一文了解數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)兩種存儲(chǔ)方式

數(shù)字圖像處理是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)。在計(jì)算機(jī)中，按照顏色和灰度的多少可以將圖像爭(zhēng)為二值圖像、灰度圖像、索引圖像和真彩色RGB圖像四種基本類型。目前，大多數(shù)圖像處理軟件都支持這四種類型的圖像。

(1) 二值圖像：

一幅二值圖像的二維矩陣僅由0、1兩個(gè)值構(gòu)成，“0”代表黑色，“1”代白色。由于每一像素（矩陣中每一元素）取值僅有0、1兩種可能，所以計(jì)算機(jī)中二值圖像的數(shù)據(jù)類型通常為1個(gè)二進(jìn)制位。二值圖像通常用于文字、線條圖的掃描識(shí)別（OCR）和掩膜圖像的存儲(chǔ)。

2) 灰度圖像：

灰度圖像矩陣元素的取值范圍通常為[0，255]。因此其數(shù)據(jù)類型一般為8位無(wú)符號(hào)整數(shù)的（int8），這就是人們經(jīng)常提到的256灰度圖像。“0”表示純黑色，“255”表示純白色，中間的數(shù)字從小到大表示由黑到白的過(guò)渡色。在某些軟件中，灰度圖像也可以用雙精度數(shù)據(jù)類型（double）表示，像素的值域?yàn)閇0，1]，0代表黑色，1代表白色，0到1之間的小數(shù)表示不同的灰度等級(jí)。二值圖像可以看成是灰度圖像的一個(gè)特例。

(3) 索引圖像：

索引圖像的文件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，除了存放圖像的二維矩陣外，還包括一個(gè)稱之為顏色索引矩陣MAP的二維數(shù)組。MAP的大小由存放圖像的矩陣元素值域決定，如矩陣元素值域?yàn)閇0，255]，則MAP矩陣的大小為256Ⅹ3，用MAP=[RGB]表示。MAP中每一行的三個(gè)元素分別指定該行對(duì)應(yīng)顏色的紅、綠、藍(lán)單色值，MAP中每一行對(duì)應(yīng)圖像矩陣像素的一個(gè)灰度值，如某一像素的灰度值為64，則該像素就與MAP中的第64行建立了映射關(guān)系，該像素在屏幕上的實(shí)際顏色由第64行的[RGB]組合決定。也就是說(shuō)，圖像在屏幕上顯示時(shí)，每一像素的顏色由存放在矩陣中該像素的灰度值作為索引通過(guò)檢索顏色索引矩陣MAP得到。索引圖像的數(shù)據(jù)類型一般為8位無(wú)符號(hào)整形（int8），相應(yīng)索引矩陣MAP的大小為256Ⅹ3，因此一般索引圖像只能同時(shí)顯示256種顏色，但通過(guò)改變索引矩陣，顏色的類型可以調(diào)整。索引圖像的數(shù)據(jù)類型也可采用雙精度浮點(diǎn)型（double）。索引圖像一般用于存放色彩要求比較簡(jiǎn)單的圖像，如Windows中色彩構(gòu)成比較簡(jiǎn)單的壁紙多采用索引圖像存放，如果圖像的色彩比較復(fù)雜，就要用到RGB真彩色圖像。

(4) RGB彩色圖像：

RGB圖像與索引圖像一樣都可以用來(lái)表示彩色圖像。與索引圖像一樣，它分別用紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三原色的組合來(lái)表示每個(gè)像素的顏色。但與索引圖像不同的是，RGB圖像每一個(gè)像素的顏色值（由RGB三原色表示）直接存放在圖像矩陣中，由于每一像素的顏色需由R、G、B三個(gè)分量來(lái)表示，M、N分別表示圖像的行列數(shù)，三個(gè)M x N的二維矩陣分別表示各個(gè)像素的R、G、B三個(gè)顏色分量。RGB圖像的數(shù)據(jù)類型一般為8位無(wú)符號(hào)整形，通常用于表示和存放真彩色圖像，當(dāng)然也可以存放灰度圖像。

數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)有兩種存儲(chǔ)方式：

1. 位圖存儲(chǔ)(Bitmap)

2. 矢量存儲(chǔ)(Vector)

我們平常是以圖像分辨率（即象素點(diǎn)）和顏色數(shù)來(lái)描述數(shù)字圖象的。例如一張分辨率為640*480,16位色的數(shù)字圖片，就由2^16=65536種顏色的307200(=640*480)個(gè)素點(diǎn)組成。

位圖圖像（Bitmap)：位圖方式是將圖像的每一個(gè)象素點(diǎn)轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)據(jù)。

當(dāng)圖像是單色（只有黑白二色）時(shí)，8個(gè)象素點(diǎn)的數(shù)據(jù)只占據(jù)一個(gè)字節(jié)（一個(gè)字節(jié)就是8個(gè)二進(jìn)制數(shù)，1個(gè)二進(jìn)制數(shù)存放象素點(diǎn)）；16色（區(qū)別于前段“16位色”）的圖像每?jī)蓚€(gè)象素點(diǎn)用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)；256色圖像每一個(gè)象素點(diǎn)用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。這樣就能夠精確地描述各種不同顏色模式的圖像圖面。位圖圖像彌補(bǔ)了矢量式圖像的缺陷，它能夠制作出色彩和色調(diào)變化豐富的圖像，可以逼真地表現(xiàn)自然界的景象，同時(shí)也可以很容易地在不同軟件之間交換文件，這就是位圖圖像的優(yōu)點(diǎn)；而其缺點(diǎn)則是它無(wú)法制作真正的3D圖像，并且圖像縮放和旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生失真的現(xiàn)象，同時(shí)文件較大，對(duì)內(nèi)存和硬盤空間容量的需求也較高。位圖方式就是將圖像的每一像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)據(jù)。如果用1位數(shù)據(jù)來(lái)記錄，那么它只能代表2種顏色（2^1=2）；如果以8位來(lái)記錄，便可以表現(xiàn)出256種顏色或色調(diào)(2^8=256)，因此使用的位元素越多所能表現(xiàn)的色彩也越多。通常我們使用的顏色有16色、256色、增強(qiáng)16位和真彩色24位。一般所說(shuō)的真彩色是指24位(2^24)的位圖存儲(chǔ)模式適合于內(nèi)容復(fù)雜的圖像和真實(shí)照片。但隨著分辨率以及顏色數(shù)的提高，圖像所占用的磁盤空間也就相當(dāng)大；另外由于在放大圖像的過(guò)程中，其圖像勢(shì)必要變得模糊而失真，放大后的圖像像素點(diǎn)實(shí)際上變成了像素“方格”。 用數(shù)碼相機(jī)和掃描儀獲取的圖像都屬于位圖。

矢量圖像(Vector)：矢量圖像存儲(chǔ)的是圖像信息的輪廓部分，而不是圖像的每一個(gè)象素點(diǎn)。例如，一個(gè)圓形圖案只要存儲(chǔ)圓心的坐標(biāo)位置和半徑長(zhǎng)度，以及圓的邊線和半徑長(zhǎng)度，以及圓的邊線和內(nèi)部的顏色即可。該存儲(chǔ)方式的缺點(diǎn)是經(jīng)常耗費(fèi)大量的時(shí)間做一些復(fù)雜的分析演算工作，圖像的顯示速度較慢；但圖像縮放不會(huì)失真；圖像的存儲(chǔ)空間也要小得多。所以，矢量圖比較適合存儲(chǔ)各種圖表和工程。

RGB (0,0,0) --------> (255,255,255)