第4章--图形图像处理技术

多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第1页第4章图形图像处理技术本章概述本章的学习目标主要内容多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第2页本章概述图形图像是多媒体中携带信息的极其重要的媒体。在日常生活中人们发现，有时用语言和文字难以表达的事物，用一幅图就能很准确地表达。随着计算机技术的发展，计算机图形图像处理技术发展迅速，广泛应用于商贸、艺术、科技、教育等领域。多媒体技术借助计算机图形图像处理技术得到了迅猛发展，同时，又为计算机图形图像处理技术的应用开拓了更为广阔的前景。本章主要介绍了图形图像的基础知识，图像的获取及处理。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第3页本章的学习目标理解和掌握图形图像的基础知识理解和掌握图像文件格式熟练掌握图像的获取方式掌握并灵活运用Photoshop软件多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第4页主要内容4.1图形图像基础知识4.2图像数字化基础4.3图像的获取4.4数字图像处理4.5本章小结多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第5页4.1图形图像基础知识图形与图像分辨率多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第6页图形与图像位图图像：位图是用矩阵形式表示的一种数字图像，矩阵中的元素称为像素，每一个像素对应图像中的一个点，像素的值对应该点的灰度等级或颜色，所有像素的矩阵排列构成了整幅图像。矢量图形：矢量图形由矢量定义的基本图形元素组成，这些图形元素是些几何图形，例如点、线、矩形、多边形、圆和弧线等。图形/图像处理：矢量图形处理主要研究二维和三维空间图形的矢量表示、生成、处理、输出等内容。图像处理是指对位图图像所进行的数字化处理、压缩、存储和传输等内容。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第7页分辨率图像分辨率(ImageResolution)：指单位图像线性尺寸中所包含的像素数目，通常以像素/英寸(pixelperinch，ppi)为计量单位。显示分辨率(Displayresolution)：指显示器上单位长度显示的像素或点的数目，通常以点/英寸(dotperinch，dpi)为计量单位。打印分辨率：指打印机每英寸产生的油墨点数，单位是dpi，表示每平方英寸印刷的网点数。扫描分辨率：指每英寸扫描所得到的点，单位也是dpi。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第8页主要内容4.1图形图像基础知识4.2图像数字化基础4.3图像的获取4.4数字图像处理4.5本章小结多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第9页4.2图像数字化基础颜色的基本概念计算机中的颜色模式颜色深度图像文件格式图像文件的体积多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第10页颜色的基本概念三基色和混色►自然界常见的各种彩色光，都可由红(R)、绿(G)、蓝(B)3种颜色光按不同比例相配而成。同样，绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝3种色光，这就是最基本的三基色原理。►三基色的选择不是唯一的，但3种颜色必须是相互独立的。►把3种基色光按不同比例相加可产生混色光。混色原理属于“加性”颜色形成方法，计算机显示器就是采用这种原理显示颜色的。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第11页颜色的基本概念色彩三要素色►亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。►色相是当人眼看一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性。►饱和度是指颜色的纯度，也可以叫做纯度、彩度或浓度等，即掺入白光的程度，或者是指颜色的深浅程度。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第12页计算机中的颜色模式RGB颜色模式►用红(R)、绿(G)、蓝(B)3种基本颜色来表示任意彩色光。►在RGB颜色模式中，对任意彩色光F，其配色方程可写成：F=r[R]+g[G]+b[B]其中：r、g、b分别代表对应色的比例系数，r[R]、g[G]、b[B]分别代表F色光的红、绿、蓝三色分量。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第13页计算机中的颜色模式HSB彩色模式►是根据日常生活中人眼的视觉特征而制定的一套色彩模式。►HSB颜色模式以色相、饱和度和亮度描述颜色的基本特征。►在标准色轮上，从中心向边缘的饱和度是递增的。►采用HSB颜色模式能够减少彩色图像处理的复杂性，更接近人对颜色的认识和解释。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第14页计算机中的颜色模式CMY颜色模式►是采用青(Cyan)、品红或洋红(Magenta)、黄(Yellow)3种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。颜色的产生是来自于照射在颜料上反射回来的光线。图像打印输出时用CMY颜色模式。►理论上利用CMY三基色混合可以产生各种颜色，但实际上同量的CMY混合后并不能产生完善的黑色或灰色，因此在印刷时还必须加上黑色(Black)，黑色选用单词Black的最后一个字母“K”来表示，这样CMY模式又称为CMYK颜色模式。►四色印刷是根据CMYK颜色模式表示原理发展而来的，所以彩色打印和彩色印刷都是采用CMYK颜色模式实现彩色输出的。►从理论上讲，RGB与CMYK颜色模式是互补的，可以互相转换，但实际上因为发射光与反射光的性质完全不同，显示器上看到的颜色不可能精确地在打印机上复制出来。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第15页计算机中的颜色模式Lab颜色模式►分别用亮度或光亮度分量(Luminosity)和两个色度分量(a、b)来表示颜色。►L表示亮度。L的值域由0到100，L=50时，相当于50%的黑。►a表示从洋红色至绿色的范围，b表示从黄色至蓝色的范围，a和b的值域是由+127至-128。