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1、图形图像处理技术2006年08月19日1*第1页，共94页，编辑于2022年，星期五本章主要内容本章主要内容5.1颜色的基本知识5.2位图图像与矢量图形5.3 图像的数字化过程5.4 数字图像处理与输出5.5 数字图像分析5.6图形图像文件5.7 图形图像处理软件2006年08月19日2第2页，共94页，编辑于2022年，星期五5.1 颜色的基本知识5.1.1 颜色的基本概念1、颜色的三要素 一般称一般称亮度、色相和饱和度亮度、色相和饱和度为彩色的三要素。为彩色的三要素。l亮度（亮度（Luminance/Brightness）：光作用于人眼时所：光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与被观察
2、物体的发光强度有引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关；最亮为白色，最暗为黑色；关；最亮为白色，最暗为黑色；u对于同一物体，照射的光越强，反射的光也越强，即对于同一物体，照射的光越强，反射的光也越强，即越亮；越亮；u对于不同的物体，在相同照射的情况下，反射越强的对于不同的物体，在相同照射的情况下，反射越强的物体看起来也越亮。物体看起来也越亮。2006年08月19日3第3页，共94页，编辑于2022年，星期五l色相（色相（Hue）：）：不同颜色的相貌，是人眼看一种或多种波长不同颜色的相貌，是人眼看一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，是决定颜色的基本特性。最基本的光时所产生的彩色感觉
3、，是决定颜色的基本特性。最基本的代表色是红（的代表色是红（R）、黄（）、黄（Y）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）、紫）、紫（P）五种。此五种颜色在人们的生理和心理方面有明确的）五种。此五种颜色在人们的生理和心理方面有明确的特征，色相的心理反应特征是暖色或冷色。色相之间的关系特征，色相的心理反应特征是暖色或冷色。色相之间的关系可以用色相环表示，另外，橙（可以用色相环表示，另外，橙（YR）、黄绿（）、黄绿（GY）、青绿）、青绿（BG）、青紫（）、青紫（PB）、紫红（）、紫红（RP）称为中间色相。）称为中间色相。u注意区别色相和色调的概念。注意区别色相和色调的概念。u色调是指在一定的色相和亮度的
4、光源色照射下，物体表色调是指在一定的色相和亮度的光源色照射下，物体表面反射出的一种统一的色彩倾向，如亮的、暗的、淡的、面反射出的一种统一的色彩倾向，如亮的、暗的、淡的、浅的等浅的等2006年08月19日4第4页，共94页，编辑于2022年，星期五l饱和度（饱和度（Saturation）：）：是指颜色的鲜艳程度或纯度，即掺是指颜色的鲜艳程度或纯度，即掺入白光的程度。对于同一色调，饱和度越高，颜色越鲜明。入白光的程度。对于同一色调，饱和度越高，颜色越鲜明。u例如，红色加入白光后，变成粉红色，饱和度降低。例如，红色加入白光后，变成粉红色，饱和度降低。u如果在某种彩色光中掺入别的彩色光，就会引起颜色的
5、变化，如果在某种彩色光中掺入别的彩色光，就会引起颜色的变化，只有掺入白光才会引起饱和度的变化。只有掺入白光才会引起饱和度的变化。l饱和度和色相，统称为饱和度和色相，统称为色度色度。l任何颜色由任何颜色由亮度亮度和和色度色度决定。决定。2006年08月19日5第5页，共94页，编辑于2022年，星期五2、三基色和混色1 1）三基色原理三基色原理2）混色（三基色光按不同比例相加可产生混色光）（三基色光按不同比例相加可产生混色光）红色红色+绿色绿色=黄色黄色 红色红色+蓝色蓝色=品红（也称洋红）品红（也称洋红）绿色绿色+蓝色蓝色=青色青色 红色红色+绿色绿色+蓝色蓝色=白色白色黄色、紫色和青色分别为
6、红、绿、蓝三色的补色。黄色、紫色和青色分别为红、绿、蓝三色的补色。l各种彩色光，都可由红（各种彩色光，都可由红（R）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）三种颜色光按不同比例相配而成；三种颜色光按不同比例相配而成；l绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。红蓝绿白黄青紫2006年08月19日6第6页，共94页，编辑于2022年，星期五 1 1）混色原理属于混色原理属于“加性加性”颜色形成方法，计算机显示器就是采颜色形成方法，计算机显示器就是采用这种原理产生颜色的。用这种原理产生颜色的。在显示器屏幕的背面涂满了能发出不同色光在显示器屏幕的背面涂满了能
