笔记——数字图像基础

数据压缩的主要思想
对图像中许多重复数据，使用数学方法来表示这些重复数据可减少数据量
人的眼睛对图像细节和颜色的辨认有一个极限，把超过极限的部分去掉，就达到了压缩数据的目的

图像的颜色模型

颜色模型
用数值指定颜色的方法
颜色空间
用空间中点的集合描述颜色的方法
显示图像用RGB相加混色模型
有源物体
一种能发出光波的物体称为有源物体
RGB相加混色模型
组合三种光波产生特定颜色的方法叫做相加混色法
用RG和B颜色分量产生颜色，故称为RGB相加混色模型。
颜色=R(红色百分比)+G(绿色百分比)+B(蓝色百分比)
三基色等量相加得到白色，等量红绿相加而蓝为0时得到黄色，等量红蓝相加而绿为0得到品红色，等量的绿蓝相加而红为0时得到青色。
像素
组成彩色图像的点称为像素
HSL模型
色调-饱和度-亮度( Hue Saturation-Lightness, HSL)，
HSL模型中，H定义颜色的波长，称为色调;S定义颜色的强度(intensity),表示颜色的深浅程度，称为饱和度;L定义掺入的白光量，称为亮度。
用HSL表示颜色的重要性,是因为它比较容易为画家所理解。若把S和L的值设置为1,当改变H时就是选择不同的纯颜色;减小饱和度S时,就可体现掺人白光的效果;降低亮度时,颜色就暗，相当于掺人黑色。因此在Windows附带的画图软件也用了HSL表示法。
打印彩色图像用CMY相减混色模型
无源物体
一种不发光的物体称为无源物体
青色、品红、黄色，称为CMY模型
因为减少了为视觉系统识别颜色所需要的反射光所以称为相减色
等量三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷术中常加一种真正的黑色，所以CMY又写成CMYK
图像色三个基本属性
分辨率、像素深度、真/伪彩色
屏幕分辨率
屏幕分辨率也称显示分辨率，它是衡量显示设备再现图像时所能达到的精细程度的度量方法。
屏幕分辨率通常用水平和垂直方向所能显示的像素数目表示,写成“水平像素数X垂直像素数”，如640X480表示显示屏分成480行,每行显示640个像素,整个显示屏含有307200个显像点。常见的屏幕分辨率包括640X480、800X 600、1024X768、1280X1024。水平分辨率与垂直分辨率的比例通常是4 : 3,与传统电视的宽高比相同,但与高清晰度电视的宽高比(16: 9)不同。
屏幕能够显示的像素越多，说明显示设备的分辨率越高，显示的图像质量也就越高。显示屏上的每个彩色像点由代表R、G、B三种模拟信号的相对强度决定，这些彩色像点就构成一幅彩色图像。
图像分辨率
图像分辨率是图像精细程度的度量方法
对同样尺寸的一幅图，像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真
图像分辨率也称空间分辨率和像素分辨率
图像分辨率和屏幕分辨率是两个不同的概念：
从行列像素角度看，图像分辨率是构成一幅图像的像素数目，而屏幕分辨率是显示图像的区域大小。例如屏幕分辨率为640x480，name一幅320x240像素的图像只占显示屏幕的1/4。
像素深度
像素深度是指存储每个像素所用的位数
像素深度也被认为是图像分辨率的一种度量方法，表示一个像素的位数越多，它能表达的颜色数目就越多，而它的深度就越深，像素深度越深，所占空间的存储空间也越大。相反如果像素深度太浅，那也影响图像的质量
真伪彩色和直接色
真彩色
真彩色是指每个像素的颜色值用红、绿、蓝表示的颜色
伪彩色
(伪彩色(pseudocolor)是指每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定的颜色，而是把像素值当作彩色查找表(Color Look Up Table,CLUT)的表项人口地址，去查找显示图像时使用的R、G、B值,用查找出的R、G、B值产生的彩色称为伪彩色。彩色查找表(CLUT)是一一个事先做好的表,表项入口地址也称为索号。
直接色
每个像素值由R、G、B分量构成，每个分量作为单独的索引值对它做变换，也就是通过相应的彩色变换表找出基色强度，用变换后的R、G、B强度值产生的颜色称为直接色(directcolor)。它的特点是对每个基色进行变换。

