彩色数字图像、视频基础

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1、彩色数字图像基础彩色数字电视基础多媒体技术基础,2006年中山大学信息科学与技术学院主要内容视觉系统对颜色的感知图像的颜色模型图像的三个基本属性图像的种类伽马()校正JPEG压缩编码常用图像文件格式主要内容视觉的时间域响应特性YUV、YIQ与YCrCb颜色空间彩色电视制式彩色电视信号的类型电视图像数字化图像子采样数字电视简介Part1彩色数字图像基础可见光波长范围为380nm～780nm大多数可见光由不同波长的光组合而成眼睛本质上是一个照相机人的视网膜(humanretina)通过神经元来感知外部世界的颜色神经元或者是一个对颜色敏感的

2、锥体(cone)，或者是一个对颜色不敏感的杆状体(rod)人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞另外还有一种在光功率极端低的条件下才起作用的杆状体细胞颜色只存在于眼睛和大脑中，是视觉系统对可见光的感知结果红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同，因此不同组成成分的可见光就呈现出不同的颜色视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线（各个波长的光的强度相等）视觉系统对颜色的感知颜色响应曲线表明人眼对蓝光的灵敏度远远低于对红光和绿光的灵敏度亮度响应曲线表明人

3、眼对波长为550nm左右的黄绿色最为敏感视觉系统对颜色的感知光谱与颜色许多具有不同光谱分布的光产生的视觉效果（颜色）是一样的，对应是多对一的匹配等色光谱分布不同而看上去相同的两种颜色，也称为条件等色三刺激理论绝大部分可见光谱对眼睛的刺激效果都可以用红（700nm）、绿（546.1）、蓝（435.8nm）三色光按不同比例和强度的混合来等效表示视觉系统对颜色的感知匹配任意可见光所需的三原色光比例曲线视觉系统对颜色的感知从人的主观感觉角度，颜色包含三个要素色调（hue）色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等色调大致对应光谱分布中的主波长视觉

4、系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知饱和度（Saturation）饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光视觉系统对颜色的感知明亮度（luminance）明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗试验表明人的眼睛能分辨128种不同的色调10－30种不同的饱和度而对亮度非常敏感人眼大约可以分辨3

5、5万种颜色颜色模型颜色模型（colormodel）用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色空间颜色空间通常用三维模型表示空间中的颜色通常使用代表三个参数的三维坐标来指定HSL颜色模型对于人来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定义颜色RGB颜色模型对于显示设备来说，可以用红、绿、蓝磷光体的发光量来描述颜色CMYK颜色模型对于打印设备来说，可以使用青色、品红、黄色和黑色颜料的用量来指定颜色HSL颜色模型在HSL模型中，H定义色调；S定义颜色的深浅程度或饱和度；L定义亮度。RGB模型和CMYK模型

6、主要是面向设备的，而HSL模型更容易被人理解和控制。理论上绝大部分可见光谱都可用红、绿、蓝(RGB)三色光按不同比例和强度的混合来表示颜色C＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋B(蓝色的百分比)RGB模型称为相加混色模型，用于光照、视频和显示器。例如，显示器通过红、绿和蓝荧光粉发射光线产生彩色RGB颜色模型CMYK颜色模型在理论上，绝大多数颜色都可以用三种基本颜料（青色cyan、品红magenta、和黄色yellow）按一定比例混合得到理论上，青色、品红和黄色三种基本色素等量混合能得到黑色实际上，打印油墨包含一些杂质，这三种油墨混

7、合实际上产生一种土灰色，必须与黑色(K)油墨混合才能产生真正的黑色，所以再加入黑色作为基本色形成CMYK颜色模型CMYK模型称为相减混色模型相加色与相减色的关系RGB模型到CMYK模型的转换分色算法（F代表白色）颜色模型的空间表示RGB彩色空间和CMY彩色空间的表示法图像的分类矢量图与点位图矢量图是用一系列计算机指令来表示一幅图，如画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。用数学方法来描述一幅图矢量图的优点缩放、旋转、移动时图像不会失真存储和传输时数据量较小矢量图的缺点图像显示时花费时间比较长真实世界的彩色图像难以转化为矢量图图像的分类矢量图

8、与点位图点位图是将一副图像在空间上离散化，即将图像分成许许多多的像素，每个象素用若干个二进制位来指定该像素的颜色或灰度值点位图的优点显示速度快真实世界的图像可以通过扫描仪、数码相机、摄像机等设备方便的转化为