例如：

镜子的反射）

亮度还与人类视觉系统的视觉敏感函数相关，即使强度相同，不同颜色的光当照射同一物体时也会产生不同的亮度。

2色调

色调反映颜色的种类。

是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，是决定颜色的基本特性。

色调（hue）是颜色的属性，它描述真正的彩色，如纯红，纯黄，纯绿以及他们之间的某些颜色等。

当我们说颜色这个词时，色调最能直接说明彩色这个概念。

例如，红色，绿色等都是指色调。

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；

对于透明的物体，则是透过该物体的光综合作用的结果。

3．饱和度

饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度。

饱和度（saturation）是颜色的另一个属性，它描述纯颜色用白色冲淡的程度，高饱和度的颜色含有较少的白色。

饱和度也是可以指颜色的深浅程度。

对于同一个色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或者说越纯。

例如：

当红色加进白光之后冲淡为粉红色，其基本色调还是红色，但饱和度降低；

也就是说，淡色的饱和度比鲜艳的颜色要低一些。

饱和度还和亮度有关，如果在就饱和的彩色光中加入白光的成分，增加了光的强度，会变得更亮，但它的饱和度降低了。

如果在某色调的彩色光中，掺入别的彩色光，则会引起色调的变化，既基本的颜色变了，只有掺入白光时，仅仅引起饱和度的变化。

4．色度

通常，把色调和饱和度称为色度，则亮度表示某彩色光的明亮程度，色度表示颜色的类别和深浅程度。

5．三基色原理

定义：

自然界常见的各种颜色光，都可以由红、绿、蓝三种颜色光按不同的比例相配混合而成，同样，各种颜色的光也可以分解成红、绿、蓝三种颜色，这就称为三基色原理。

计算机三基色红、绿、蓝是通过电子枪发射能量不同的电子流轰击屏幕内壁的荧光屏，激发出不同颜色、不同亮度的色彩。

三基色的选择不是唯一的，也可以选择其他三种颜色作为三基色，但是，三种颜色必须是相互独立的，即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成。

由于人眼对红、绿、蓝三种色光最敏感，因此由这三种颜色相配所得的颜色范围也最广，所以一般都选这三种颜色作为基色。

色彩的叠加

红+　绿　＝　黄

红+　蓝　＝　品红

绿+　蓝　＝　青

红　＋绿+蓝　＝　白

红　＋青=绿+品红=蓝+　黄　=白色

青色，品红和黄色分别是红色、绿、蓝三色的补色

6．亮度方程

亮度Y

人眼对于相同程度单色光的主观亮度感觉不同，所以，用相同亮度的三基色混色时，如果把混色后所得色光亮度定义为100%的话，那么人的主观感觉时绿光仅次于白色，是基色中最亮的；

红光次之，亮度约占绿光的一半；

蓝光最弱，亮度约占红光的1/3。

当白光的亮度用Y来表示时，它和红、绿、蓝三色光的关系可以用如下的方程描述：

NTSC制式采用白光的亮度公式：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

PAL制式白光的亮度公式：

Y=0.222R+0.707G+0.071B

6．色彩模型

一个比较好的描述色彩的模型是采用色调、饱和度、和亮度来描述。

这三个分量定义了一个彩色空间，即一个三维模型，其中一条轴用以表示色调，一条轴用以表示饱和度，还有一条轴表示亮度。

3.4.2彩色空间

1.RGB彩色空间

一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色由该物体发出的光波决定，使用RGB相加混合模型。

计算机彩色显示器的输入需要RGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在显示屏幕上合成所需要的任意颜色。

在RGB彩色空间，任意彩色光F的配色方程可表达为

F=r[R]（红色百分比）+g[G]（绿色百分比）+b[B]（蓝色百分比）

2．CMY色彩空间

一个能不发光波的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定，使用CMY相减混合模型。

彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或颜料。

油墨或颜料的三基色是青（Cyan）、品红（Magenta）和黄（Yellow），简称为CMY。

青色对应蓝绿色；

品红对应紫红色。

理论上说，任何一种由颜料表现的色彩都可以用这三种基色按不同的比例混合而成，这种色彩表示方法称CMY色彩空间表示法。

彩色打印机和彩色印刷系统都采用CMY色彩空间。

青色，品红，黄色分别是红、绿、蓝三色的补色。

3.YUV和YIQ彩色空间

电视系统中用YUV和YIQ模型来表示的彩色图像。

PAL彩色电视制式中使用YUV模型

Y表示亮度信号

U、V表示色差信号，UV构成彩色的两个分量。

NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。

YUV彩色空间特点

亮度信号（Y）和色度信号（U，V）是相互独立的，也就是Y信号分量构成的黑白灰度图与用U，V信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。

由于Y，U，V是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码。

黑白电视机能够接收彩色电视信号也就是利用了YUV分量之间的独立性。

电视系统为什么采用YUV或YIQ模型呢？

眼对彩色图象细节的分辨本领比对黑白图象低，因此，对色差信号，U,V，可以采用"

大面积着色原理"

