计算机视觉 OpenCV【序章：图像原理】

目录

前言

一、计算机中的图像显示原理

1.1 大体步骤

1.2 案例：显示图像3 

1.3 分辨率和灰度

1.4 彩色图像原理

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注：以下部分图片来自YouTube优质内容博主：Murtaza's Workshop - Robotics and AI ，特此鸣谢！

前言

记得在小学的时候，那时候特别喜欢玩电脑。后来玩着玩着就开始思考一个问题：

计算机和电视，为什么能够展现出多姿多彩的图像呢？

于是在高中的一次计算机公开课，我做了一个小研究，内容是计算机中图像是怎么存储的。

记得当时我的IT老师说我讲的很清楚，很棒。那次公开课是我在计算机原理领域的启蒙。

今天又再次复习了一下，特此分享给大家，分享给对此感兴趣的小伙伴们。（无需基础）

 

一、计算机中的图像显示原理

1.1 大体步骤

如果一个计算机要显示图像，那么肯定需要分为两步：

1.准备好一系列的逻辑代码，以最简单的01序列为例：

计算机的机器语言是基于二进制的，只有0 or 1；

假设0表示黑，1表示白，

那么一个很长的01序列就可以表示一个显示器中，哪些地方是黑色，哪些地方是白色。

2.还需要一个显示器，以及信号线，显卡等。

他们的功能是把第一步中的逻辑数字或者模拟信号，由显卡转换成图像数据信号，再通过信号线连接至显示器；

显示器收到相关信号后，便把对应信号通过显像管，以亮度变化的形式，显示在屏幕上。

而显示器实际上由很多个一个一个的小方格组成，举个例子：

我们平时说的HD，指的是“High Definition”，也就是高分辨率；

HD分辨率或像素是1280*720，指的是，一台显示器的长度由1280个方块边组成，宽由720个方块边组成，

也就是一共具有1280*720个方块；

以黑白图像为例，根据第一步的逻辑代码，那么有的方块显示的就是白色，有的方块显示的就是黑色。

所有方块赋上白/黑后，就成为了一副黑白图像，显示在了我们的眼前。

1.2 案例：显示图像3 

假如我想在计算机上显示图像3：

这是我们的一个盒子（也就是显示屏）

我们要做的，就是用黑色去填部分方块，使之看上去是一个3

这是显示器上显示的图像。那么背后的逻辑呢？

我们可以用0来表示方框颜色为黑，1来表示方框颜色为白。

如果我们想让3更像3，那么我们可以改变小方块的数量。

这些小方块就是我们说的像素。

像素的个数就是我们说的分辨率。

1.3 分辨率和灰度

以VGA举例：

VGA意味着在其宽度上有640个小方块，高度上有480个小方块。

显然，HD的盒子更多，图像也就更加清晰。

目前我们绘制的图像是黑白的，只有黑或者白，这称为二进制图像：

为了获得更多细节，我们可以不仅用0或者1，我们可以用8个二进制位来表示一种颜色，

也就是说，我们一共能有2^8=256中选择，在纯黑或者纯白之间。

这样的图像被称为灰度图像。

1.4 彩色图像原理

那么如何显示彩色图像呢？

对于彩色图像，我们用三个灰度图像来表示红色，绿色，蓝色的强度，简称RGB。

显示器大都是采用了RGB颜色标准， 在显示器上，是通过电子枪打在屏幕的红、绿、蓝三色发光极上来产生色彩的，电脑一般都能显示32位颜色，有一千万种以上的颜色。

RGB是从颜色发光的原理来设计定的，通俗点说它的颜色混合方式就好像有红、绿、蓝三盏灯，当它们的光相互叠合的时候，色彩相混，而亮度却等于三者亮度之总和，越混合亮度越高，即加法混合。

红、绿、蓝三盏灯的叠加情况，中心三色最亮的叠加区为白色，加法混合的特点：越叠加越明亮。

红、绿、蓝三个颜色通道，每种色各分为256阶亮度，在0时“灯”最弱——是关掉的，而在255时“灯”最亮。当三色灰度数值相同时，产生不同灰度值的灰色调，即三色灰度都为0时，是最暗的黑色调；三色灰度都为255时，是最亮的白色调。

RGB将这些图像叠加在一起，就成为了彩色图像。

这意味着，一个VGA分辨率的彩色图像需要640*480*3个小方块。

这就是图像显示的原理。