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第2章 图形图像处理基础 本章目标 了解图形图像硬件系统及相关设备 掌握显示系统基本原理 掌握颜色表示模型 初步认识MatLab软件 主要内容 2.1 图形图像处理系统 2.2 颜色模型 2.3 图形图像显示系统 2.4 输入输出设备 2.5 典型应用软件 2.6 MatLab软件简介 2.1 图形图像处理系统 一、概述 1. 图形图像处理系统是执行处理、分析、理解图形图像信息任务的计算机系统。 2. 主要包括：输入设备、输出设备、处理机、存储设备和交互设备。 二、系统结构图 2.1 图形图像处理系统 三、图形图像处理系统功能 1. 处理功能。实现基本的图形图像处理应用，包括点、线、面的生成，图形的求交，基本几何变换，图像变换，图像增强等。 2. 存储功能。存储图形图像数据。数据包括图像的物理数据，图形的几何数据、属性数据等。 3. 交互功能。通过人机交互操作（修改、编辑等）图形图像以得到满意的结果。 4. 输入功能。图形图像数据输入到计算机。 5. 输出功能。将图形图像处理结果输出到屏幕或打印设备。 2.2 颜色模型 一、色度学基本概念 1. 颜色视觉：研究人的色觉现象和产生规律 2. 色度学：用数学物理的方法研究颜色 3. 颜色和彩色：颜色分为彩色和灰色（黑和白间的变化色） 4. 人对彩色的表征量：亮度、色调和饱和度 （1）亮度（brightness）：明暗程度 （2）色调（hue）：反映了色彩的类别 （3）饱和度（saturation）：指颜色的深浅，取决于彩色光中混入白光的数量 5. 色度：色调和饱和度合称为色度，既表明颜色类别又表明颜色深浅。 2.2 颜色模型 二、三基色 1. 三色学：人眼的视网膜中存在三种椎体细胞，含有不同的色素，对光的吸收和反射特性不一样，对不同的光就有不同的颜色感觉。三者共同作用使人产生颜色感觉。 2. 颜色模型：三基色 用三个分量来描述颜色。任意互不相关的三种颜色量（任意两种的组合不能产生第三种颜色）构成了颜色空间的一组基，称为三基色。最常用的三基色是红色、绿色与蓝色。三基色通过适当的混合能产生所有的颜色。 3. 分类 （1）面向硬件：RGB、CMY模型 （2）面向用户：和人的视觉生理有关，如HSV模型。 2.2 颜色模型 4. RGB模型 每一种颜色由R、G、B三个分量值构成，在真彩色系统 中，每个分量取值0。。。255（即256种情况）。 面向硬件设备，如摄像机、扫描仪和投影仪等。 5. CMY三基色 三补色： 蓝绿(C, cyan)，品红(M, magenta)，黄(Y, yellow) 用于彩色打印，与RGB关系： 2.3 图形图像显示系统 一、主要组成 1. 显示设备：显示器 2. 视频控制器：控制显示设备（有的含图形加速处理器），通过访问帧缓存来刷新屏幕 3. 显示缓冲器：保存图像的内容。包含帧缓存、深度缓存等。可以在内存或显示控制器中。 2.3 图形图像显示系统 二、光栅扫描显示系统 1. 基本原理 电子束按固定的扫描线和扫描顺序从左到右、自上而下进行扫描。 2. 基本组成 帧缓冲存储器（Frame Buffer) 视频控制器（Video Controller) 显示处理器（Display Processor） CRT（或液晶LCD）显示器 2.3 图形图像显示系统 3. 基本概念 扫描线：一条水平线 帧（frame）：1次扫描生成的图像 水平回扫期：水平线间的回扫期 垂直回扫期：帧间的回扫期 2.3 图形图像显示系统 2.3 图形图像显示系统 三、帧缓冲存储器（简称帧缓存） 1. 作用：存储屏幕上像素的颜色值。帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同，单元与像素一一对应，各单元的数值决定了其对应像素的颜色。 2. PC机中显存中的部分存储单元。 3. 显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关 如：黑白显示系统的帧缓冲器的每个单元只需一位。 2.3 图形图像显示系统 4. 帧缓存容量计算 分辨率M*N、颜色个数K 与缓存大小V 的关系 说明 一般像素颜色用RGB三基色表示 若每个帧缓存中每个存储单元有24位（每种基色占8位）即显示系统最多可表示产生224种颜色（24位真彩色） 例：颜色为真彩色、分辩率是1024×1024的显示器，需要 1024×1024 × log2224 /8 ＝3兆字节 2.3 图形图像显示系统 四、视频控制器 1. 功能 建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应关系，负责刷新 2. 逻辑结构 3. 工作原理 刷新周期开始，依扫