第3章图像的格式、类型

1、第3章 图像的格式和类型第1章 绪论2学习重点学习重点数字图像的基本类型数字图像的基本类型图像相关术语图像相关术语数字图像的基本文件格式数字图像的基本文件格式matlab图像类型及数据格式图像类型及数据格式第1章 绪论3学习内容学习内容3.1 简单的图像模型简单的图像模型3.2 3.2 数字图像的基本类型数字图像的基本类型3.3 3.3 图像处理软件图像处理软件3.4 3.4 图像相关术语图像相关术语3.5 3.5 数字图像的基本文件格式数字图像的基本文件格式3.6 matlab3.6 matlab图像类型及数据格式图像类型及数据格式第1章 绪论4q对于对于N NN N象素组成的图像，可以用矩

2、阵来表示：象素组成的图像，可以用矩阵来表示：一幅图像可以用二维函数一幅图像可以用二维函数f(x,y)来表示来表示q若对于若对于N NN N象素的象素的彩色图像彩色图像，可以用，可以用三个三个矩阵表示：矩阵表示： FFR R N NN N、FFG G N NN N、FFB B N NN N。NNNjNNiNijiiNjNjNNffffffffffffffffF.2121222221111211ji3.1 简单的图像模型简单的图像模型2022-4-1053.2 数字图像的基本类型数字图像的基本类型计算机一般采用两种方式存储静态图像：计算机一般采用两种方式存储静态图像：位映射位映射（Bitmap），

3、即位图存储模式；），即位图存储模式； 向量处理向量处理（Vector），也称矢量存储模式。），也称矢量存储模式。 位图也称为栅格图像，是通过许多像素点表示一位图也称为栅格图像，是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素具有颜色属性和位置属性。幅图像，每个像素具有颜色属性和位置属性。2022-4-1063.2 数字图像的基本类型数字图像的基本类型位映射是将图像的每一个像素点转换一个数据位映射是将图像的每一个像素点转换一个数据，并存放在以并存放在以字节字节为单位的矩阵中。这种存储模式为单位的矩阵中。这种存储模式较适合于较适合于内容复杂的图像和真实的照片内容复杂的图像和真实的照片，如，用，如，用数码相机

4、和扫描仪获取的图像一般都存储为位图。数码相机和扫描仪获取的图像一般都存储为位图。位图图像的位图图像的缺点缺点在于：随着分辨率以及颜色数的在于：随着分辨率以及颜色数的提高，位图图像所占用的磁盘空间会急剧增大，提高，位图图像所占用的磁盘空间会急剧增大，同时在放大图像的过程中，图像也会变得模糊而同时在放大图像的过程中，图像也会变得模糊而失真。失真。2022-4-1073.2 数字图像的基本类型数字图像的基本类型 矢量图只存储图像内容的轮廓部分矢量图只存储图像内容的轮廓部分，而，而不是图像不是图像数据的每一点数据的每一点。 如，对于一个圆形，只要存储圆心的坐标位置如，对于一个圆形，只要存储圆心的坐标位

5、置和半径长度，以及圆形边线和内部的颜色即可。和半径长度，以及圆形边线和内部的颜色即可。 该存储方式的该存储方式的缺点缺点是经常耗费大量的时间做一些是经常耗费大量的时间做一些复杂的分析演算工作，但图像的缩放不会影响显示复杂的分析演算工作，但图像的缩放不会影响显示精度，即图像不会失真，而且图像的存储空间较位精度，即图像不会失真，而且图像的存储空间较位图方式要少得多。所以，向量处理比较适合存储各图方式要少得多。所以，向量处理比较适合存储各种图标和工程设计图。种图标和工程设计图。2022-4-1083.2 数字图像的基本类型数字图像的基本类型位图是记录每一个像素的颜色值，再把这些像位图是记录每一个像素

6、的颜色值，再把这些像素点组合成一副图像。素点组合成一副图像。矢量图是保存图像对象的位置和曲线、颜色的矢量图是保存图像对象的位置和曲线、颜色的算法。算法。位图占用的存储空间较矢量图要大得多。位图占用的存储空间较矢量图要大得多。矢量图的显示速度较位图慢矢量图的显示速度较位图慢。2022-4-1093.3 图像处理软件图像处理软件 能够进行图像处理的软件很多，其中最著名的就能够进行图像处理的软件很多，其中最著名的就是是photoshopphotoshop，该软件能够实现图像显示、增强、剪，该软件能够实现图像显示、增强、剪切、滤波等一系列的操作，效果非常不错，由该软件切、滤波等一系列的操作，效果非常不

