4章 圖形圖像信息處理技術(shù)

第4章

圖形圖像信息

處理技術(shù)4.1圖圖像像色彩的的空間表表示一、色彩彩的基本本概念人們對(duì)顏顏色的感感覺有四四個(gè)要素素：即光光源，物物體、眼眼睛和大大腦。它它是人正正確判斷斷色彩的的必要條條件。1、光的的分類光是一種種波，它它有波長(zhǎng)長(zhǎng)、頻率率和波速速，按照照人的視視覺光可可分為可見光和不可見光光兩類,光光與波長(zhǎng)長(zhǎng)的關(guān)系系如圖a所示示。由圖圖a可知知可見光光的波長(zhǎng)長(zhǎng)為380～780nm。由由物理學(xué)學(xué)可知，，可見光是是有顏色色的，其波長(zhǎng)長(zhǎng)與顏色色的關(guān)系系如圖b所示示

電磁波譜譜與可見見光譜圖b可可見光光譜圖a

電磁波譜380nm780nm3807802、可見見光的分分類(1)單單色色光———光譜中中不能再再分解的的色光稱稱為單色色光。如如紅、綠綠、藍(lán)等等。(2)復(fù)復(fù)色色光———有單色色光混合合而成的的光。如如陽(yáng)光等等。3、三基基色（三三原色））原理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，自然然界的各各種顏色色光，都都可由紅紅(R))、綠((G)、、藍(lán)(B)三種種顏色光光按不同同比例混混合而成成；同樣樣絕大多多數(shù)顏色色光也可可以分解解成紅、、綠、藍(lán)藍(lán)三種顏顏色的光光。由于于這三種種色光本本身相互互獨(dú)立。。人們把把這三種種顏色稱稱作三原原色（或或三基色色）。這這個(gè)原理理就稱作作三基色原原理。如下圖圖所示三原色原原理示意意圖注：三基基色的選選擇并不不唯一，，事實(shí)上上，只要要三種單單色相互互獨(dú)立就就可以作作為三基基色。例例如青（（Cyan)、、品紅((Magenta)、、黃(Yellow))也可以以作為三三基色。。見右上上圖所示示。CYM4、三色色學(xué)說理理論（三三刺激理理論）在人眼視視網(wǎng)膜上上有三種種不同類類型的錐錐體神經(jīng)經(jīng)細(xì)胞，，它們分分別對(duì)紅紅、綠、、藍(lán)有很很高的敏敏感度，，每種神神經(jīng)細(xì)胞胞的興奮奮都會(huì)引引起一種種原色的的感覺。。如當(dāng)一一種神經(jīng)經(jīng)細(xì)胞處處于興奮奮狀態(tài)，，而另外外兩種相相對(duì)處于于抑制狀狀態(tài)，那那么就產(chǎn)產(chǎn)生一種種原色覺覺，如果果兩種或或三種神神經(jīng)細(xì)胞胞都處于于興奮狀狀態(tài)，那那么就產(chǎn)產(chǎn)生綜合合色覺。。當(dāng)光進(jìn)進(jìn)入人眼眼后，在在三種錐錐體細(xì)胞胞的作用用下，產(chǎn)產(chǎn)生不同同顏色的的光感。。這就是是三色學(xué)學(xué)說理論論，也叫叫三刺激激理論。。5、色彩彩的三要要素色彩可用用色調(diào)、飽和度和亮度來描述，，人眼看看到的任任一彩色色都是這這三個(gè)特特性的綜綜合感覺覺。這三三個(gè)特性性稱作色色彩的三三要素。。色彩連續(xù)續(xù)變化的的色環(huán)★色調(diào)：是由可可見光譜譜中各分分量成分分的波長(zhǎng)長(zhǎng)決定的的，它反反映顏色色的種類類，是色色彩光的的基本特特性，如如紅色、、棕色就就是指色色調(diào)。把把太陽(yáng)光光帶中色色調(diào)按一一定順序序銜接起起來就形形成一個(gè)個(gè)色調(diào)連連續(xù)變化化的色環(huán)環(huán)如右圖圖所示。。★飽和度：指的是是顏色的的純度，，或者說說是指顏顏色的濃濃淡程度度，它取取決于色色彩光中中白光的的含量，，對(duì)于同同一色調(diào)調(diào)的彩色色光，飽飽和度越越高，顏顏色就越越濃，白白光含量量也就越越少。通常我們們把色調(diào)調(diào)和飽和和度通稱稱為色度?！锪炼龋菏枪庾髯饔糜谌巳搜蹠r(shí)所所引起的的明亮程程度的感感覺，它它與被觀觀察物體體的發(fā)光光強(qiáng)度有有關(guān)。一一般來說說，彩色色光能量量大則顯顯得亮，，反之則則暗。飽和度與與亮度有有關(guān)，如下圖圖所示同一物體體因受光光不同會(huì)會(huì)產(chǎn)生明明度上的的變化6、物體體的分類類（1）發(fā)發(fā)光物體體（2）吸吸光物體體7、物體體的顏色色物體由于于內(nèi)部物物質(zhì)的不不同，受受光線照照射后會(huì)會(huì)產(chǎn)生光光的分解解現(xiàn)象，，一部分分光線被被物體吸吸收，其其余的被被物體反反射出來來。