7、发出不同色光（红、绿、蓝）的化学物点，当电子束扫描到这些点时，它们就会发（红、绿、蓝）的化学物点，当电子束扫描到这些点时，它们就会发光。电子束按逐行扫描方式对屏幕上的所有点进行扫描，扫描一遍就光。电子束按逐行扫描方式对屏幕上的所有点进行扫描，扫描一遍就会形成一帧彩色图像。会形成一帧彩色图像。2 2）对于非专业应用来说，色相和色调的概念较难区分。有关颜）对于非专业应用来说，色相和色调的概念较难区分。有关颜色基本概念可参考相关专业资料，或访问色基本概念可参考相关专业资料，或访问“配色手册网站配色手册网站”，网址是：，网址是：http:/ 计算机中的颜色模式图5-2 PhotoShop中的四种颜色模
8、式图示LAB模式HSB模式RGB模式CMYK模式 颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色的一组规则。利用不同的规则，可形颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色的一组规则。利用不同的规则，可形成不同的颜色模式。在多媒体计算机的图像处理过程中，通常使用成不同的颜色模式。在多媒体计算机的图像处理过程中，通常使用RGBRGB、HSBHSB、LabLab、CMYKCMYK等多种颜色模式。下图是等多种颜色模式。下图是PhotoshopPhotoshop软件中常用的四种彩色模式的表示与调整方法。软件中常用的四种彩色模式的表示与调整方法。2006年08月19日8第8页，共94页，编辑于2022年，星期五1
9、、RGB颜色模式 所谓所谓RGBRGB颜色模式，就是用红（颜色模式，就是用红（R R）、绿（）、绿（G G）、蓝（）、蓝（B B）三种基）三种基本颜色来表示任意彩色光。根据三基色原理，在本颜色来表示任意彩色光。根据三基色原理，在RGBRGB颜色模式中，颜色模式中，任意彩色光任意彩色光F F的配色方程可写成：的配色方程可写成：F=rR+gG+bBF=rR+gG+bB 其中其中r r、g g、b b分别代表对应色的比例分别代表对应色的比例系数，系数，rRrR、gGgG、bBbB分别代表分别代表F F色色光的红绿蓝三色分量。光的红绿蓝三色分量。在在MPCMPC中，使用最多的是中，使用最多的是RGBR
10、GB颜色模式颜色模式，因为，因为MPCMPC彩色监视器的彩色监视器的输入需要输入需要RGBRGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在屏幕上合三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在屏幕上合成所需的任意颜色。所以成所需的任意颜色。所以显示输出一定要转换成显示输出一定要转换成RGBRGB颜色模式颜色模式。2006年08月19日9第9页，共94页，编辑于2022年，星期五2、HSB颜色模式 HSBHSB颜色模式实际上是依据人眼的视觉特征，用颜色的三颜色模式实际上是依据人眼的视觉特征，用颜色的三要素亮度、色相、饱和度来描述颜色的基本特征，如图要素亮度、色相、饱和度来描述颜色的基本特征，如图5-35
11、-3。图5-3 HSB彩色模式图示 H：色相：色相 S：饱和度：饱和度 B：亮度：亮度 D：所有色相：所有色相 SBDHl色相色相：就是颜色。：就是颜色。在在 0 0 到到 360 360 度的度的标准色轮上，按位标准色轮上，按位置度量色相置度量色相。平时。平时把色相用颜色名称把色相用颜色名称标识，如红色、橙标识，如红色、橙色等。色等。2006年08月19日10第10页，共94页，编辑于2022年，星期五l饱和度饱和度：是指颜色的强度或纯度，表示色相中灰色分量所：是指颜色的强度或纯度，表示色相中灰色分量所占的比例，它使用占的比例，它使用从从 0%0%（灰色）至（灰色）至 100%100%（完全
12、饱和）的（完全饱和）的百分比来度量百分比来度量。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。l亮度亮度：是颜色的相对明暗程度，通常使用：是颜色的相对明暗程度，通常使用从从 0%0%（黑色）至（黑色）至 100%100%（白色）的百分比来度量（白色）的百分比来度量。u亮度决定了颜色的强度，反映了彩色光对视觉的刺激程亮度决定了颜色的强度，反映了彩色光对视觉的刺激程度，表现了彩色光所包含的能量特征，能量大就亮。度，表现了彩色光所包含的能量特征，能量大就亮。在图像处理和计算机视觉中大量算法都基于在图像处理和计算机视觉中大量算法都基于HSBHSB颜色模式，只颜色模式，只要