7、错，由该软件生成的图像文件格式目前已经作为国际标准予以存在。生成的图像文件格式目前已经作为国际标准予以存在。 许多人将图像处理与许多人将图像处理与photoshopphotoshop画上了等号，这画上了等号，这是一种非常错误的概念是一种非常错误的概念。 photoshopphotoshop只是一种通用的图像处理软件，一般只是一种通用的图像处理软件，一般是用来提高视觉感受，而是用来提高视觉感受，而实际的图像处理工作主要是实际的图像处理工作主要是针对不同的应用领域提取不同的信息的针对不同的应用领域提取不同的信息的，这是，这是photoshopphotoshop不善长甚至不支持的不善长甚至不支持的。

8、2022-4-10103.3 图像处理软件图像处理软件 针对不同的应用领域需要不同的图像处理算法，针对不同的应用领域需要不同的图像处理算法，因此用户最好还是根据对某个图像处理软件或高级程因此用户最好还是根据对某个图像处理软件或高级程序语言的掌握程度来编写自己的图像处理程序。序语言的掌握程度来编写自己的图像处理程序。 我们采用我们采用matlab来实现各种类型的图像处理。来实现各种类型的图像处理。因为因为数字图像实际上就是一组有序的离散数据数字图像实际上就是一组有序的离散数据，使用使用matlab可以对这些离散数据形成的矩阵进行一次性可以对这些离散数据形成的矩阵进行一次性的处理。的处理。 202

9、2-4-10113.4 图像相关术语图像相关术语1 像素（像素（pixel） 像素是构成数字图像的最小单位，是图像采像素是构成数字图像的最小单位，是图像采样的网格单位。它是以矩阵的方式排列，每帧样的网格单位。它是以矩阵的方式排列，每帧图像被描述成由图像被描述成由MxN个数据组成的矩阵，矩阵个数据组成的矩阵，矩阵的每个元素就被称为像素。的每个元素就被称为像素。 像素点是与图像的分辨率相关的，分辨率越像素点是与图像的分辨率相关的，分辨率越高，像素点越小，图像越清晰。高，像素点越小，图像越清晰。2022-4-10123.4 图像相关术语图像相关术语2 DPI（dot per inch） DPI是指各

10、类是指各类输出设备输出设备（如打印机、绘图仪（如打印机、绘图仪等）等）每英寸上所显示的像素点数每英寸上所显示的像素点数，一般也称为，一般也称为设备分辨率。设备分辨率。 如如 一台激光打印机的设备分辨率在一台激光打印机的设备分辨率在600-1200 DPI范围内，数值越高，打印机输出效范围内，数值越高，打印机输出效果越好。果越好。2022-4-10133.4 图像相关术语图像相关术语3 PPI（pixel per inch） PPI是指每英寸的像素值，一般用于衡量一个图是指每英寸的像素值，一般用于衡量一个图像像输入设备输入设备（如扫描仪）的分辨率的高低，反映图像（如扫描仪）的分辨率的高低，反映图

11、像中存储信息量的多少，并决定图像的根本质量。中存储信息量的多少，并决定图像的根本质量。 图像的质量是由图像采集及模数转换的精度决定图像的质量是由图像采集及模数转换的精度决定的的，实际上现有的显卡支持多种显示模型，如一副图，实际上现有的显卡支持多种显示模型，如一副图像的大小为像的大小为640 x480，则该幅图像在，则该幅图像在1024x768模模式下显示或在式下显示或在640 x480模式下显示，反映的信息量模式下显示，反映的信息量是相同的。是相同的。 试图通过改变显示模式来改善图像质量是徒劳的试图通过改变显示模式来改善图像质量是徒劳的2022-4-10143.4 图像相关术语图像相关术语4

12、显示分辨率显示分辨率 显示分辨率是指监视器（显示器的分率），显示分辨率是指监视器（显示器的分率），即指显示器上最大可以显示的像素数集合，一即指显示器上最大可以显示的像素数集合，一般用在屏幕上显示的水平和垂直像素数目表示，般用在屏幕上显示的水平和垂直像素数目表示，最大分辨率为最大分辨率为1024x768的显示器。计算机显的显示器。计算机显示器的屏幕显示分辨率由显卡决定。示器的屏幕显示分辨率由显卡决定。 2022-4-10153.4 图像相关术语图像相关术语5 位位(bit)与颜色与颜色(color) 在图像处理中，在图像处理中，“位位”是用来衡量每个像素存是用来衡量每个像素存储信息的位数，颜色是

