2.6 数字图像的表示

本节简单介绍数字图像的知识。图2.14是数字图像显示器（如CRT、LCD等）屏幕的像素示意图。屏幕上的基本可显示单位为像素（在图2.14中用黑白小方块代表），即图像元素（Picture Element, Pixel）的简称。程序员通常假设像素排列成矩形阵列，称为光栅（Raster）。从左至右水平排列的一行像素的集合称为扫描线（Scan-line）。把一屏称为一帧（Frame）。需要用实际的二维屏幕坐标来表示像素的位置。

计算机图形处理硬件具有存储像素信息的帧缓存（Frame Buffer）。例如，分辨率为1024×768，也就是水平方向1024个像素，垂直方向768个像素的显示画面，在计算机内使用容量相当于1024×768个像素的帧缓存。

接下来的问题便是每个像素需要用几位来存储。如果给每个像素分配一位来存储，就只能够显示黑白或单色图像。如果对每个像素分配n位来存储，就能够显示2 n级的灰度（Gray Scale）图像。所谓灰度级，就是给每个像素的明暗分配的等级。把像素从最暗到最亮分成等级（依照惯例最暗表示为0，最亮表示为1），用相应的整数来表示各等级。如果在单色图像显示时，各个像素分配8位来存储，则最多可以显示28 = 256级灰度的单色图像。如图2.15（a）所示是3位灰度（23 = 8级）表示。

对于彩色图像的显示，通常用红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色混合产生新颜色。这称为RGB颜色空间。注意，红、绿、蓝三原色是以叠加方式混合的。这种加性颜色混合与另一种常见的减性颜色混合不同，后者控制着画家使用颜料进行调色以及各种画笔软件。图2.15（b）显示的是3位RGB彩色表示。如果每一种颜色都用8位存储，256级灰度显示，各像素的颜色存储位数就是3×8=24位，能够表示224级即16兆种颜色的彩色图像。把整个图像用数字图像来表示或显示，实际上就是这样为每个像素分配位存储信息的。

在表示彩色数字图像时除了可以采用24位模式外，还可以采用32位模式，即附加一个8位的α（Alpha）通道，用来控制图像的透明性或者不透明性，如图2.16所示。图像可以用下面的公式来表示：

c(x, y)=((r(x, y),g(x, y),b(x, y),α(x, y))

α = 1意味着像素是完全不透明的，即任何以前显示在像素上的背景颜色都被图像的颜色所重写。α = 0意味着像素是完全透明的，即任何以前显示在像素上的背景颜色将不受图像RGB颜色的影响。对于0＜α＜1，图像原有颜色cimage与像素当前颜色cpixel合成得到像素的最终颜色：

cfinal=(1-α)cpixel+cimage