2.3　彩色图像与灰度图像［3］

（1）彩色图像

所有颜色都是由R（红）、G（绿）、B（蓝） 3个单色调配而成，每种单色都人为地从0～255分成了256个级，所以根据R、G、B的不同组合可以表示256×256×256=16777216种颜色，被称为全彩色图像（full-color image）或者真彩色图像（true-color image）。一幅全彩色图像如果不压缩，文件将会很大。例如，一幅640×480像素的全彩色图像，一个像素由3个字节来表示R、G、B各个分量，需要保存640×480×3=921600（约1MB）字节。

除了全彩色图像之外，还有256色、128色、32色、16色、8色、2色图像等，这些非全彩色图像在保存时，为了减少保存的字节数，一般采用调色板（palette）或颜色表（look up table，LUT）来保存。颜色表中的每一行记录一种颜色的R、G、B值，即（R，G，B）。例如，第一行表示红色（255，0，0），那么当某个像素为红色时，只需标明索引0即可，这样就可以通过颜色索引来减少表示图像的字节数。例如，对于16色图像，用颜色索引的方法来表示16种状态，可以用4位（24），也就是半个字节来表示，整个图像数据需要用640×480×0.5=153600个字节，另加一个颜色表的字节数。颜色表在Windows上是固定的结构格式，有4个参数，各占一个字节，前3个参数分别代表R、G、B，第4个参数为备用，这样16个颜色的颜色表共需要4×16=64个字节。这样采用颜色表来表示16色图像时，总共需要153600+64=153664个字节，只占前述保存方法的1/6左右，节省了许多存储空间。历史上由于计算机和数码设备的内存有限，为了节省存储空间，用非全彩色图像的情况较多，现在所有彩色数码相机都是全彩色图像。

上述用R、G、B三原色表示的图像被称为位图（bitmap），有压缩和非压缩格式，后缀是BMP。除了位图以外，图像的格式还有许多。例如，TIFF图像一般用于卫星图像的压缩格式，压缩时数据不失真；JPEG图像是被数码相机等广泛采用的压缩格式，压缩时有部分信号失真。

（2）灰度图像

灰度图像（gray scale image）是指只含亮度信息，不含色彩信息的图像。在BMP格式中没有灰度图像的概念，但是如果每个像素的R、G、B完全相同，也就是R=G=B，该图像就是灰度图像（或称单色图像monochrome image）。

彩色图像可以由式（2.1）变为灰度图像其中Y为灰度值，各个颜色的系数由国际电讯联盟（International Telecommunication Union，ITU）根据人眼的适应性确定。

Y=0.299R+0.587G+0.114B　　 （2.1）

彩色图像的R、G、B分量，也可以作为3个灰度图像来看待，根据实际情况对其中的一个分量处理即可，没有必要用式（2.1）进行转换，特别是对于实时图像处理，这样可以显著提高处理速度。图2.3是彩色图像由式（2.1）转换的灰度图像及R、G、B各个分量的图像，可以看出灰度图像与R、G、B等的分量图像比较接近。

图2.3　灰度图像及各个分量图像

除了彩色图像的各个分量以及彩色图像经过变换获得的灰度图像之外，还有专门用于拍摄灰度图像的数码摄像机，这种灰度摄像机一般用于工厂的在线图像检测。历史上的黑白电视机、黑白照相机等，显示和拍摄的也是灰度图像，这种设备的灰度图像是模拟灰度图像，现在已经被淘汰。