圖像模型(數(shù)據(jù)庫)

時間：2022-11-25 00:30:02 | 來源：信息時代

時間：2022-11-25 00:30:02 來源：信息時代

    圖像模型 : 圖像的物理或數(shù)學(xué)表達及其在數(shù)據(jù)庫中存儲和加工時所采用的表示形式,或稱圖像類型(image type)。
數(shù)字圖像具有不同的類型及不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。按照圖像數(shù)據(jù)模型及實體造型理論,圖像是由像素構(gòu)成,像素指圖像在顯示空間上能獨立賦予顏色和亮度的最小單元,也是構(gòu)成數(shù)字圖像的最小單位。有多種特征,可用來描述圖像。常見的圖像特征參數(shù)有:色調(diào)或色相,指色彩所呈現(xiàn)出來的質(zhì)的面貌;亮度或稱輝度,指圖像的相對亮度,是顯示圖像亮度的一種屬性; 色度或稱飽和度或色品: 是描述有色光波長的一個參數(shù),是對顏色純度的一種測度。此外,還有灰度、紋理、形狀、空間位置等圖像特征,均可用來描述圖像。
一幅模擬圖像經(jīng)過采樣和量化后,就變成數(shù)字圖像,可以用M×N的矩陣來描述。如(M=N=512)的矩陣表示分辨率為512×512的圖像。這樣,對一幅數(shù)字圖像的處理實際上就是對一個矩陣的處理。通常,根據(jù)數(shù)字圖像的特性可以將其分為不同的類型,并在圖像數(shù)據(jù)庫中采用不同的方式來存儲。
1. 圖像的存儲方式
在圖像數(shù)據(jù)庫中,圖像有兩種存儲方式:
(1)矢量(vector)模式: 指利用圖像的幾何特性來描述各種圖像,通常它只存儲圖像內(nèi)容的輪廓部分,而不是存儲圖像數(shù)據(jù)的每一個點。如一個圓形圖案,只需要存儲圓心的坐標(biāo)位置、半徑和顏色等。矢量圖形式的圖像的質(zhì)量與分辨率無關(guān),將其放大(或縮小)到任意程度,都不會失真。其缺點是圖像的色調(diào)及色彩變化不豐富,繪出的圖像不逼真。
(2)位圖(bitmap)模式: 位圖也稱柵格圖像,是以點陣方式保存的圖像,它通過許多像素點來表示一幅圖像,每個像素具有顏色和位置屬性。位圖存儲文件主要用于保存照片一類的平面靜態(tài)圖像,能真實細致地反映圖像的層次、色彩等,位圖的缺點是其文件尺寸太大,且與分辨率有關(guān),當(dāng)位圖的尺寸放大到一定尺寸后,會出現(xiàn)鋸齒現(xiàn)象,圖像會變得模糊而失真。而且位圖存儲形式占用的存儲空間太大,用于存儲和傳輸圖像數(shù)據(jù)庫中的圖像,系統(tǒng)的開銷很大。
由于位圖很容易從傳統(tǒng)的照片、幻燈片、掃描儀或數(shù)碼相機上獲得,因此,目前廣泛采用位圖存儲形式來建立數(shù)字圖像數(shù)據(jù)庫和進行圖像數(shù)據(jù)處理。有四種常見的位圖形式的數(shù)字圖像: ①二值圖像:像素只有1(白)、0(黑)兩個值的圖像,又稱黑白圖像。其中,還可細分出一種“灰度圖像”。所謂灰度圖像指包含有灰度級的圖像,其圖像像素不僅有1、0兩個量度級,還包含有多種灰度量度級(圖像灰度反映了圖像中亮度的動態(tài)范圍)。如像素灰度級用8bit表示,圖像的灰度級就是256(2⁸＝256)。這樣,每個像素的取值就是256種灰度中的一種。如0表示黑,255表示白,從0到255亮度逐漸增加。對于灰度圖像,數(shù)據(jù)中只有亮度信息,沒有色彩信息。②索引圖像:它將像素值直接作為索引顏色的序號,并以該序號來查找像素的實際顏色。在圖像數(shù)據(jù)庫中存儲圖像時,要將索引顏色先存儲在調(diào)色板上。調(diào)色板是包含不同顏色的顏色表,每種顏色以紅、綠、藍3種顏色組合而成。調(diào)色板的單元個數(shù)與圖像的顏色數(shù)一致。256色圖像有256個索引顏色,相應(yīng)的調(diào)色板就有256個單元。這里,索引有256(2⁸⁾個。如,紅=0、綠=0、藍=0,表示圖像為黑色; 紅=128、綠=0、藍=0,表示圖像為暗紅色: 紅=0、綠=0、藍=255,表示圖像為藍色。