13、对亮度信号操作就可获得良好效果。因此，要对亮度信号操作就可获得良好效果。因此，利用利用HSBHSB颜色模式中可颜色模式中可以大大简化图像分析和处理的工作量。以大大简化图像分析和处理的工作量。2006年08月19日11第11页，共94页，编辑于2022年，星期五3、CMY颜色模式 CMYCMY颜色模式是采用青（颜色模式是采用青（CyanCyan）、品红（）、品红（MagentaMagenta）、黄）、黄（YellowYellow）三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法）三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。它通过颜料未。它通过颜料未吸收而反射出来的光线来判断颜色的，其原理称为吸收而反射出来的光线来
14、判断颜色的，其原理称为“减色减色”原理原理。因为因为所有的颜料都加入后才能成为纯黑，当颜料减少时才开始所有的颜料都加入后才能成为纯黑，当颜料减少时才开始出现色彩，颜料全部除去后才成为白色出现色彩，颜料全部除去后才成为白色。虽然理论上利用虽然理论上利用CMYCMY三基色混合可以制作出所需要的各种色三基色混合可以制作出所需要的各种色彩，但实际上彩，但实际上同量的同量的CMY CMY 混合后并不能产生完善的黑色或灰色混合后并不能产生完善的黑色或灰色，因此在因此在印刷时必须加上一个黑色（印刷时必须加上一个黑色（BlackBlack），），由于字母由于字母B B已经用来表已经用来表示蓝色，因此黑色选用单
15、词示蓝色，因此黑色选用单词BlackBlack的最后一个字母的最后一个字母“K”K”来表示，这来表示，这样样又称为又称为CMYKCMYK颜色模式颜色模式。2006年08月19日12第12页，共94页，编辑于2022年，星期五 四色印刷是依据四色印刷是依据CMYKCMYK彩色模式表示原理发展而来的，所彩色模式表示原理发展而来的，所以，以，彩色打印和彩色印刷都是采用彩色打印和彩色印刷都是采用CMYKCMYK彩色模式实现彩色输出彩色模式实现彩色输出的的。因此，当要。因此，当要将将MPCMPC上的显示图像通过彩色打印机输出时，系统上的显示图像通过彩色打印机输出时，系统会自动将会自动将RGBRGB彩色模
16、式转换为彩色模式转换为CMYKCMYK彩色模式表示彩色模式表示。从理论上讲，。从理论上讲，RGBRGB与与CMYCMY彩色模式是互补的，可以互相转换，但实际上因彩色模式是互补的，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，因此不可能精确地在打印机上复制出来，因此同一彩色图像的显同一彩色图像的显示与打印颜色会有细微差别。示与打印颜色会有细微差别。特别提示：2006年08月19日13第13页，共94页，编辑于2022年，星期五4、Lab颜色模式 LabLab颜色模式分别颜色模式分别用亮度
17、或光亮度分量用亮度或光亮度分量 (L)(L)和两个色度分量和两个色度分量（a a、b b）来表示颜色，）来表示颜色，a a 分量表示从绿到红，分量表示从绿到红，b b 分量表示从蓝到分量表示从蓝到黄，黄，如图如图5-45-4所示。具体取值范围是：所示。具体取值范围是：L L在在0 0到到100100之间，之间，a a和和b b都在都在-128128+127+127之间。之间。LabLab颜色模式可以表示的颜色颜色模式可以表示的颜色最多，颜色更为明亮且与光线和最多，颜色更为明亮且与光线和设备无关设备无关,不管使用什么设备（如不管使用什么设备（如显示器、打印机、计算机或扫描显示器、打印机、计算机或
18、扫描仪）创建或输出图象，这种颜色仪）创建或输出图象，这种颜色模型产生的颜色都保持一致。模型产生的颜色都保持一致。亮度L=100（白）亮度L=0（黑）a分量b分量图图5-4 Lab5-4 Lab彩色模式图示彩色模式图示2006年08月19日14第14页，共94页，编辑于2022年，星期五5、Photoshop中的其他几种颜色模式 1）索引模式 索引模式最多使用索引模式最多使用256256种颜色，当图像被转换为索引模式时，种颜色，当图像被转换为索引模式时，通常会构建一个调色板存放并索引图像中的颜色。通常会构建一个调色板存放并索引图像中的颜色。2）灰度模式 灰度模式最多使用灰度模式最多使用25625
19、6级灰度来表现图像，图像中的每个像素有级灰度来表现图像，图像中的每个像素有一个一个0 0（黑色）到（黑色）到255255（白色）之间的亮度值，（白色）之间的亮度值，如图如图5-55-5上半部所上半部所示示。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（0%0%表示白色，表示白色，100%100%表示黑色）。表示黑色）。2006年08月19日15第15页，共94页，编辑于2022年，星期五 3）位图模式 位图模式只有黑色与白色两种颜色，每个像素用位图模式只有黑色与白色两种颜色，每个像素用1 1位二进制位二进制数表示，数表示，“0”0”表示黑色，表示黑色，“
20、1”1”表示白色。位图模式主要用于早期不表示白色。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（模拟（如图如图5-55-5下半部所示下半部所示）。位图模式通常用于文字识别，如果扫描）。位图模式通常用于文字识别，如果扫描需要使用需要使用OCROCR（光学文字识别）技术识别的图像文件，须将图像转化为（光学文字识别）技术识别的图像文件，须将图像转化为位图模式。位图模式。2006年08月19日16第16页，共94页，编辑于2022年，星期五5.1.3 颜色模式的色域 l色域是一个色系能够显示或打印
21、的颜色范围。色域是一个色系能够显示或打印的颜色范围。人眼看到的色谱比任何颜色模型中的色域都人眼看到的色谱比任何颜色模型中的色域都宽。宽。lLabLab具有最宽的色域，它包括具有最宽的色域，它包括RGBRGB和和CMYKCMYK色域中的所有颜色。色域中的所有颜色。lCMYKCMYK色域较窄，仅包含使用印刷色油墨能够色域较窄，仅包含使用印刷色油墨能够打印的颜色。打印的颜色。lRGBRGB色域包含能在计算机显示器或电视屏色域包含能在计算机显示器或电视屏幕（发出红、绿和蓝光）上所有能显示幕（发出红、绿和蓝光）上所有能显示的颜色。因而一些诸如纯青或纯黄等颜的颜色。因而一些诸如纯青或纯黄等颜色不能在显示器
22、上精确显示。色不能在显示器上精确显示。图5-6 彩色模式的色域2006年08月19日17第17页，共94页，编辑于2022年，星期五5.2 位图图像与矢量图形5.2.1 位图图像 位图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。图颜色，所有像素的矩阵排列构成了整幅图像。图5-75-7给出了二值图像给出了二值图像抖动技术显示的位图和对应的灰度位图。抖动技术显示的位图和对应的灰度
23、位图。(a)位图像素模拟(b)灰度位图图像示例图5-7 位图图像举例2006年08月19日18第18页，共94页，编辑于2022年，星期五 图像文件图像文件保存的是组成位图的各像素点的颜色信息，颜色保存的是组成位图的各像素点的颜色信息，颜色的种类越多，图像文件越大。在将图像文件放大、缩小和旋的种类越多，图像文件越大。在将图像文件放大、缩小和旋转时，会产生失真。转时，会产生失真。位图图像位图图像的放大与缩小是通过增加或减少像素实现的，当放大的放大与缩小是通过增加或减少像素实现的，当放大位图时，就可看见构成整个图像的无数个小方块，线条和形状也显位图时，就可看见构成整个图像的无数个小方块，线条和形状
24、也显得参差不齐。同样，缩小位图尺寸也会使原图变形。由于位图图像得参差不齐。同样，缩小位图尺寸也会使原图变形。由于位图图像是一个像素矩阵，所以局部移动或其他操作就会破坏原图形状，但是一个像素矩阵，所以局部移动或其他操作就会破坏原图形状，但这也是数字位图处理的途径所在。位图图像的处理质量与整个处理这也是数字位图处理的途径所在。位图图像的处理质量与整个处理环节所采用的分辨率密切相关。环节所采用的分辨率密切相关。2006年08月19日19第19页，共94页，编辑于2022年，星期五5.2.2 矢量图形(b)矢量图形举例三(a)矢量图形举例一(a)矢量图形举例二 由矢量定义的基本图形元素组成。由矢量定义
25、的基本图形元素组成。按照面向对象的思想，可以把按照面向对象的思想，可以把矢量图元看作一个个图形对象，每个对象都有自己的属性，例如：矢量图元看作一个个图形对象，每个对象都有自己的属性，例如：颜色、形状、轮廓、大小和输出位置等。每个图形对象都具有相颜色、形状、轮廓、大小和输出位置等。每个图形对象都具有相对独立性，可以分别移动或编辑而不会影响其他对象。因此，对独立性，可以分别移动或编辑而不会影响其他对象。因此，矢矢量图形处理的基本单位是图形对象量图形处理的基本单位是图形对象。2006年08月19日20第20页，共94页，编辑于2022年，星期五矢量图形文件存储的是绘制图形中各图形元素的命令。输矢量图