13、通过数字储信息的位数，颜色是通过数字“位位”实现的，实现的， “位位”决定了每次在屏幕上显示多少种颜色。决定了每次在屏幕上显示多少种颜色。 若若n表示所占的位数，则颜色数表示所占的位数，则颜色数=2n。 我们平常所说的我们平常所说的高彩色，即高彩色，即16位显示模式位显示模式 真彩色是在真彩色是在24位下显示位下显示 2022-4-10163.4 图像相关术语图像相关术语6 查找表（查找表（look up table） 查找表又称为视频查找表、显示查找表、伪彩色查查找表又称为视频查找表、显示查找表、伪彩色查找表或彩色调色板，简称找表或彩色调色板，简称LUT，是由图像采集卡上分，是由图像采集卡上

14、分别代表别代表R、G、B的的3个读个读/写存储器所组成，每个存写存储器所组成，每个存储器包含储器包含256个单元，每单元占个单元，每单元占8位二进制位。位二进制位。 LUT中存放的是三基色光（红、绿、蓝）的映射参中存放的是三基色光（红、绿、蓝）的映射参数，将每一个像素的数，将每一个像素的256级灰度值映射成红、绿和蓝级灰度值映射成红、绿和蓝值。值。 LUT输出驱动输出驱动3个模数转换器，将对应颜色转换个模数转换器，将对应颜色转换称电压值，经编码，送往彩色显示器显示彩色图像。称电压值，经编码，送往彩色显示器显示彩色图像。 2022-4-10173.4 图像相关术语图像相关术语7 灰度图像（灰度图

15、像（gray image） 即为黑白图像。对于灰度等级为即为黑白图像。对于灰度等级为256的灰度图像，的灰度图像，0代表黑，代表黑，255代表白色，从代表白色，从1到到254的每个值分别代的每个值分别代表了介于黑色与白色之间的所有深浅不同的灰度色调，表了介于黑色与白色之间的所有深浅不同的灰度色调，灰度图像反映的实际上是图像的亮度信息灰度图像反映的实际上是图像的亮度信息 8 真彩色图像（真彩色图像（color image）即为人眼感受到的自然色彩的图像即为人眼感受到的自然色彩的图像 2022-4-10183.4 图像相关术语图像相关术语9 伪彩色图像（伪彩色图像（pseudo color ima

16、ge） 伪彩色图像也是一种彩色图像，它是通过人工方式伪彩色图像也是一种彩色图像，它是通过人工方式对图像着色后显示出来的，主要用在黑白图像的着色对图像着色后显示出来的，主要用在黑白图像的着色显示上。显示上。 人眼对黑白的分辨能力较低，大约有人眼对黑白的分辨能力较低，大约有40级，而且级，而且灰灰度差度差5时，人眼无法分辨时，人眼无法分辨；而；而人眼对彩色的分辨能人眼对彩色的分辨能力是相对较高的，大约在力是相对较高的，大约在200级级，采用伪彩色方式显，采用伪彩色方式显示黑白图像，可以提高人眼的判读能力，使图像易于示黑白图像，可以提高人眼的判读能力，使图像易于分辨。分辨。 如遥感图像（黑白）处理中

17、，对不同的地貌，赋予如遥感图像（黑白）处理中，对不同的地貌，赋予不同的色彩，以便容易区分山川、海洋、森林等。不同的色彩，以便容易区分山川、海洋、森林等。 2022-4-10193.5 数字图像的基本文件格式数字图像的基本文件格式图像格式指的是存储图像采用的文件格式。不图像格式指的是存储图像采用的文件格式。不同的操作系统、不同的图像处理软件，所支持同的操作系统、不同的图像处理软件，所支持的图像格式都有可能不同。的图像格式都有可能不同。在实际应用中经常会见到以下几种图像格式：在实际应用中经常会见到以下几种图像格式： BMP文件、文件、JPEG文件、文件、PCX文件、文件、TIFF文件文件以及以及G

18、IF文件，文件，PNG文件等。文件等。2022-4-10203.5 数字图像的基本文件格式数字图像的基本文件格式 每一种图像文件均有一个文件头，每一种图像文件均有一个文件头， 在文件在文件头之后才是图像数据。头之后才是图像数据。 文件头的内容一般包括文件类型、文件制文件头的内容一般包括文件类型、文件制作者、制作时间、版本号、文件大小等内容。作者、制作时间、版本号、文件大小等内容。 图像文件还涉及图像文件的压缩方式和存图像文件还涉及图像文件的压缩方式和存储效率等。储效率等。2022-4-10213.5.1 BMP图像文件格式图像文件格式1 1 位图文件头位图文件头2 2 位图信息头位图信息头3

