2.3　彩色圖像與灰度圖像［3］

（1）彩色圖像

所有顏色都是由R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)） 3個(gè)單色調(diào)配而成，每種單色都人為地從0～255分成了256個(gè)級(jí)，所以根據(jù)R、G、B的不同組合可以表示256×256×256=16777216種顏色，被稱(chēng)為全彩色圖像（full-color image）或者真彩色圖像（true-color image）。一幅全彩色圖像如果不壓縮，文件將會(huì)很大。例如，一幅640×480像素的全彩色圖像，一個(gè)像素由3個(gè)字節(jié)來(lái)表示R、G、B各個(gè)分量，需要保存640×480×3=921600（約1MB）字節(jié)。

除了全彩色圖像之外，還有256色、128色、32色、16色、8色、2色圖像等，這些非全彩色圖像在保存時(shí)，為了減少保存的字節(jié)數(shù)，一般采用調(diào)色板（palette）或顏色表（look up table，LUT）來(lái)保存。顏色表中的每一行記錄一種顏色的R、G、B值，即（R，G，B）。例如，第一行表示紅色（255，0，0），那么當(dāng)某個(gè)像素為紅色時(shí)，只需標(biāo)明索引0即可，這樣就可以通過(guò)顏色索引來(lái)減少表示圖像的字節(jié)數(shù)。例如，對(duì)于16色圖像，用顏色索引的方法來(lái)表示16種狀態(tài)，可以用4位（24），也就是半個(gè)字節(jié)來(lái)表示，整個(gè)圖像數(shù)據(jù)需要用640×480×0.5=153600個(gè)字節(jié)，另加一個(gè)顏色表的字節(jié)數(shù)。顏色表在Windows上是固定的結(jié)構(gòu)格式，有4個(gè)參數(shù)，各占一個(gè)字節(jié)，前3個(gè)參數(shù)分別代表R、G、B，第4個(gè)參數(shù)為備用，這樣16個(gè)顏色的顏色表共需要4×16=64個(gè)字節(jié)。這樣采用顏色表來(lái)表示16色圖像時(shí)，總共需要153600+64=153664個(gè)字節(jié)，只占前述保存方法的1/6左右，節(jié)省了許多存儲(chǔ)空間。歷史上由于計(jì)算機(jī)和數(shù)碼設(shè)備的內(nèi)存有限，為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，用非全彩色圖像的情況較多，現(xiàn)在所有彩色數(shù)碼相機(jī)都是全彩色圖像。

上述用R、G、B三原色表示的圖像被稱(chēng)為位圖（bitmap），有壓縮和非壓縮格式，后綴是BMP。除了位圖以外，圖像的格式還有許多。例如，TIFF圖像一般用于衛(wèi)星圖像的壓縮格式，壓縮時(shí)數(shù)據(jù)不失真；JPEG圖像是被數(shù)碼相機(jī)等廣泛采用的壓縮格式，壓縮時(shí)有部分信號(hào)失真。

（2）灰度圖像

灰度圖像（gray scale image）是指只含亮度信息，不含色彩信息的圖像。在BMP格式中沒(méi)有灰度圖像的概念，但是如果每個(gè)像素的R、G、B完全相同，也就是R=G=B，該圖像就是灰度圖像（或稱(chēng)單色圖像monochrome image）。

彩色圖像可以由式（2.1）變?yōu)榛叶葓D像其中Y為灰度值，各個(gè)顏色的系數(shù)由國(guó)際電訊聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）根據(jù)人眼的適應(yīng)性確定。

Y=0.299R+0.587G+0.114B　　 （2.1）

彩色圖像的R、G、B分量，也可以作為3個(gè)灰度圖像來(lái)看待，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其中的一個(gè)分量處理即可，沒(méi)有必要用式（2.1）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，特別是對(duì)于實(shí)時(shí)圖像處理，這樣可以顯著提高處理速度。圖2.3是彩色圖像由式（2.1）轉(zhuǎn)換的灰度圖像及R、G、B各個(gè)分量的圖像，可以看出灰度圖像與R、G、B等的分量圖像比較接近。

圖2.3　灰度圖像及各個(gè)分量圖像

除了彩色圖像的各個(gè)分量以及彩色圖像經(jīng)過(guò)變換獲得的灰度圖像之外，還有專(zhuān)門(mén)用于拍攝灰度圖像的數(shù)碼攝像機(jī)，這種灰度攝像機(jī)一般用于工廠(chǎng)的在線(xiàn)圖像檢測(cè)。歷史上的黑白電視機(jī)、黑白照相機(jī)等，顯示和拍攝的也是灰度圖像，這種設(shè)備的灰度圖像是模擬灰度圖像，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰。