1.4　图像处理系统及常用图像格式

我们十分熟悉的最复杂精微的图像处理系统当属人类自身的视觉系统。借助视觉我们能够很自然地毫不费力地看到并识别和理解周围环境。人们自然地设想可以利用计算机来理解和模拟人的视觉系统，完成对图像的处理、分析和理解，但难度远远超出了人类的想象。尽管如此，国内外研究图像处理系统、计算机视觉领域的学者们依然在努力着。

1.4.1　常见的图像处理系统

从常规的角度来说，用于数字图像处理的最常见的计算机系统有以下三类：①PC兼容机，目前十分流行的Microsoft WindowsTM；②工作站，典型的使用UNIX操作系统，也常用Windows环境；③大型计算机系统，拥有大量的资源并被许多用户通过远程工作站共享。邻近的一组系统通常通过局域网共享资源和数据。它们一般也可以在互联网上被访问。随着计算机技术、图形图像显示设备及网络技术的发展，通用的计算机图像处理系统正朝着小型化和通用化的小型机并带有专用图像处理软件的混合型系统（如基于网络的云计算）方向发展。

一般的数字图像处理系统主要由图像输入输出设备、图像存储设备、图像显示设备、大型计算机硬件和专用图像处理软件组成。由数字化器产生的数字图像先进入一个适当装置的缓存中；根据操作员的指令，计算机调用和去执行程序库中的图像处理程序。在执行过程中，输入图像被逐行地读入计算机。对图像进行处理后，计算机逐像素生成一幅输出图像，并将其逐行送入缓存或通过设备进行输出，当然也可以通过网络与其他设备和用户连接来进行信息交互。图1.4显示了一个完整的数字图像处理单机系统。也可以利用局域网或互联网资源进行数字图像的高效处理。

图1.4　数字图像处理系统组成

在处理过程中，图像中的像素属性可根据用户的要求来修改。处理过程只受到程序员的想象力、耐心以及用于计算的软、硬件资源的限制。处理后的结果由一个与数字化相反的逆过程显示出来，用每个像素的灰度或颜色值来决定对应点在显示屏上的亮度及颜色。这样处理的结果通过计算机硬件又转化成可视的和可供人们解译的图像，也可以通过连接网络进行发布。

1.4.2　常用图像格式

数字图像处理通常会涉及大量的含有数字图像的文件，而且每个文件数据量相当大。它必须被存档，而且经常需要在不同的用户及系统间进行交换。这就要求有一些用于数字图像存储和传送的标准格式。

国内外商用图像处理软件，已经可以对很多的数字图像文件格式进行管理和处理。但应用范围比较广的只占其中一小部分。大多数商业化的图像处理程序可以读写多种流行的图像文件格式（比如较流行的商用图像处理软件Photoshop就可以对30多种图像格式进行读写）。其他简单的程序（如Paintbrush）只是读取、编辑和显示在不同文件格式中的图像以及将图像从一种格式转换为另一种格式。这些程序自动地检测指定输入文件的格式，这可通过利用文件扩展名或文件自身包含的源文件信息来做到。

将一幅显示的图像存为文件时，用户可以按照自己的意图指定文件格式。表1.1列出了部分常用的图像格式说明。其中，位图格式即“.BMP格式”的图像是最常见的，利用Windows操作系统和一些商用软件（比如Visual C++等）进行编程来处理图像时，位图格式图像的存储、显示、处理等功能模块已十分成熟和稳定。

表1.1　部分常用图像格式说明

大多数图像文件格式除具体的图像数据外，还提供了必要的辅助信息，以利于用户对图像进行处理和进行图像格式之间的转换。

单色显示设备通常使用8比特数（256级灰度级）代表屏幕上所显示像素的亮度。彩色显示设备使用三个8比特数模转换器产生三个视频信号，分别控制所显示图像的红、绿和蓝分量的亮度。因此，它们具有控制224即超过一千六百万种不同颜色的能力。但考虑到显示管的不完善及人眼的局限性，实际上可辨别的颜色要少得多。

数字图像不仅有单色和彩色两种格式，而且有不同的辐射分辨率（颜色数或灰度级数）。对单色图像，最常见的灰度级数是2、16或256，对应于每像素1、4或8比特，即所谓的2色位图、16色位图和256色位图。这些特殊的灰度分辨率易于打包到内存和存储文件的8比特字节中。如对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色（一般0表示黑，1表示白）。所以一个字节可以表示8个像素；对于16色位图，用4位可以表示1个像素的颜色，一个字节可以表示2个像素；而对于256色位图，1个字节恰好可以表示1个像素。在某些应用中也使用其他不同的辐射分辨率。

对彩色图像，不同的像素值可表示不同数目的颜色。一幅4比特彩色图像仅能在显示器上显示16种不同的颜色。8比特彩色图像可以用256种不同颜色显示，而24比特的真彩色图像，用3个字节表示1个像素，该彩色图像可包含一千六百万种颜色。