第2章 计算机图形图像技术

第二章 计算机图形图像技术
• YUV与YIQ模型 • 彩色电视系统采用YUV或YIQ颜色模型表示彩 色图像，YUV适用于PAL和SECAM彩色电视制式， YIQ适用于NTSC彩色电视制式。 美国、日本等国采用的NTSC制，选用了 YIQ彩色空间，Y仍为亮度信号，I、Q仍为色差 信号，但它们与U、V是不同的，其区别是色度 矢量图中的位置不同。
2.2 图像的数字化
• 图像可以通过网上下载、图片库、扫描、数 码照相机拍摄、计算机绘制等方式获取。图 像的获取过程涉及图像的数字化。图像的数 字化包括采样、量化和编码三个步骤，称为 图像信号数字化的“三部曲”
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2.2 图像的数字化
根据压缩后数据准备还原的程度，图像数据压缩分为 • 无失真编码技术：Huffman（霍夫曼）编码、行程 编码、算术编码和字典模式编码等技术 • 有失真编码技术：预测编码（如DPCM、运动补 偿）、频率域方法（如正文变换编码、子带编码）、 模型方法（如分形编码、模型基编码）、空间域方 法（如统计分块编码）、基于重要性（如滤波、子 采样、比特分配、矢量量化）等技术 • 混合编码技术：JBIG、H261、JPEG和MPEG等技 术标准
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图形与图像的区别
图 数据来源 数据量 三维景物 形 图 像 主观世界，较难表示自然景物 小 易于生成 ① 利用AutoCAD、CorelDraw、 Freehand、三维动画软件等绘图工具 （Draw Programs）绘制② 利用数字 化硬件设备绘制 可任意缩放、旋转、修改对象属性， 不引起失真 客观世界，易于表示自然景物 大，需要压缩 较难表示 ① 通过扫描仪、数码照相机等数字化采集 设备获得② 通过网上下载、光盘库、素材 库等方式获得③ 利用Photoshop等软件绘 制 缩放、旋转等操作会引起失真
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图像深度
颜色深度/位 表现的颜色数 21=2种
1位图
4位图
1位（单色图）
4位（索引16色） 24=16种 8位（索引色） 28=256种
8位图
16位（高彩色） 216=65 536种 16位图 24位（真彩色） 224=16 777 216种 24位图 32位图 32位 232=4 294 967 296种
• 2.1.2 图形与图像
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2.1
视频的彩色空间的表示及转换
在多媒体计算机中，常常涉及到几种不同 的色彩空间表示颜色。如计算机显示时采用RGB 彩色空间；彩色印刷时采用CMYK彩色空间；彩色 全电视信号数字化时采用YUV彩色空间；为了便 于色彩处理和识别，视觉系统又经常采用HSI彩 色空间。
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练习：图像文件大小
用字节表示图像文件大小时，一幅未经 压缩的数字图像的数据量大小计算如下：
图像数据量大小 = 图像分辨率×图像深度÷8
练习：一幅 640×480 的 256 色图像为 640×480×8／8 = 307200 字节
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Comparison:
图像深度（也称图像灰度、颜色深度） 表示数字位图图像中每个像素上用于表示 颜色的二进制数字位数。用位每像素（b/p） 表示，它决定了构成图像的每个像素可能 出现的最大颜色数。 显示深度：表示显示器上每个点用于 显示颜色的 2 进制数字位数。 若显示器的显示深度小于数字图像的 深度，就会使数字图像颜色的显示失真。
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• CMYK模式减色模式
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(3). 彩色电视YUV和YIQ彩色空间
现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色 摄像机或彩色电荷耦合器件摄像机，把摄得的 彩色图像信号，经分色棱镜分成R0G0B0三个分量 的信号，分别经放大和校正得到RGB信号，再经 过矩阵变换电路得到亮度信号Y、色差信号R-Y 和B-Y，最后发送端将Y、R-Y及B-Y三个信号进 行编码，用同一信道发送出去。这就是常用的 YUV彩色空间。 多媒体计算机中采用了YUV彩色空间，数 字化后通常为Y∶U∶V = 8∶4∶4或者是 Y∶U∶V = 8∶2∶2。
1. 色彩的基本概念
2. 色彩空间的表示
3. 色彩空间的转换
1. 色彩的基本概念
亮度（Luminance） • 描述色光明暗变化强度的物理量称为亮度。亮度是 色光能量的一种描述，对于色调和饱和度已经固定 的光，当它的全部能量增加时，感觉亮；反之则感 觉暗淡
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1. 色彩的基本概念 色调（Hue） • 描述颜色的不同类别的物理量称为色调，如红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫等，它取决于该颜色的主要波 长 饱和度（Saturation） • 描述颜色的深浅程度的物理量称为饱和度，它按颜 色混入白光的比例来表示。当某色光的饱和度为 100%时，表示该色光是完全没有混入白色光的单 色光，饱和度越高则颜色越浓。如果大量混入白光 降低饱和度，人的视觉会感到颜色变淡。例如，在 蓝色中加入白光，饱和度降低，蓝色被冲淡为淡蓝 色
