数字图像基础

1. 分类

• 根据数字图像在计算机中表示方法的不同，可分为二进制图像、索引图像、灰度图像、RGB图像和多帧图像。
  • 二进制图像也称为二值图像，像素值非0即1，通常0表示黑色，1表示白色。二进制图像一般用来描述文字或者图形，其优点是占用空间少，缺点是当表示任务或者风景图像时只能描述轮廓。Matlab提供im2bw()函数来将其他格式的图像转换为二进制图像。
  • 灰度图像也称为单色图像，0表示黑色，255表示白色，1-254表示不同的深浅灰色
  • RGB图像也称为真彩图像，用 M x N x 3数组表示一个像素，分别代表R(red) G(green) B(blue)这三个分量，通过这三种颜色可以合成任意颜色。RGB图像不使用调色板，每一个像素的颜色直接由存储在相应位置的红、绿、蓝分量的组合来确定。
  • 索引图像包含一个数据矩阵和一个颜色映射(调色板)矩阵map。根据数据矩阵中的值去找调色板中找相应的颜色。map矩阵中的每一行分别代表红色、绿色和蓝色。如下图所示
    
    image.png

• 根据图像文件格式的不同，图像又分为位图和矢量图。
  • 矢量图 使用线段和曲线描述图像,所以称为矢量,同时图形也包含了色彩和位置信息。
  • 位图 使用像素点来描述图像，也称为点阵图像。
  • 矢量图 与分辨率无关，可以将它缩放到任意大小和以任意分辨率在输出设备上打印出来，都不会影响清晰度。
  • 位图 是由一个一个像素点产生，当放大图像时，像素点也放大了，但每个像素点表示的颜色是单一的，所以在位图放大后就会出现马赛克状。
  • 矢量图 色彩不丰富，无法表现逼真的实物，矢量图常常用来表示标识、图标、Logo等简单直接的图像。
  • 位图 表现的色彩比较丰富，可以表现出色彩丰富的图象，可逼真表现自然界各类实物。
  • 矢量图 格式很多，如AdobeIllustrator的 .AI、.EPS和SVG、AutoCAD的 *.dwg和dxf、Corel DRAW的 *.cdr等。
  • 位图 的文件类型也很多，如 .bmp、.pcx、.gif、.jpg、.tif、.png、photoshop的 *.psd等。
  • 矢量图 表现的图像颜色比较单一，所以所占用的空间会很小。
  • 位图 表现的色彩比较丰富，所以占用的空间会很大，颜色信息越多，占用空间越大，图像越清晰，占用空间越大。
  • 经过软件矢量图可以很轻松的转化为位图，而位图要想转换为矢量图必须经过复杂而庞大的数据处理，而且生成的矢量图质量也会有很大的出入。

2. 计算机中常见的图像文件格式

• 2.1 BMP(bitmap): windows提出，采用位映射存储格式，出了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此BMP格式所占用的空间都很大，且不受web浏览器支持。
• 2.2 GIF(Graphics Interchange Format)：“图像互换格式”，无损压缩，其存储效率高，支持多幅图像定序或覆盖、交错多屏幕及文本覆盖，可分为静态GIF和动态GIF 2种。GIF解码较快，因为采用隔行存放 GIF图像，在显示GIF图像时，隔行存放的显示速度要比其他图像快。
  GIF格式背支持景透明，如果GIF图片的背景设为透明，它将与浏览器的背景相结合，生成非矩形的图片。
  GIF支持图形渐进，渐进图片将比非渐进图片更快的出现在屏幕上，可以让访问者更快地知道图片的概貌。
• 2.3 JPEG(Jiont Picture Experts Group): 联合国图像专家组，使用一种有损压缩算法，是以牺牲一部分的图像数据来达到较高的压缩率，但是这种损失很小以至于很难察觉。JPEG格式可分为标准JPEG，渐进式JPRG，及JPRG2000这三种格式，其区别在于Internet图像显示上面，标准JPEG在网页下载时只能由上而下依序显示图像，直到图像全部下载完毕，才能看到全貌；渐进式JPEG可以在网页下载时，先呈现出图像的粗略外观，再慢慢地呈现出完整地内容；JPEG2000是新一代的影像压缩法，压缩品质更好，并可改善无线传输时，常因信号不稳造成马赛克及位置错乱的情况，改善传输的品质。
  JPEG格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留较好，适合应用于Internet，减小图像的传输时间。
  JPEG格式不适合所含颜色很少、具有大块颜色相近的区域或亮度差异十分明显的较简单的图片。