人眼眼看到的的物體顏顏色，實(shí)實(shí)際上是是由發(fā)光光物體發(fā)發(fā)的光或或吸光物物體反射射出來的的那部分分光構(gòu)成成的顏色色。二、色彩彩模型(色彩空間間）所謂色彩彩模型就就是定量量顏色的的方法，，某種色色彩模型型所標(biāo)定定的所有有顏色就就構(gòu)成了了一個(gè)顏顏色空間間。在不不同的領(lǐng)領(lǐng)域，人人們采用用的色彩彩模型往往往不同同。常用用的色彩彩模型有有：1、RGB模型根據(jù)三基基色原理理，用紅紅色（Red）、綠色（Green）、藍(lán)色（Blue）三種基本本顏色按按不同比比例混合合相加，，就可以以構(gòu)成自自然界中中的各種種顏色，，這種顏顏色模式式稱為RGB模型。由由于這種種模型中中的顏色色是通過過三基色色混合相相加而得得，故它它又被稱稱為加色色法，目目前，彩彩色電視視機(jī)、計(jì)計(jì)算機(jī)彩彩色顯示示器都是是采用RGB模型原理理制作的的(其定量色色彩可有有拾色器器完成）。它們的基本工作作原理是利用陰陰極射線線管中的的三個(gè)電電子槍通過發(fā)射射出三種種不同強(qiáng)強(qiáng)度的電電子束，，使屏幕幕內(nèi)側(cè)覆覆蓋的紅紅、綠、、藍(lán)磷光光材料發(fā)發(fā)光而產(chǎn)產(chǎn)生色彩彩的。RGB模型可用用下圖的的單位立立方體直直觀地描描述出來來。由圖可知知，任一一色彩F都可以用用R、G、B三色的不不同分量量相加混混合而成成。即：：F＝r[R]]+g[[G]]++b[[B]2、HSB模型畫家們習(xí)習(xí)慣于用用色相（（Hue）、飽和度（Saturation）和亮度（（Brightness）來描述色彩彩空間。。這種色色彩空間間稱作HSB模型。它它可用下下圖來描描述3、YUV模型它主要是是為解決決黑白電電視與彩彩色電視視兼容而而使用的的一種模模型。稱稱作YUV模型。其其中Y表示亮度度，U、V表示色差差。所為為色差是是指RGB三原色分分量與亮亮度信號(hào)號(hào)之差。。它實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了亮度度信號(hào)和和彩色信信號(hào)的分分離。其其轉(zhuǎn)換關(guān)關(guān)系如下下4、CMY模型(顏料的三三基色是是青、品品紅、黃黃）從理論上上說，任任何一種種顏料的的色彩都都可以用用青（Cyan）、品紅（Magenta）和黃（Yellow）這三種基基色顏料料，按不同的的比例混混合而成成。這種種色彩表表示方法法稱作CMY模型。在這個(gè)個(gè)模型中中，由于于顏料不不純或油油墨不易易完全混混合等原原因，用用等量的的CMY三基色合合成黑色色時(shí)往往往不能生生成真正正的黑色色，為此此，在印印刷術(shù)中中，人們們通常用用真正的的黑色油油墨來取取代彩色色中的黑黑色成分分。以獲獲得更真真實(shí)的黑黑色效果果。所以以CMY又可寫成成CMYK。這種模型型主要用用于彩色色打印機(jī)機(jī)和彩色色印刷系系統(tǒng)中。。實(shí)際應(yīng)用用中，一一幅圖像像在計(jì)算算機(jī)中用用RGB模型顯示示；用RGB或SHB模型編輯輯處理；；打印輸輸出時(shí)要要轉(zhuǎn)換成成CMY模型；如如果要印印刷，則則要轉(zhuǎn)換換成CMYK模型，用用于套印印彩色印印刷品。。4.2圖圖形圖圖像的基基本概念念圖形和圖圖像是反反映客觀觀事物的的兩種不不同的表表現(xiàn)形式式，一般般來說用用計(jì)算機(jī)機(jī)繪制的的圖稱作作圖形，用攝影影機(jī)、掃掃描儀等等獲得的的圖稱作作圖像。一、圖形形圖形又稱稱作矢量量圖形（Vector--BasedImage））是利用基基本圖元元繪制出出來的，，這些圖元元有點(diǎn)、、直線、、圓、橢橢圓、矩矩形、弧弧和多邊邊形等。在計(jì)算算機(jī)中，，圖形主主要通過過繪圖軟軟件繪制制，它以以圖元為為單位，，可對(duì)它它進(jìn)行放放大、縮縮小、旋旋轉(zhuǎn)、刪刪除等一一系列編編輯操作作。二、圖像像圖像是通通過掃描描儀、數(shù)數(shù)碼相機(jī)機(jī)、攝像像機(jī)等設(shè)設(shè)備導(dǎo)入入到計(jì)算算機(jī)中的的它將圖圖像分成成若干點(diǎn)點(diǎn)，每個(gè)個(gè)點(diǎn)稱作作一個(gè)象象素，每每個(gè)象素素用若干干個(gè)二進(jìn)進(jìn)制數(shù)記記錄它的的顏色、、亮度等等信息。。