26、形文件存储的是绘制图形中各图形元素的命令。输出矢量图时，需要相应的软件读取这些命令，并将命令转出矢量图时，需要相应的软件读取这些命令，并将命令转换为组成图形的各个图形元素。换为组成图形的各个图形元素。矢量图形由于采用数学方法描述图形，所以通常生成矢量图形由于采用数学方法描述图形，所以通常生成的图形文件相对较小，而且颜色的多少与文件的大小的图形文件相对较小，而且颜色的多少与文件的大小基本无关。基本无关。矢量图形的输出质量与分辨率无关，可以任意放大和缩矢量图形的输出质量与分辨率无关，可以任意放大和缩小，是表现文字（小文字）、线条图形（标志）等的最小，是表现文字（小文字）、线条图形（标志）等的最佳选
27、择。佳选择。2006年08月19日21第21页，共94页，编辑于2022年，星期五5.2.3 图形图像处理的基本内容 矢量图形处理矢量图形处理是计算机信息处理的一个重要分支，被称为计算机是计算机信息处理的一个重要分支，被称为计算机图形学，主要研究二维和三维空间图形的矢量表示、生成、处理、输图形学，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。具体来说，就是利用计算机系统对点、线、面、曲面等数出等内容。具体来说，就是利用计算机系统对点、线、面、曲面等数学模型进行存放、修改、处理（包括几何变换、曲线拟合、曲面拟合、学模型进行存放、修改、处理（包括几何变换、曲线拟合、曲面拟合、纹理产
28、生与着色等）和显示等操作，通过几何属性表现物体和场景。纹理产生与着色等）和显示等操作，通过几何属性表现物体和场景。矢量图形处理技术广泛应用于计算机辅助设计（矢量图形处理技术广泛应用于计算机辅助设计（CAD:Computer CAD:Computer Aided DesignAided Design）、计算机辅助制造、计算机动画（建模阶段）、创）、计算机辅助制造、计算机动画（建模阶段）、创意设计、可视化科学计算、地形地貌和自然资源模拟等领域。意设计、可视化科学计算、地形地貌和自然资源模拟等领域。2006年08月19日22第22页，共94页，编辑于2022年，星期五图像处理l图像处理是指对位图图像
29、所进行的数字化处理、压缩、存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，具体的处理技术包括图像变换、图像增储和传输等内容，具体的处理技术包括图像变换、图像增强、图像分割、图像理解、图像识别等。处理过程中，图强、图像分割、图像理解、图像识别等。处理过程中，图像以位图方式存储和传输，而且需要通过适当的数据压缩像以位图方式存储和传输，而且需要通过适当的数据压缩方法来减少数据量，图像输出时再通过解压缩方法还原图方法来减少数据量，图像输出时再通过解压缩方法还原图像。像。l图像处理技术广泛应用于遥感、军事、工业、农业科技、图像处理技术广泛应用于遥感、军事、工业、农业科技、航空航天、医
30、学影像等领域。航空航天、医学影像等领域。l尽管矢量图形于位图图像的处理思想与应用各不相同，尽管矢量图形于位图图像的处理思想与应用各不相同，但在实际应用中，两者是相互联系的，它们相互结合但在实际应用中，两者是相互联系的，它们相互结合可以创造更完美的视觉效果。可以创造更完美的视觉效果。2006年08月19日23第23页，共94页，编辑于2022年，星期五5.2.4 位图与矢量图的比较与转换 1 1、位图和矢量图的不同：、位图和矢量图的不同：矢量图形矢量图形处理的基本单位是几何图形对象，文件中存处理的基本单位是几何图形对象，文件中存储的是对应的绘制命令和参数，矢量图形文件的数据量很小，储的是对应的绘
31、制命令和参数，矢量图形文件的数据量很小，能方便的对每个图像元素方便的进行编辑修改；能方便的对每个图像元素方便的进行编辑修改；位图图像位图图像处处理的基本单位是像素，文件中存储的是像素，因而文件的数理的基本单位是像素，文件中存储的是像素，因而文件的数据量巨大，存储和传输时需要进行必要的数据压缩，且不便据量巨大，存储和传输时需要进行必要的数据压缩，且不便于编辑修改。于编辑修改。矢量图形矢量图形常用的技术标准有常用的技术标准有GKSGKS、PHIGSPHIGS、OpenGLOpenGL、WMFWMF、VRMLVRML、CGMCGM、STEPSTEP等。等。位图图像位图图像常用的技术标准有常用的技术标