。

大面积着色原理：

用亮度信号Y传送细节，用色差信号U.V进行大面积涂色。

因此，彩色信号的清晰度由亮度信号的带宽保证，而把色差信号的带宽变窄。

正是由于这个原因，在多媒体计算机中，采用了YUV彩色空间，数字化的表示，通常采用Y:

U:

V=8:

4:

4，或者Y:

2:

2。

例如8:

2具体的做法是：

对亮度信号Y，每个像素都用8位2进制数表示（可以有256级亮度），而U，V色差信号每4个像素点用一个8位数表示，即画面的粒子变粗，但这样能够节约存储空间，将一个像素用24为表示压缩为用12位表示，节约1/2存储空间，而人的眼睛基本上感觉不出这种细节的损失，这实际上也是图像压缩技术的一种方法。

YIQ彩色空间的优点

美国，日本等国采用了NTSC制式，选用的是YIQ彩色空间。

Y仍为亮度信号，I，Q仍为色差信号，他们与U,V不同，（但可以相互转换）。

选择YIQ彩色空间的好处:

人眼的彩色视觉的特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。

通过一定的变化，I对应于人眼最敏感的色度，而Q对应于人眼最不敏感的色度。

这样，传送Q可以用较窄的频宽，而传送分辨率较强的I信号时，可以用较宽的频带。

对应于数字化的处理，可以用不同位数的字节数来记录这些分量。

4．HIS彩色空间

介绍：

HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、色饱和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）来描述色彩。

HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。

用这种描述HSI色彩空间的圆锥模型相当复杂，但的确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。

HSI彩色空间的优点：

我们通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。

由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于色彩处理和识别，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。

采用HSI彩色空间减少彩色图象处理的复杂性，增加快速性，它更接近人对彩色的认识和解释。

例如对色调、饱和度和亮度通过算法进行操作。

在图象处理和计算机视觉中的大量算法，都可以在HIS空间中方便的使用。

它们可以分开处理而且是互相独立的，因此HIS彩色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。

3.4.3彩色空间的转换

RGB，HSI，YUV，CMYK等不同的色彩空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着相互转换关系，这种转换可以通过数学公式的运算而得。

例如，CMY为相减混色，它与相加混色的RGB空间正好互补。

1.RGB与CMYK彩色空间的转换

CMYK为减基色，RGB为加基色，两个空间正好互补，用白色减去RGB空间中的某一彩色值就等于同种颜色在CMYK空间中的值。

如下图所示：

红色＋青色＝绿色＋品红＝蓝色＋黄色＝白色

2.YUV与RGB之间的转换

Y＝0.229R＋0.587G＋0.114B

U＝－0.147R－0.289G+0.436B

V=0.615R－0.515G－0.100B

3.YIQ与RGB之间的转换

Y＝0.299R＋0.587G＋0.114B

I＝0.596R－0.275G－0.321B

Q=0.212R－0.523G＋0.311B

4．HIS与RGB之间的转换

I＝（R＋G＋B）/3

H＝{90－Arctan（F/

）+[0,G>

B;

180,G<

B]}

F＝（2R-G-B）/（G-B）

S=1-[min（R，G，B）/I]

3.4图形图像处理软件

图像有两种图形格式，一种是位图图像、一种是矢量图形。

创作和编辑矢量图形的常用软件有CorelDraw、AdobeIllustrator、MacromediaFreehand等,这些软件一般功能都很相近。

图像编辑软件很丰富，Photoshop是公认的最优秀的专业图像编辑软件之一。

3.4.1图形处理软件简介

1.CorelDraw

简介：

CorelDraw是Corel公司出品的基于矢量作图的、专业的功能强大的图形制作工具软件，用户可以设计页面设计、网站制作、位图编辑和网页动画等。

Corel公司推出的CorelDraw、CorelPhotoPaint、CorelRAVE这三个软件为用户发挥想象力和创造力提供了很好的工具，满足了在矢量制图、图像编辑以及动画制作等方面的各项需求。

CorelDraw强有力的创作工具栏，放置了经常使用的编辑工具，单击右下角的黑色箭头可以展开具体工具项，使得操作更加灵活方便。

使用CorelDraw,可以创建图形对象，可以为图形对象增添立体化效果、阴影效果、进行变形、调和处理，还有许多预想不到的效果。

2.Illustrator

Illustrator是Adobe公司出品的全球最著名的图形软件，在封面设计、广告设计、产品演示、网页设计等方面给设计者提供了无限的创意空间，以其强大的功能和体贴用户的界面已经占据了全球矢量编辑软件中的大部分份额。

3.FreeHand

FreeHand是一个功能强大的平面图形设计软件，一个以向量为基础的绘图应用程式。

在机械制图、绘制建筑蓝图，海报招贴制作、广告创意的实现等方面都是一件强大、实用而又灵活的利器。

使用FreeHand，可以以任何解析度进行缩放及列印的向量图形，且无损细节或清晰度。

建立印刷品及诸如标志和广告标题等网页图形图例。

亦可使用FreeHand来将自己的图稿转换成Flash动画。

Freehand在图像方面可能不会有什么特别的优势，不过在文字处理方面，Freehand就有着明显的优势。

在目前的矢量绘图领域，Freehand一直与Illustrator、CorelDraw并驾齐驱。