第三章 图像与视频的获取与处理（课件）- 《多媒体技术基础及应用（第2版）》同步教学（清华大学版）

第三章 图像与视频的获取与处理 学习目的：　　 　　通过本章的学习，使学生对图像的彩色空间表示及其转换,位图图像信息的获取与矢量图形的生成,视频信息的获取技术和图像文件格式转换有一定的了解和掌握。 学习的知识点： 　　数字视频信号的获取与处理的基本概念，彩色空间的表示及转换、位图图像信息的获取方法、计算机动画的生成原理、视频卡的工作原理。 学习要求： 　　掌握：图像的彩色空间表示及其转换,视频信息的获取技术。 　　理解：位图图像信息的获取与矢量图形的生成,计算机动画的生成。 　　了解：图像文件格式转换。 目录： 　　3.1 图像的彩色空间表示及其转换 　　3.2 位图图像信息的获取与矢量图形的生成 　　3.3 计算机动画的生成 　　3.4 视频信息的获取技术 3．1 图像的彩色空间表示及其转换 一．基本知识 　　 人类获取信息的70~80%来源于视觉。 　多媒体计算机的图像处理和视频效应的过程：首先必须把连续的图像函数f(x,y) 进行空间和幅值上的离散化处理。然后再将离散化的数字信息还原为连续的图像。将空间坐标离散化与图像颜色离散化的两者结合叫做图像的数字化,离散化的结果称为数字图像。 　　1．采样 　　2．量化 1．采样 　　采样（Perceptionmedium）将空间连续坐标(x,y)函数离散化。 　　 　　采样原理（惠特克—卡切尼柯夫—香农）——对连续图像彩色函数f(x,y)，沿x方向以等间隔Δx采样，采样点数为N；沿y方向以等间隔Δy采样，采样点数为N；于是得到一个NxN的离散样本阵列[f(m,n) ]NxN，为了达到最小失真（还原）度，采样密度（间隔Δx与Δy应满足采样频率大于等于二倍的图像变化频率。 　　 　　采用上述采样定理后，所确定的数字图像的还原失真度最小（仍存在失真）。 2．量化 　　量化（Representationmedium）将图像函数f(x,y) 颜色的离散化。 　　　　对每个离散点（像素）的灰度或颜色样本进行数字化处理。即：在样本幅值的动态范围内进行分层、取整，以正整数表示。用G=2m,表示一幅黑白灰度的图像表示为： 级（m） 8 7 6 5 4 3 2 1 灰度级 256 128 64 32 16 8 4 2 二．颜色的基本概念 　　亮度、色调、饱和度 　　三基色(RGB)的原理 　 亮度、色调、饱和度 Y亮度：亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。主要表现光的强和弱。 H色调：色调是当人眼看一种或多种波长的光时所产生的色彩感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特征。 S饱和度：饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度，表示颜色深浅的程度。 例如：红 + 白光 =　粉红色 饱和度下降 　　 红 + 另一种颜色的光　　　色调发生变化 色调和饱和度通称为——色度。 三基色(RGB)的原理 　　自然界常见的各种颜色光，都是由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配而成，同样绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就是色度学中最基本的原理—三基色原理。 红色+绿色=黄色 红色+蓝色=品红 绿色+蓝色=青色 红色+绿色+蓝色=白色 RGB和黑白电视信号不兼容，希望空中发射的信号转换成YUV信号。 　　当白光的亮度用Y来表示时，它和红、绿、蓝三色的关系可用如下方程描述： 　　NTSC电视制式： 　　　Y=0.299R+0.587G+0.114B 　　PAL电视制式的亮度方程为：　 　　　Y=0.222R+0.707G+0.071B 三．彩色空间表示 　　1．RGB彩色空间 　　2．CMY色彩空间 　　3．YUV和YIQ彩色空间 　　4．HIS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） RGB彩色空间 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