32、准有JBIGJBIG、JPEGJPEG、TIFFTIFF等。等。2006年08月19日24第24页，共94页，编辑于2022年，星期五图5-9 矢量图与位图的硬转换矢量图位图 2 2、转换方法、转换方法 转换方法分为两种：转换方法分为两种：l 一种是通过硬件设备实现的转换，如图一种是通过硬件设备实现的转换，如图5-95-9所示。所示。l 另一种是通过文件格式的转换，即软转换。另一种是通过文件格式的转换，即软转换。2006年08月19日25第25页，共94页，编辑于2022年，星期五5.2.5 图像的主要参数1、分辨率 用于衡量图像细节的表现能力。在图形图像处理中，常涉及的分用于衡量图像细节的表
33、现能力。在图形图像处理中，常涉及的分辨率概念有以下几种。辨率概念有以下几种。1 1）图像分辨率）图像分辨率：指单：指单位图像线性尺寸中所包含位图像线性尺寸中所包含的像素数目，通常以像素的像素数目，通常以像素英寸（英寸（ppippi）为计量单位。）为计量单位。图图5-105-10是是PhotoShopPhotoShop中图像分中图像分辨率与图像尺寸的关系示意图。辨率与图像尺寸的关系示意图。图像分辨率图像输出尺寸图像像素尺寸图5-10 图像分辨率与图像尺寸2006年08月19日26第26页，共94页，编辑于2022年，星期五 2 2）显示分辨率）显示分辨率：指显示器上每单位长度显示的像素或点的数目
34、，：指显示器上每单位长度显示的像素或点的数目，通常以点英寸（通常以点英寸（dpidpi）为计量单位。）为计量单位。PCPC显示器典型的分辨率为显示器典型的分辨率为96 96 dpidpi。当图像的分辨率高于显示器的分辨率时，图像在屏幕上显示的尺寸。当图像的分辨率高于显示器的分辨率时，图像在屏幕上显示的尺寸比实际的打印尺寸大。比实际的打印尺寸大。人们通常所理解的显示分辨率与所用的显示模式有关，显示模人们通常所理解的显示分辨率与所用的显示模式有关，显示模式不同，屏幕纵、横向的像素点个数也就不同，单位长度像素点的式不同，屏幕纵、横向的像素点个数也就不同，单位长度像素点的数目也就不同。同一图像的显示尺
35、寸会随着分辨率的增大而变小。数目也就不同。同一图像的显示尺寸会随着分辨率的增大而变小。如图如图5-115-11所示。所示。图5-11 同一图片在不同分辨率下的显示尺寸2006年08月19日27第27页，共94页，编辑于2022年，星期五 3 3）打印机分辨率）打印机分辨率：是指打印机每英寸产生的油墨点数：是指打印机每英寸产生的油墨点数,单位是单位是dpidpi（dot per inchdot per inch）指每平方英寸上印刷的网点数。大多数激光）指每平方英寸上印刷的网点数。大多数激光打印机的输出分辨率为打印机的输出分辨率为600dpi600dpi，高档的激光照排机在，高档的激光照排机在12
36、00dpi1200dpi以上。以上。需要说明的是，印刷上计算的网点大小（需要说明的是，印刷上计算的网点大小（DotDot）和计算机屏幕上显示）和计算机屏幕上显示的像素（的像素（PixelPixel）是不同的。）是不同的。4 4）扫描分辨率）扫描分辨率：是指每英寸扫描所得到的点，单位也是：是指每英寸扫描所得到的点，单位也是dpidpi。它表示一台扫描仪输入图像的细微程度，数值越大，表示被扫描的图它表示一台扫描仪输入图像的细微程度，数值越大，表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量也越好。像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量也越好。2006年08月19日28第28页，共94页，编辑于20
37、22年，星期五2、颜色深度 位图图像中各像素的颜色信息是用二进制数据来描述的，二进制位图图像中各像素的颜色信息是用二进制数据来描述的，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出现的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出现的颜色的最大个数。目前，颜色深度有颜色的最大个数。目前，颜色深度有1 1、4 4、8 8、1616、2424和和3232几种。当几种。当图像的颜色深度图像的颜色深度2424时，则称这种表示为真彩色。时，则称这种表示为真彩色。3、颜色模式 图像处理方式与所用的颜色模式（彩色空间）有关。一幅图像图像处理方式与所用的颜色模式（彩色空间）有关。一幅