19、3 调色板调色板4 4 图像数据图像数据2022-4-10223.5.1 BMP图像文件格式图像文件格式1 位图文件头位图文件头2022-4-10233.5.1 BMP图像文件格式图像文件格式2 位图信息头位图信息头2022-4-10243.5.1 BMP图像文件格式图像文件格式3 调色板调色板注：有些位图不需要调色板，如真彩色图，他们有些位图不需要调色板，如真彩色图，他们的的BITMAPINFOHEADER后面直接是位图数据后面直接是位图数据2022-4-10253.5.1 BMP图像文件格式图像文件格式2022-4-1026第四部分就是第四部分就是实际的图像数据实际的图像数据。对于用到调色

20、板的位。对于用到调色板的位图，图像数据就是该像素颜色在调色板中的索引值，图，图像数据就是该像素颜色在调色板中的索引值，对于真彩色图像，图像数据就是实际的对于真彩色图像，图像数据就是实际的R、G、B值。值。对于对于2色位图，用色位图，用1位就可以表示该像素的颜色（一位就可以表示该像素的颜色（一般般0表示黑，表示黑，1表示白），一个字节可以表示表示白），一个字节可以表示8个像素。个像素。对于对于16色位图，用色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所位可以表示一个像素的颜色，所以一个字节可以表示以一个字节可以表示2个像素。个像素。对于对于256色位图，一个字节刚好可以表示色位图，一个字节刚好可以表示

21、1个像素。个像素。 对于真彩色图，对于真彩色图，3个字节表示一个像素个字节表示一个像素2022-4-10273.5.2 TIF图像文件格式图像文件格式标记图像文件格式标记图像文件格式TIF (Tag Image File Format)是现存图像文件格式中最复杂的一种，是目前流行是现存图像文件格式中最复杂的一种，是目前流行的图像文件交换标准之一。的图像文件交换标准之一。TIF格式文件的设计考虑了扩展性、格式文件的设计考虑了扩展性、 方便性和可修方便性和可修改性，因此非常复杂，要求用更多的代码来控制它，改性，因此非常复杂，要求用更多的代码来控制它，结果导致文件读写速度慢，结果导致文件读写速度慢，

22、 TIF代码也很长。代码也很长。TIF文件由文件头、参数指针表与参数域、参数数据文件由文件头、参数指针表与参数域、参数数据表和图像数据表和图像数据4部分组成。部分组成。 2022-4-10283.5.3 GIF图像文件格式图像文件格式GIF（Graphics Interchange Format）文件的全）文件的全称是图形交换文件格式。称是图形交换文件格式。该形式存储的文件主要为不同的系统平台交流和传该形式存储的文件主要为不同的系统平台交流和传输图像提供方便，是输图像提供方便，是Web及其他联机服务上常用的及其他联机服务上常用的一种文件格式，用于一种文件格式，用于 HTML文档中的索引颜色图像

23、。文档中的索引颜色图像。图像最大不能超过图像最大不能超过64 M，颜色最多为，颜色最多为256色。色。GIF图像文件采取图像文件采取LZW压缩算法，存储效率高，支压缩算法，存储效率高，支持多幅图像定序或覆盖，交错多屏幕绘图以及文本持多幅图像定序或覆盖，交错多屏幕绘图以及文本覆盖。覆盖。GIF主要是为数据流而设计的一种传输格式，而不是主要是为数据流而设计的一种传输格式，而不是作为文件的存储格式。作为文件的存储格式。2022-4-10293.5.4 JPEG图像文件格式图像文件格式JPEG(Joint Photographers Experts Group)即即联合图像专家组联合图像专家组, 是由

24、是由ISO和和CCITT为静态图像所建为静态图像所建立的第一个国际数字图像压缩标准立的第一个国际数字图像压缩标准，主要是为了解，主要是为了解决决专业摄影师专业摄影师所遇到的图像信息过于庞大的问题。所遇到的图像信息过于庞大的问题。JPEG 格式支持格式支持 24 位颜色，并能保留照片和其他连位颜色，并能保留照片和其他连续色调图像中存在的亮度和色相的显著和细微的变续色调图像中存在的亮度和色相的显著和细微的变化。化。2022-4-1030图像类型是图像类型是指数组数值与像素颜色之间定义的关系指数组数值与像素颜色之间定义的关系，注意其与图像格式概念的区别。注意其与图像格式概念的区别。Matlab图像处