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YIQ彩色空间和RGB彩色空间的转换方法是： 将V=0.877(R-Y)，U=0.493(B-Y)，代入下式： o o I=Vcos33 –Usin33 o o Q=Vsin33 +Ucos33 (2). HIS与RGB之间的转换
R B G I 3 1 . 90 Arc tan f H 360 min R , G , B S 1 I
用途
目录
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2.2 图像的数字化
(1). 位图图像的技术指标 (2). 图像大小和压缩标准 (3). 常见的图像文件格式 (4). JPEG图像优化和压缩工具
用于生成和编辑位图图像的软件通 常称为“ paint ” 程序。 图像文件在计算机中的存储格式有 多种，如 BMP、PCX、TIF、TGA、GIF、 JPG 等，一般数据量都较大。 图像处理时要考虑三个因素： 分辨率 图像深度与显示深度 图像文件大小
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颜色与光的波长有关，不同波长的光呈现不同颜色。 颜色具有三个特征：色调、亮度、饱和度。 色调：表示颜色的种类，如红、黄、蓝等。色彩 取决于光的波长，是决定颜色的基本特征。 饱和度：是表示颜色的纯净程度，即色彩含有某 中单色光的纯净程度。它是按单色光中混入其它 色的比例来表示的。 亮度：是指色彩所引起的人眼对明暗程度的感觉 同一种色调的亮度会因光源的强弱产生不同的变 化，同一色调如加上不同比例的黑或白色混合后 亮度也会发生变化。
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2.2 图像的数字化
2.2.3 图像的大小及压缩标准 • 图像文件的大小是指存储文件所需的字节数， 它的计算公式是： 图像文件的字节数＝图像分辨率×图像深度/8 • 例如，一幅未经压缩的640×480的真彩色图 像（24位）在计算机中的原始数据量为： 640×480×24/8 B＝921 600B≈900KB
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2. 色彩空间的表示
(1). 计算机显视器RGB彩色空间 (2). 彩色印刷CMYK彩色空间 (3). 彩色电视YUV和YIQ彩色空间 (4). HSI彩色空间
(1). 计算机显视器RGB彩色空间
RGB 彩色空间又称加色法系统。RGB 彩色 空间采用三种基本颜色，即 RGB(红，绿，蓝)。 彩色显视器的输入需要RGB三个彩色分量，通过 三个分量的不同比例配合，在显示屏幕上合成 所需要的任意颜色，三种颜色均无时显示黑色。 在RGB彩色空间，任意彩色光F，其配色方 程可写成： F=r[R]+g[G]+b[B] 其中，r、g、b为三色系数，r[R]、g[G]、 b[B]为F色光的三色分量。任意一种色光，其色 度可由相对色系数中的任意两个唯一的确定。
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分辨率
分辨率：影响图像质量的重要参数。
屏幕分辨率：显示器屏幕上的最大显示 区域，即水平与垂直方向 的像素个数。
图像分辨率：数字化图像的大小，即该 图像的水平与垂直方向的 像素个数。 像素分辨率：像素的宽和高之比一般为 1:1。
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图像深度和显示深度
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I、Q与V、U之间的关系可以表示成： o o I=Vcos33 –Usin33 o o Q=Vsin33 +Ucos33
选择YIQ彩色空间的好处是，人眼的彩色 视觉特性表明，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。在色度矢量图中，人眼对于处在红、 o 黄之间，相角为123 的橙色及其相反方向相角 o 为303 的青色，具有最大的彩色分辨力。
第2章 计算机图形图像技术
1. 图形图像概述
2. 图像的数字化 3. Photoshop图像制作与处理软件
2.1 图形图像概述
• 2.1.1 彩色的基本概念

1．物体的颜色
• 色调（Hue） • 饱和度（Saturation） • 亮度（Luminance）

2．常用的色彩模式
• • • • • • 索引模式（Index） RGB模式 CMYK模式 Lab模式 HSB模式 YUV与YIQ模型
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(4). HSI彩色空间
在HSI彩色空间中，人们常用H、S、I参数 描述颜色特性，其中H表示色调，S表示颜色的饱 和度，I表示光的强度。HSI彩色空间能够减少彩 色图像处理的复杂性，而且更接近人对色彩的认 识和解释。
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3. 色彩空间的转换
(1). RGB与YUV和YIQ之间的转换 ，在传 送过程中包含亮度信号和色差信号，亮度方程简 化如下： Y=0.3R+0.59G+0.11B 三个色差信号B-Y，R-Y，G-Y中有两个是独 立的，另一个可用亮度方程和两个色差信号通过 运算得到。