38、图像常用的颜色模式有灰度、常用的颜色模式有灰度、RGBRGB、HSLHSL、CMYKCMYK、LABLAB等。等。2006年08月19日29第29页，共94页，编辑于2022年，星期五4、图像尺寸 图像尺寸分为图像尺寸分为像素尺寸像素尺寸和和输出尺寸输出尺寸两种。图像的像素尺寸是指两种。图像的像素尺寸是指数字化图像像素的多少，用横向与纵向像素的乘积来表示。描述一数字化图像像素的多少，用横向与纵向像素的乘积来表示。描述一幅图像时，这两个参数都要用到。幅图像时，这两个参数都要用到。图像的输出尺寸则是指在给定的输出分辨率下图像输出的大小。图像的输出尺寸则是指在给定的输出分辨率下图像输出的大小。图像输
39、出尺寸的大小与输出分辨率有直接的关系。图像输出尺寸的大小与输出分辨率有直接的关系。2006年08月19日30第30页，共94页，编辑于2022年，星期五5、图像的数据量 数据大小与分辨率、颜色深度有关。设图像垂直方向的像素数据大小与分辨率、颜色深度有关。设图像垂直方向的像素数为数为H H，水平像素数为，水平像素数为W W，颜色深度为，颜色深度为C C位，则一幅图像所拥有位，则一幅图像所拥有的数据量大小的数据量大小B B为：为：B B=H H W W C C/8/8（字节）（字节）例如，一幅未被压缩的位图图像，如果它的水平像素为例如，一幅未被压缩的位图图像，如果它的水平像素为320320，垂，垂
40、直像素为直像素为240240，颜色深度为，颜色深度为1616位，则该幅图像的数据量为：位，则该幅图像的数据量为：320320 240240 16/8=15360016/8=153600字节字节=150K=150K字节。字节。2006年08月19日31第31页，共94页，编辑于2022年，星期五5.3 图像的数字化过程 实际上就是对连续图像实际上就是对连续图像f f（x,yx,y）进行空间和颜色离散化的过程，）进行空间和颜色离散化的过程，主要经过主要经过采样采样、量化量化、压缩编码压缩编码三个步骤。三个步骤。被分割的图像若水平方向有被分割的图像若水平方向有M M个间隔，垂直方向上有个间隔，垂直方
41、向上有N N个间隔，则个间隔，则一幅图像画面就被采样成一幅图像画面就被采样成M x NM x N个像素点构成的离散像素的集合（如图个像素点构成的离散像素的集合（如图5-125-12），），M x NM x N表示采样图像的像素尺寸。表示采样图像的像素尺寸。5.3.1 采样 将二维空间上连续的灰度或色彩信息转将二维空间上连续的灰度或色彩信息转化为一系列有限的离散数值的过程。化为一系列有限的离散数值的过程。具体方法具体方法是对图像在水平方向和垂直方是对图像在水平方向和垂直方向上等间隔地分割成矩形网状结构。所形成向上等间隔地分割成矩形网状结构。所形成的矩形微小区域，称之为像素点。的矩形微小区域，称之
42、为像素点。MN图5-12 图像的采样2006年08月19日32第32页，共94页，编辑于2022年，星期五5.3.2 量化 量化是对采样得到的灰度或者颜色样本进行离散化的过量化是对采样得到的灰度或者颜色样本进行离散化的过程程 。基本思想是将图像采样后的灰度或颜色样本值划分为有。基本思想是将图像采样后的灰度或颜色样本值划分为有限多个区域，把落入某区域中的所有样本用限多个区域，把落入某区域中的所有样本用同一值同一值表示，用有表示，用有限的离散数值来代替无限的连续模拟量，从而实现样本信息的离散限的离散数值来代替无限的连续模拟量，从而实现样本信息的离散化。化。量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表
43、示量化的色彩量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量化的色彩（或亮度）值所需的二进制位数，称为量化字长。一般可用（或亮度）值所需的二进制位数，称为量化字长。一般可用8 8位、位、1616位、位、2424位或更高的量化字长来表示图像的颜色。量化字长越位或更高的量化字长来表示图像的颜色。量化字长越大，则越能真实地反映原有图像的颜色。但得到的数字图像大，则越能真实地反映原有图像的颜色。但得到的数字图像的数据量也越大。的数据量也越大。2006年08月19日33第33页，共94页，编辑于2022年，星期五5.3.3 压缩编码 数字化得到的图像数据量巨大，必须采用编码技术来压缩数字化得到的图像数据量
44、巨大，必须采用编码技术来压缩信息。目前，已有许多成熟的编码算法应用于静止图像的压缩，信息。目前，已有许多成熟的编码算法应用于静止图像的压缩，压缩比大约在压缩比大约在30:130:1以上。为了使图像压缩标准化，国际标准化组以上。为了使图像压缩标准化，国际标准化组织（织（ISOISO）和国际电报电话咨询委员会（）和国际电报电话咨询委员会（CCITTCCITT）联合组成的图象）联合组成的图象专家小组，制定了名为专家小组，制定了名为JPEGJPEG的图像压缩标准。详细内容请参见的图像压缩标准。详细内容请参见第七章。第七章。实现图像的数字化，需要专门的数字化设备。常见的图像数字化实现图像的数字化，需要专