③RGB圖像: 紅綠藍彩色圖像。自然界絕大多數(shù)可見光(譜)可以用紅綠藍三色光按不同比例和強度組合而成,故稱為RGB模型或加色模型。RGB模型為圖像像素中紅、綠、藍三種顏色分配0～255個值,RGB圖像按紅、綠、藍三色的不同比例,混合得到包含不同顏色的數(shù)字圖像。亦即RGB圖像不使用單獨的調(diào)色板,每個像素的顏色直接通過紅、綠、藍三種顏色的分配來決定。理論上或通過掃描儀以24位模式對圖像采樣,可獲得2²⁴種不同的顏色的RGB圖像。這種像素達24位顏色深度的數(shù)字圖像的顏色信息十分豐富,所表達的顏色也非常逼真,遠遠超出所能辨別的范圍,故將其稱為 “真彩色” 。而偽彩色或假彩色(pseudo-colour)指給一個圖像指定不同的顏色或給單色圖像著色處理。如在處理衛(wèi)星遙感圖像或紅外線圖像時,常通過改變保存在幀存儲器的查找表中的數(shù)字色彩值來進行偽著色。RGB圖像常用于照片、視頻等圖像處理,其缺點是其存儲空間大,處理與存取過程較復(fù)雜。④動態(tài)圖像: 又稱活動圖像或運動圖像,由一幀幀連續(xù)的圖像畫面組成,如視頻、動畫和影片等圖像。每幀圖像的信息量取決于圖像的大小和色彩。通常,圖像的大小有64×64、512×512、1024×1024個像素等。以每秒傳輸24幀大小為512×512個像素的彩色動畫圖像為例,它需要90Mbps的帶寬,顯然,傳輸動態(tài)圖像要比靜態(tài)圖像,需要相對固定的帶寬。
2. 圖像的數(shù)據(jù)格式
圖像數(shù)據(jù)庫中的數(shù)字圖像,一般以一定的數(shù)據(jù)格式存儲在磁帶、磁盤和光碟等介質(zhì)上,這種數(shù)據(jù)格式稱為圖像數(shù)據(jù)格式(image data format)。圖像數(shù)據(jù)可以視為一個圖像矩陣,矩陣的每一列由一個掃描行組成,它構(gòu)成一個文件記錄。整個矩陣構(gòu)成一個文件。圖像數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)格式指圖像數(shù)據(jù)以文件的形式記錄在存儲介質(zhì)上。
圖像數(shù)據(jù)庫中的圖像數(shù)據(jù)文件的表示與組織方式稱為圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于圖像數(shù)據(jù)的信息量十分龐大,在存儲中采用什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常重要。考慮到圖像數(shù)據(jù)壓縮的程度、圖像運算和分析處理的方便性及有效性,在圖像數(shù)據(jù)庫中經(jīng)常采用四元樹、線性四元樹和八元樹等多種具有樹形結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如四元樹指將一顆樹形結(jié)構(gòu)的數(shù)字(二值)圖像數(shù)據(jù),縱橫接連不斷地二等分,如果被分割部分的圖像中的全體像素都是“白”的或“黑”的時,這一部分不可再分割。這樣得到的圖像數(shù)據(jù)就是四元樹的圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。類似的,如果縱橫接連不斷地四等分圖像數(shù)據(jù),而不是二等分,則得到的將是具有八元樹的圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
在圖像數(shù)據(jù)庫中,不同格式的數(shù)字圖像適合不同的處理要求,有利于提高圖像的處理效率。根據(jù)圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、記錄圖像信息的方式(位圖和矢量圖形)、壓縮圖像數(shù)據(jù)的方式的不同,圖像文件可以分為多種格式(每種具有相應(yīng)的擴展名)。目前,常見的圖像文件格式有: BMP、TIFF、JPEG、GIF、PDF、PNG等。