图像的种类

矢量图和位图
矢量图:
矢量图是用一系列计算机指令描绘的图，如点、线、面曲线、圆、矩形以及它们的组合。
优点:
矢量图有许多优点。例如，目标图像的移动、缩小或放大旋转、拷贝、属性(如线条变宽变细、颜色)变更都很容易做到;相同的或类似的图可以把它们当作图的构造块，并把它们存到图库中，这样不仅可加速矢量图的生成，而且可减小矢量图的文件大小。
位图:
位图(imap)是用像索值阵列表示的图门不论用什么方法生成图，凡是用像索值阵列表示的图都称为位图。在有些文章中，把表示矢量图的位图称为图形图像(graphical image)或矢量图像(veetor based image).位图也称光栅图
位图的获取通常用扫描仪、数码相机、摄像机、录像机、视像光盘和相关的数字化设备,获取的位图文件占据的存储空间比较大。影响位图文件大小的因素主要有两个.图像分辨率和像素深度。(分辨率越高，表示组成一幅图的像素就越多，图像文件就越大:像素深度越深，就是颜色表达单个像素的颜色和亮度的位数越多,图像文件就越大)

灰度图像与彩色图像
灰度图
只有明暗不同的像素而没有彩色像素的图像
单色图：
只有黑白两种颜色的图像称为单色图像

JPEG压缩编码

JPEG是什么
JPEG是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准，即可用于灰度图像又可用于彩色图像。采用JPEG标准压缩的文件使用.jpg或.jff作为文件名的后缀。
为其开发了两种压缩算法，一种是以离散余弦变换为基础的压缩算法，另一种是采用预测技术为基础的无损压缩算法
JPEG算法概要
JPEG是采用数据有损压缩算法的标准，利用了人的视觉系统的特性，使用变换、量化和熵编码结合的方法，以去掉或减少视觉冗余信息的数据本身的冗余信息。
算法的三个步骤
1、使用正向离散余弦变换把空间域表示的图变换成频率域表示的图
2、使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的
3、使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码
JPEG算法的计算步骤
(1)正向离散余弦变换(FDCT)
(2)量化(quantization)。
(3) Z字形编码(zigzag scan)。
(4)使用差分脉冲编码调制(DPCM)对直流系数(DC)进行编码。
(5)使用行程长度编码(RLE)对交流系数(AC)进行编码。
(6)熵编码(entropy coding)。

图像文件格式

BMP文件格式
windows标准图像格式
特点：
1、每个文件只能存放一幅图像
2、多种颜色存储格式
GIF格式：(动图)
网络传输和BBS用户使用的图像文件
世界通用的图像格式
特点：
①采用改进的LZW压缩算法处理数据
②最多存储256色，不支持24bit
③一个文件可存放多幅图像
JPG格式
一种高效率的压缩格式
特点：
1、表达自然景观的图片，JPEG编码方 式具有非常好的处理效果
2、计算机绘制的具有明显边界的图形，JPEG编码方式的处理效果不佳
PNG格式
一种流式网络图形格式
特点：
①支持24位颜色深度图像
②存储灰度图像时，图像深度达16位
③存储彩色图像时，图像深度达48位
TIFF格式
①通用的位映射图像文件格式
②可移植性好
PSD格式
Photoshop的专用文件格式，它包含图层、通道、蒙版等制作效果，编辑过程以PSD保存，编辑后再转换成其它格式。
特点：
①保存各种信息，占用空间较大
②压缩比与JPEG差不多，且不失真
③支持RGB、CMYK等色彩模式
④PSD存取速度比其它格式快