25、理图像处理工具箱支持五类型的图像：工具箱支持五类型的图像：二进制图像、索引图像、灰度图像、二进制图像、索引图像、灰度图像、RGB图像和图像和多帧图像多帧图像Matlab使用三种存储格式来存储图像：使用三种存储格式来存储图像：uint8(8位无符号整数位无符号整数)、uint16(16位无符号整数位无符号整数)和双精和双精度。度。3.6 matlab图像类型及数据格式图像类型及数据格式2022-4-10313.6.1 二值图像二值图像也叫黑白图像，就是图像象素只存在二值图像也叫黑白图像，就是图像象素只存在0,1两个值。两个值。二进制的二进制的lenna图像图像3.6 matlab图像类型及数据格

26、式图像类型及数据格式第1章 绪论32第1章 绪论33n二值图像能够使用二值图像能够使用uint8(8位无符号整数位无符号整数) 和双精度的数组来存储，但不支持和双精度的数组来存储，但不支持uint16(16位无符号整数位无符号整数) 。 3.6.2 二值图像数据格式2022-4-10343.6.3 灰度图像灰度图像是包含灰度级（亮度）的图像，如64级，256级等。如当像素灰度级用8 bit表示时，每个像素的取值就是256种灰度中的一种，即每个像素的灰度值为0到255中的一个。通常，用通常，用0表示黑，表示黑，255表示白，从表示白，从0到到255亮度逐渐增加。亮度逐渐增加。 第1章 绪论35灰

27、度图像读入灰度图像读入matlab中是一中是一个二维的平面矩阵，其中行与个二维的平面矩阵，其中行与列的乘积代表其图片中像素点列的乘积代表其图片中像素点的个数。的个数。注意：灰度图像一般看起来注意：灰度图像一般看起来是一副黑白图像，但是色彩明是一副黑白图像，但是色彩明暗度较二值图像更为丰富。因暗度较二值图像更为丰富。因为每一个像素点的取值在为每一个像素点的取值在0,1或或0,255之间。之间。.像素点取值：0,1或0,255mnm*n个像素，如个像素，如1024*768第1章 绪论36 3.6.4 灰度图像数据格式第1章 绪论372022-4-10383.6.5 索引图像索引图像是一种把像素值直

28、接作为RGB调色板下标的图像。在matlab中，包含一个数据矩阵X和一个调色板矩阵map，数据矩阵可以是uint8、uint16和双精度类型的，而调色板矩阵则总是一个mX3的双精度类型矩阵（其中，m表示颜色数目），该矩阵的元素值都是0 1范围内的浮点数。Map 矩阵的每一行指定一个颜色的红、绿、蓝颜色分量。索引图像可以把像素值直接映射为调色板数值，每一个像素的颜色通过使用X的数值作为map的下标来获得：数值1表示map的第一行，数值2表示map的第二行，以此类推。第1章 绪论39数据矩阵数据矩阵（图片）（图片）像素像素点点对应对应双精度色图矩双精度色图矩阵阵（色彩）（色彩）第1章 绪论40n调

29、色板通常与索引图像存储在一起，装载图像时，调色板通常与索引图像存储在一起，装载图像时，调色板将和图像数据一同自动装载。调色板将和图像数据一同自动装载。n图中的像素由整数表示，这个整数将作为存储在图中的像素由整数表示，这个整数将作为存储在调色板中的颜色数据的指针。调色板中的颜色数据的指针。第1章 绪论41 3.6.6 索引图像数据格式2022-4-10423.6.7 RGB图像RGB图像也称为真彩图像，其每一个像素由三个数图像也称为真彩图像，其每一个像素由三个数值来指定红、绿和蓝颜色分量。值来指定红、绿和蓝颜色分量。在在matlab中，一幅中，一幅RGB图像由图像由uint8、 uint16或双

30、或双精度类型的精度类型的mXnX3数组（也称为数组（也称为RGB数组）来描述，数组）来描述，其中，其中，m和和n分别表示图像的宽度和高度。分别表示图像的宽度和高度。RGB图像图像不使用调色板。每一个像素的颜色由存储在相应位不使用调色板。每一个像素的颜色由存储在相应位置的红、绿、蓝颜色分量共同决定。置的红、绿、蓝颜色分量共同决定。RGB图像是图像是24位图像，红绿蓝分量分别占用位图像，红绿蓝分量分别占用8位位，由于这种颜色精，由于这种颜色精度能够再现图像的真实色彩，所以称为度能够再现图像的真实色彩，所以称为RGB图像为图像为真彩图像。真彩图像。第1章 绪论43n在一个双精度类型的RGB数组中，每一个颜色分量都是一个0 ,1范围内的数值，颜色分量为(0, 0, 0)的详述将显示为黑色，颜色分量为（1，1，1）的像素将显示为白色。每一个像素的三个颜色分量都存储在数据数组的第三位中。