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） 3個單色調配而成，每種單色都人為地從0～255分成了256個級，所以根據R、G、B的不同組合可以表示256×256×256=16777216種顏色，被稱為全彩色圖像（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，文件將會很大。例如，一幅640×480像素的全彩色圖像，一個像素由3個字節來表示R、G、B各個分量，需要保存640×480×3=921600（約1MB）字節。

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，為了減少保存的字節數，一般采用調色板（palette）或顏色表（look up table，LUT）來保存。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），那么當某個像素為紅色時，只需標明索引0即可，這樣就可以通過顏色索引來減少表示圖像的字節數。例如，對于16色圖像，用顏色索引的方法來表示16種狀態，可以用4位（24），也就是半個字節來表示，整個圖像數據需要用640×480×0.5=153600個字節，另加一個顏色表的字節數。顏色表在Windows上是固定的結構格式，有4個參數，各占一個字節，前3個參數分別代表R、G、B，第4個參數為備用，這樣16個顏色的顏色表共需要4×16=64個字節。這樣采用顏色表來表示16色圖像時，總共需要153600+64=153664個字節，只占前述保存方法的1/6左右，節省了許多存儲空間。歷史上由于計算機和數碼設備的內存有限，為了節省存儲空間，用非全彩色圖像的情況較多，現在所有彩色數碼相機都是全彩色圖像。

上述用R、G、B三原色表示的圖像被稱為位圖（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圖像一般用于衛星圖像的壓縮格式，壓縮時數據不失真；JPEG圖像是被數碼相機等廣泛采用的壓縮格式，壓縮時有部分信號失真。

（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格式中沒有灰度圖像的概念，但是如果每個像素的R、G、B完全相同，也就是R=G=B，該圖像就是灰度圖像（或稱單色圖像monochrome image）。

彩色圖像可以由式（2.1）變為灰度圖像其中Y為灰度值，各個顏色的系數由國際電訊聯盟（International Telecommunication Union，ITU）根據人眼的適應性確定。

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個灰度圖像來看待，根據實際情況對其中的一個分量處理即可，沒有必要用式（2.1）進行轉換，特別是對于實時圖像處理，這樣可以顯著提高處理速度。圖2.3是彩色圖像由式（2.1）轉換的灰度圖像及R、G、B各個分量的圖像，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　灰度圖像及各個分量圖像

除了彩色圖像的各個分量以及彩色圖像經過變換獲得的灰度圖像之外，還有專門用于拍攝灰度圖像的數碼攝像機，這種灰度攝像機一般用于工廠的在線圖像檢測。歷史上的黑白電視機、黑白照相機等，顯示和拍攝的也是灰度圖像，這種設備的灰度圖像是模擬灰度圖像，現在已經被淘汰。