1.4　圖像處理系統及常用圖像格式

我們十分熟悉的最復雜精微的圖像處理系統當屬人類自身的視覺系統。借助視覺我們能夠很自然地毫不費力地看到并識別和理解周圍環境。人們自然地設想可以利用計算機來理解和模擬人的視覺系統，完成對圖像的處理、分析和理解，但難度遠遠超出了人類的想象。盡管如此，國內外研究圖像處理系統、計算機視覺領域的學者們依然在努力著。

1.4.1　常見的圖像處理系統

從常規的角度來說，用于數字圖像處理的最常見的計算機系統有以下三類：①PC兼容機，目前十分流行的Microsoft WindowsTM；②工作站，典型的使用UNIX操作系統，也常用Windows環境；③大型計算機系統，擁有大量的資源并被許多用戶通過遠程工作站共享。鄰近的一組系統通常通過局域網共享資源和數據。它們一般也可以在互聯網上被訪問。隨著計算機技術、圖形圖像顯示設備及網絡技術的發展，通用的計算機圖像處理系統正朝著小型化和通用化的小型機并帶有專用圖像處理軟件的混合型系統（如基于網絡的云計算）方向發展。

一般的數字圖像處理系統主要由圖像輸入輸出設備、圖像存儲設備、圖像顯示設備、大型計算機硬件和專用圖像處理軟件組成。由數字化器產生的數字圖像先進入一個適當裝置的緩存中；根據操作員的指令，計算機調用和去執行程序庫中的圖像處理程序。在執行過程中，輸入圖像被逐行地讀入計算機。對圖像進行處理后，計算機逐像素生成一幅輸出圖像，并將其逐行送入緩存或通過設備進行輸出，當然也可以通過網絡與其他設備和用戶連接來進行信息交互。圖1.4顯示了一個完整的數字圖像處理單機系統。也可以利用局域網或互聯網資源進行數字圖像的高效處理。

在處理過程中，圖像中的像素屬性可根據用戶的要求來修改。處理過程只受到程序員的想象力、耐心以及用于計算的軟、硬件資源的限制。處理后的結果由一個與數字化相反的逆過程顯示出來，用每個像素的灰度或顏色值來決定對應點在顯示屏上的亮度及顏色。這樣處理的結果通過計算機硬件又轉化成可視的和可供人們解譯的圖像，也可以通過連接網絡進行發布。

1.4.2　常用圖像格式

數字圖像處理通常會涉及大量的含有數字圖像的文件，而且每個文件數據量相當大。它必須被存檔，而且經常需要在不同的用戶及系統間進行交換。這就要求有一些用于數字圖像存儲和傳送的標準格式。

國內外商用圖像處理軟件，已經可以對很多的數字圖像文件格式進行管理和處理。但應用范圍比較廣的只占其中一小部分。大多數商業化的圖像處理程序可以讀寫多種流行的圖像文件格式（比如較流行的商用圖像處理軟件Photoshop就可以對30多種圖像格式進行讀寫）。其他簡單的程序（如Paintbrush）只是讀取、編輯和顯示在不同文件格式中的圖像以及將圖像從一種格式轉換為另一種格式。這些程序自動地檢測指定輸入文件的格式，這可通過利用文件擴展名或文件自身包含的源文件信息來做到。

將一幅顯示的圖像存為文件時，用戶可以按照自己的意圖指定文件格式。表1.1列出了部分常用的圖像格式說明。其中，位圖格式即“.BMP格式”的圖像是最常見的，利用Windows操作系統和一些商用軟件（比如Visual C++等）進行編程來處理圖像時，位圖格式圖像的存儲、顯示、處理等功能模塊已十分成熟和穩定。

大多數圖像文件格式除具體的圖像數據外，還提供了必要的輔助信息，以利于用戶對圖像進行處理和進行圖像格式之間的轉換。

單色顯示設備通常使用8比特數（256級灰度級）代表屏幕上所顯示像素的亮度。彩色顯示設備使用三個8比特數模轉換器產生三個視頻信號，分別控制所顯示圖像的紅、綠和藍分量的亮度。因此，它們具有控制224即超過一千六百萬種不同顏色的能力。但考慮到顯示管的不完善及人眼的局限性，實際上可辨別的顏色要少得多。

數字圖像不僅有單色和彩色兩種格式，而且有不同的輻射分辨率（顏色數或灰度級數）。對單色圖像，最常見的灰度級數是2、16或256，對應于每像素1、4或8比特，即所謂的2色位圖、16色位圖和256色位圖。這些特殊的灰度分辨率易于打包到內存和存儲文件的8比特字節中。如對于2色位圖，用1位就可以表示該像素的顏色（一般0表示黑，1表示白）。所以一個字節可以表示8個像素；對于16色位圖，用4位可以表示1個像素的顏色，一個字節可以表示2個像素；而對于256色位圖，1個字節恰好可以表示1個像素。在某些應用中也使用其他不同的輻射分辨率。

對彩色圖像，不同的像素值可表示不同數目的顏色。一幅4比特彩色圖像僅能在顯示器上顯示16種不同的顏色。8比特彩色圖像可以用256種不同顏色顯示，而24比特的真彩色圖像，用3個字節表示1個像素，該彩色圖像可包含一千六百萬種顏色。