第4章 图像信息处理技术

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1、第4章图像信息处理技术4.1图像信号概述4.2图像信号数字化4.3数字图像压缩方法的分类4.4典型的熵编码方法4.5预测编码4.6变换编码*4.7新型图像编码技术4.8静态图像压缩编码标准4.9动态图像压缩编码标准练习与思考题视觉特性4.1图像信号概述1、彩色的概念在自然界中，当阳光照射到不同的景物上时，所呈现的色彩不同，这是因为不同的景物在太阳光的照射下，反射（或透射）了可见光谱中的不同成分而吸收了其余部分，从而引起人眼的不同彩色视觉。2、彩色视觉亮度表示光的强弱；色度是指彩色的类别；饱和度则代表颜色的深浅程

2、度。色调与饱和度又合称为色度。实际上自然界中的任何一种颜色都能由这三种单色光混合而成，因而人们称红、绿、蓝为三基色。经过大量的验证测试，人们认识到视网膜上有三种类型的锥状细胞（红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞），它们有各自的光谱灵敏度曲线。图人类感光细胞的敏感曲线3、人眼的分辨力与空间频率通常称这种分辨景物细节的能力为人眼的分辨力。空间频率时间频率是用单位时间内的某物理量（如电压、电流）周期性变化的次数来定义的，单位为周/秒。空间频率则是某物理量（如亮度、发光强度）在单位空间距离内周期性变化的次数，单位为周/米。人

3、眼的空间频率响应实验研究发现，人眼对不同空间细节的分辨力是变化的。人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低。人眼分辨景物彩色细节的能力很差。4、视觉惰性与闪烁的概念视觉惰性由此可见人眼亮度感觉的建立与消失都滞后于实际的光刺激，而且此过程是逐步的，这样一种现象就是视觉惰性。闪烁如果观察者观察到一个具有周期性的光脉冲，当其重复频率不够高时，便会产生一明一暗的感觉，这种感觉就是闪烁，临界闪烁频率就是指闪烁感觉刚刚消失时的频率。它与脉冲亮度有关，脉冲的亮度越高，临界闪烁频率也相应地增高。人眼的临界闪烁频率约为

4、46HZ。图像是一种可视化的信息，图像信号是图像信息的理论描述方法，图像信号按其内容变化与时间的关系来分，主要包括静态图像和动态图像两种。静态图像其信息密度随空间分布，且相对时间为常量；动态图像也称时变图像，其空间密度特性是随时间而变化的。常用静态图像的一个时间序列来表示一个动态图像。图像的分类：按其亮度等级的不同可分为二值图像和灰度图像；按其色调的不同可分为黑白图像和彩色图像；按其所占空间的维数不同可分为平面的二维图像和立体的三维图像。图像信号的记录、存储和传输可以采用模拟方式或数字方式。将模拟图像信号经A

5、/D变换后就得到数字图像信号，例如最常见的压缩编码处理就是在此基础上完成的。1．彩色图像信号的分量表示对于黑白图像信号，每个像素点用灰度级来表示，若用数字表示一个像素点的灰度，可以用8比特表示，因为人眼对灰度的最大分辨力为26。对于彩色视频信号均基于三基色原理，每个像素点由红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色混合而成。若三个基色均用8比特来表示，则每个像素点就需要24比特。彩色电视系统是按照三基色的原理而设计的。三基色原理告诉我们任何一种彩色都可以由另外的三种彩色按不同的比例混合而成。通常选择红、绿、蓝为标准的

6、三基色，用这三个摄像管分别提取景物光学图像中的这三种彩色分量，以此来模仿人眼中的三种锥形细胞的视觉效果，从而形成彩色电视系统中的红、绿、蓝三个基色分量。利用人的视觉特性降低彩色图像的数据量，这种方法往往把RGB空间表示的彩色图像变换到其他彩色空间。每一种彩色空间都产生一种亮度分量和两种色度分量信号。常用的彩色空间表示法有YUV、YIQ和YCbCr等。（1）YUV彩色空间。电视是利用光电和电光转换原理，将光学图像转换为电信号进行远距离传输，然后再还原为光图像的一门技术。彩色电视系统是按照三基色的原理而设计的，三

7、基色原理告诉我们任何一种彩色都可以由另外的三种彩色按不同的比例混合而成。在彩色电视系统中由3种基色分量R、G、B构成的亮度信号的比例关系为：其中亮度信号表示了单位面积上反射光线的强度，而色差信号（所谓色差信号，就是指基色信号中的三个分量信号R、G、B与亮度信号之差）决定了彩色图像信号的色调。YUV彩色空间的一个优点是，它的亮度信号Y和色差信号U、V是相互独立的。因为YUV是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码。此外利用YUV之间的独立性解决了彩色电视机与黑白电视机的兼容问题。（4.1-1）YUV表示法的另一

8、个优点是，可以利用人眼的视觉特性来降低数字彩色图像的数据量。在PAL彩色电视制式中，亮度信号的带宽为4.43MHz，用以保证足够的清晰度，而把色差信号的带宽压缩为1.3MHz，达到了减少带宽的目的。ITU-RBT601建议，建议采用分量编码，亮度和色差信号的取样频率fY和fC分别为:在数字图像处理的实际操作中，就是对亮度信号Y和色差信号U、V分别采用不同的采样频率。目前常用的Y、U、