2. 数字图像基础

2.2 图像的表示与图像文件的结构

2.2.1 数字图像类型

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静态图像可分为矢量(Vector)图和位图(Bitmap)，位图也称为栅格图像。

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2.2.1.1 矢量图

矢量图是用一系列 绘图指令来表示一幅图，如AutoCAD中的绘图语句。

这种方法本质是用 数学(更准确地是说几何学)公式描述一幅图像。图像中每一个形状都是一个完整地公式，称为一个对象。对象是一个封闭地整体吗，所以定义图像上对象地变化和对象与其他对象地关系对计算机来说是简单的，所有这些变化都不会影响到图像中的其他对象。

2.2.1.2 位图

• 位图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。

• 位图可以从传统的相片、幻灯片上制作出来或者使用数字相机得到，也可以利用Windows的画笔用颜色点填充网格单元来创建位图。

• 位图又分为如下四种：

  • ① 二值图像-线画稿（黑白图像）

    图像的每个像素只能是 黑或者 白，没有中间的过渡，故又称为2值图像。2值图像的像素值为 0、1。

    

  • ② 灰度图像

    • 在灰度图像中，像素灰度级用 表示，所以每个像素都是介于黑白和白色之间的 种灰度中的一种。
    • 灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。

    

  • ③ 索引图像

    • 颜色深度为每像素24位的数字图像是目前所能获取、浏览和保存的颜色信息最丰富的彩色图像，由于它所表达的颜色远远超出了人眼所能辨别的范围，故将其称为“真彩色” 。

  • 在真彩色出现之前， 由于技术上的原因，计算机在处理时并没有达到每像素24位的真彩色水平，为此人们创造了索引颜色。

    • 索引颜色通常也称为映射颜色， 在这种模式下，颜色都是预先定义的，并且可供选用的一组颜色也很有限， 索引颜色的图像最多只能显示256种颜色。一幅索引颜色图像在图像文件里定义，当打开该文件时，构成该图像具体颜色的索引值就被读入程序里，然后根据索引值找到最终的颜色。

  • ④ 真彩色图像

    • “真彩色”是 RGB颜色的另一种流行的叫法。

    • RGB图像的颜色是非映射的，它可以从系统的“颜色表”里自由获取所需的颜色，这种图像文件里的颜色直接与PC机上的显示颜色相对应。

    • 在真彩色图像中，每一个像素由红、绿和蓝三个字节组成， 每个字节为8 bit，表示0到255之间的不同的亮度值，这三个字节组合可以产生1670万种不 同的颜色。

2.2.2 图像的计算机表示——图像文件的格式

• 首先回顾一下图像的数学表示：

  二维离散亮度函数——

  （1） 表示图像像素的坐标

  （2）函数值f代表了在点 处像素的亮度值 ·

  二维矩阵——

  （1） 表示图像宽和高

  （2）矩阵元素 的值，表示图像在第 行第 列的像素的灰度值

• 数字图像有多种存储格式，每种格式一般由不同的开发商支持。随着信息技术的发展和图像应用领域的不断拓宽，还会出现新的图像格式。

• 图像文件的数据构成：每一种图像文件均有一个文件头， 在文件头之后才是图像数据。

• 文件头的内容由制作该图像文件的公司决定，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。各种图像文件的制作还涉及到图像文件的压缩方式和存储效率等。

• 图像描述信息

  • 一般以结构或类来描述
  • 主要包括宽高等

• 图像数据

  • 数组
  • 顺序存放的连续数据

example:bmp图像文件格式

2.3 决定图像的质量的因素

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图像的质量包括—— 层次、对比度、清晰度

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2.3.1 图像的质量——层次

灰度级：表示像素明暗程度的整数量

层次：表示灰度级的数量

图像数据的实际层次越多视觉效果就越好

2.3.2 图像的质量——对比度

对比度是指一幅图像中灰度反差的大小

对比度 = 最大亮度/最小亮度

2.3.3 图像的质量——清晰度

• 与清晰度相关的主要因素

  • 亮度
  • 对比度
  • 主题内容的大小
  • 细微层次
  • 颜色饱和度