45、门的数字化设备。常见的图像数字化设备有图像扫描仪和数码照相机等。图像信息数字化的关键部件是设备有图像扫描仪和数码照相机等。图像信息数字化的关键部件是CCDCCD（Charge Coupled deviceCharge Coupled device，电荷耦合器件）阵列。，电荷耦合器件）阵列。2006年08月19日34第34页，共94页，编辑于2022年，星期五5.4 数字图像处理与输出 数字图像处理的主要内容包括图像内容编辑、图像效果优数字图像处理的主要内容包括图像内容编辑、图像效果优化和添加特殊效果化和添加特殊效果3 3个方面。个方面。5.4.1 图像内容编辑 图像内容编辑主要指通过各种编辑技
46、术实现图像内容的拼图像内容编辑主要指通过各种编辑技术实现图像内容的拼接、组合、叠加等，具体编辑技术包括选择、裁剪、旋转、缩接、组合、叠加等，具体编辑技术包括选择、裁剪、旋转、缩放、修改、图层叠加等，还可加入文字、几何图形等。放、修改、图层叠加等，还可加入文字、几何图形等。5.4.2 图像效果优化 图像效果优化图像效果优化是对采集的图像根据需要进行增强、滤噪、是对采集的图像根据需要进行增强、滤噪、校畸、锐化、恢复等处理，使图像质量更好。校畸、锐化、恢复等处理，使图像质量更好。2006年08月19日35第35页，共94页，编辑于2022年，星期五 图像增强图像增强是一类具有相似效果的多种技术的集合
47、，它试图是一类具有相似效果的多种技术的集合，它试图变换图像的视觉效果，或把图像转换成某种适合于人或计算机变换图像的视觉效果，或把图像转换成某种适合于人或计算机分析的图像形式。分析的图像形式。滤噪滤噪即图像的平滑处理，主要是为了去除实际成像过程中因成即图像的平滑处理，主要是为了去除实际成像过程中因成像设备和环境所造成的图像失真。像设备和环境所造成的图像失真。校畸校畸是为了改善图像质量，一般通过伽玛校正（是为了改善图像质量，一般通过伽玛校正（Gamma Gamma CorrectionCorrection）使画面中较暗的部分层次分明、细节清晰可辨、色彩还）使画面中较暗的部分层次分明、细节清晰可辨、
48、色彩还原更自然、轮廓线更平滑，它具有通过调节亮度和对比度而无法达原更自然、轮廓线更平滑，它具有通过调节亮度和对比度而无法达到的效果。到的效果。锐化锐化主要指图像边缘的锐化处理，目的是加强图像中的轮廓边缘主要指图像边缘的锐化处理，目的是加强图像中的轮廓边缘和细节，形成完整的物体边界，达到将目标物体从背景图像中分离出来和细节，形成完整的物体边界，达到将目标物体从背景图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。2006年08月19日36第36页，共94页，编辑于2022年，星期五 图像恢复图像恢复则是指研究从所获得的变质图像中恢复出真实图像的则是
49、指研究从所获得的变质图像中恢复出真实图像的处理，其关键是建立图像变质模型，然后按照其退化的逆过程恢复处理，其关键是建立图像变质模型，然后按照其退化的逆过程恢复图像。图像。图5-13 PhotoShop中的图像质量调整与滤镜效果PhotoShop中的图像质量调整菜单PhotoShop中的滤镜效果2006年08月19日37第37页，共94页，编辑于2022年，星期五5.4.3 添加特殊效果 添加特殊效果是图像进行内容编辑和效果优化处理的基础上，添加特殊效果是图像进行内容编辑和效果优化处理的基础上，根据应用需要所采取的图像创意效果处理，即在取得较好的图像质根据应用需要所采取的图像创意效果处理，即在取
50、得较好的图像质量的同时，对图像进行艺术加工和效果处理。在进行具体处理时，量的同时，对图像进行艺术加工和效果处理。在进行具体处理时，可根据需要从图可根据需要从图5-135-13中选择相应的滤镜效果。中选择相应的滤镜效果。无论是利用图像处理软件还是其他的图像处理系统，在完成无论是利用图像处理软件还是其他的图像处理系统，在完成以上处理后，还需要确定适当的图像存储格式。这需要依据图像以上处理后，还需要确定适当的图像存储格式。这需要依据图像的具体特点和不同的应用目的而定，具体格式说明见本章的具体特点和不同的应用目的而定，具体格式说明见本章5.65.6节。节。2006年08月19日38第38页，共94页，