►Lab颜色模式可以表示的颜色最多，颜色更为明亮且与光线和设备无关。►Lab颜色模式的处理速度与RGB颜色模式一样，是CMYK颜色模式处理速度的数倍。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第16页计算机中的颜色模式索引颜色模式►最多使用256种颜色，当图像被转换为索引颜色模式时，通常会构建一个调色板存放图像中的颜色并编制颜色索引。►如果原图像中的一种颜色没有出现在调色板中，程序会选取己有颜色中最相近的颜色或使用已有颜色模拟该种颜色。►在索引颜色模式下，通过限制调色板中颜色的数目可以减小文件大小，同时保持视觉上的品质不变。►在网页中经常需要使用索引颜色模式的图像。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第17页计算机中的颜色模式位图模式►位图模式的图像只有黑色与白色两种像素，每个像素用1位二进制数表示，“0”表示黑色，“1”表示白色。►位图模式主要用于早期不能识别颜色和灰度的设备，如果需要表示灰度，则需要通过点的抖动来模拟。►位图模式通常用于文字识别。如果扫描需要使用OCR(光学字符识别)技术识别的图像文件，需将图像转化为位图模式。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第18页计算机中的颜色模式灰度模式►用单一色相表现图像，最多使用256级。图像中的每个像素有一个0(黑色)～255(白色)之间的亮度值。此外，灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示(0％表示白色，100％表示黑色)。►在将彩色图像转换为灰度模式的图像时，会丢掉原图像中所有的彩色信息。尽管一些图像处理软件允许将一个灰度模式的图像重新转换为彩色模式的图像，但转换后不可能恢复原先丢失的颜色。在将彩色模式的图像转换为灰度模式的图像时，应尽量保留备份文件。►与位图模式相比，灰度模式能够更好地表现高品质的图像效果。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第19页颜色深度位图图像中各像素的颜色信息是用二进制数据描述的。二进制的位数就是位图图像的颜色深度。颜色深度决定了图像中可以呈现的颜色的最大数目。目前，颜色深度有1、4、8、16、24和32几种。例如，颜色深度为1时，表示点阵图像中各像素的颜色只有1个二进制位，可以表示两种颜色(黑色和白色)；颜色深度为24时，表示点阵图像中各像素的颜色为3个字节(24位)，可以表示16777216种颜色；颜色深度为32时，则用3个字节分别表示R、G、B颜色，而用另一个字节来表示图像的其他属性(如透明度等)。当图像的颜色深度达到或超过24时，则称这种颜色为真彩色。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第20页图像文件格式一个图像文件由图像说明和图像数据两部分组成。图像说明部分保存用于说明图像的高度、宽度、格式、颜色深度、调色板及压缩方式等信息；图像数据部分是描述图像每一个像素颜色的数据，这些数据存放的方式由文件格式来确定。对于图像文件来说，由于存储的内容和压缩方式的不同，其文件格式也就不同。每一种格式都有其特点和用途，图像处理软件通常会支持多种图像文件格式。在选择输出的图像文件格式时，应考虑图像的用途以及图像文件格式对图像数据类型的要求。在多媒体计算机系统中，不同的文件格式用特定的文件扩展名来表示，常见的图像文件格式有BMP、GIF、JPG、TIF、PNG和PSD等。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第21页图像文件格式BMP►BMP是BitMap的缩写，是Windows操作系统中的标准图像文件格式，能够被多种Windows应用程序支持。►它采用位映射存储形式，支持RGB、索引色、灰度和位图颜色模式。不采用其他任何压缩，所以BMP文件占用的空间很大。►彩色图像存储为BMP格式时，每一个像素所占的位数可以是1bit、4bit、8bit或24bit，相对应的颜色从黑白一直到真彩色。►利用Windows的画图程序可以将图像存储成BMP格式的图像文件►该格式结构较简单，每个文件只存放一幅图像。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。►典型的BMP图像文件由三部分组成：位图文件头数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第22页图像文件格式GIF格式►GIF是GraphicsInterchangeFormat的缩写，是由CompuServe公司研发的一种图像格式。►它在存储文件时采用LZW压缩算法，可以有效降低文件大小又保持图像的色彩信息。►支持256色的图像，支持动画和透明，很多应用软件均支持这种格式，所以被广泛应用于网络中。在Internet上，GIF格式已成为页面图片的标准格式。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第23页图像文件格式JPG格式►JPG格式文件的扩展名为“.jpg”或“.jpeg”。►JPG格式是用JPEG(jointPhotographicExpertsGroup，联合图像专家组)压缩标准压缩的图像文件格式，压缩时可将人眼很难分辨的图像信息进行删除，是一种高效率的有损压缩。将图像保存为JPEG格式时，可以指定图像的品质和压缩级别。由于其压缩比较大，文件较小，所以应用较广。►由于JPEG格式会损失数据信息，因此在图像编辑过程中需要以其他格式(如PSD格式)保存图像，将图像保存为JPG格式只能作为制作完成后的最后一步操作。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第24页图像文件格式TIFF格式►TIFF是TaggedImageFileFormat(标记图像文件格式)的缩写，通常标识为*.TIF类型。►它是由Aldus和Microsoft公司为扫描仪和台式计算机出版软件开发的用来为存储黑白、灰度和彩色图像而定义的存储格式，支持1～8位、24位、32位(CMYK模式)或48位(RGB模式)等颜色模式，能保存为压缩和非压缩的格式。►几乎所有的绘画、图像编辑和页面排版应用程序，都能处理TIFF文件格式。多媒体技术及应用第4章图形图像处理技术第25页图像文件格式PSD格式►PSD是PhotoshopDocument的缩写，是Photoshop特有的图像文件格式，支持Photoshop中所有的图像类型。►它可将所编辑的图像文件中包含的图层、通道和遮罩等信息记录下来。所以，在编辑图像的过程中，通常将文件保存为PSD格式，以便于重新读取需要的信息。►P