并將每每個(gè)象素素的內(nèi)容容按一定定的規(guī)則則排列起起來構(gòu)成成文件的的內(nèi)容。。用這種種形式表表示的圖圖像稱作作位圖圖像像（Bit-MappedImage），簡(jiǎn)稱為為圖像。三、圖圖形與圖圖像的特特點(diǎn)見下頁(yè)矢量圖形形的特點(diǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)量小?。阂?yàn)閳D形形文件中中記錄的的是繪制制圖形中中圖元的的命令序序列。放大、縮縮小、旋旋轉(zhuǎn)等變變換操作作后不會(huì)會(huì)產(chǎn)生失失真：因?yàn)樗鞘且詳?shù)學(xué)學(xué)方法描描述的一一種由幾幾何元素素組成的的圖形。。見右圖。有專門的的矢量圖圖繪制軟軟件：如如AdobeIllustrator、AutoCAD、FreeHand等。位圖圖像像的特點(diǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)量大大：因?yàn)槊總€(gè)像素素都被分分配一個(gè)個(gè)特定位位置和顏顏色值。。顏色數(shù)數(shù)目越多多，數(shù)據(jù)據(jù)量越大大圖像自然然、逼真真：因?yàn)樗怯孟袼攸c(diǎn)來描述的的圖像。。因此表表現(xiàn)細(xì)膩膩、逼真真。在變換操操作時(shí)易易出現(xiàn)失失真：因?yàn)榉欧糯髸r(shí)是是把每個(gè)個(gè)像素點(diǎn)點(diǎn)放大。。見右圖四、位圖圖圖像與與矢量圖圖形的區(qū)區(qū)別矢量圖中中，圖形形的顏色色數(shù)目與與文件的的大小無無關(guān)；圖圖像中使使用顏色色的數(shù)目目越多，，文件則則越大。。對(duì)同一幅幅圖畫來來說，矢矢量圖形形的數(shù)據(jù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小小于位圖圖圖像，，但矢量量圖形不不如位圖圖圖像表表現(xiàn)的自自然、逼逼真。矢量圖在在進(jìn)行放放大、縮縮小、旋旋轉(zhuǎn)時(shí)不不會(huì)產(chǎn)生生失真，，而圖象象則會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生失真真現(xiàn)象。。簡(jiǎn)單的圖圖使用矢矢量圖形描述好一一些，復(fù)復(fù)雜的圖圖使用位位圖好一一些。五、圖像像的主要要屬性1、分辨率率顯示器分分辨率：是指顯示示器上能夠顯示的像像素?cái)?shù)目目，比如1024×768表示屏幕幕可以顯顯示768行，1024列，即768××1024個(gè)象素。。屏幕顯顯示的象象素?cái)?shù)目目越多，，顯示出出來的圖圖像就越越細(xì)膩。圖像分辨辨率：是指一一副圖像像所使用用的像素素?cái)?shù)目，，比如分分辨率為為320××240的一副圖圖像（見下頁(yè)圖圖像）；表示示它是由由240行，320列，即240××320個(gè)象素組組成。它它既反映映了圖像像的精細(xì)細(xì)程度，，又反映映了圖像像在屏幕幕中的大大小。在屏幕分分辨率一一定的條條件下，，圖像分分辨率越越高，它它在屏幕幕上顯示示的就越越大。分辨率為為320××240的一副圖圖像如下下：2、顏色深深度顏色深度度：是圖像文文件中記記錄一個(gè)個(gè)像素所所需要的的二進(jìn)制制位數(shù)，它決定定了彩色色圖像中中可出現(xiàn)現(xiàn)的最多多顏色數(shù)數(shù)，或者者灰度圖圖像中的的最大灰灰度等級(jí)級(jí)數(shù)。顏顏色深度度越高，，圖像色色彩就越越豐富，，畫面也也就越自自然、逼逼真，但但數(shù)據(jù)量量也就越越大。常見的顏顏色深度度有：4位、、8位、、16位位、24位、32位。。4.3圖圖形形圖像的的獲取及及表現(xiàn)一、圖形形圖像的的獲取方方式1、圖形形的獲取取(1)利利用用軟件繪繪制圖形形；比較著名名的軟件件有Illustrator、CorelDRAW、FreeHand等。。(2)利利用用數(shù)字化化儀繪制制圖形；；見右圖圖(3)利利用用光筆繪繪制圖形形。數(shù)字化儀儀2、圖像像的獲取取主要是利用圖象象采集設(shè)設(shè)備（如如掃描儀儀、攝象象機(jī)、數(shù)數(shù)碼相機(jī)機(jī)等），，將圖像像采集到到計(jì)算機(jī)機(jī)中。目前，計(jì)計(jì)算機(jī)獲獲取數(shù)字字圖像的的方式有有兩種：：一種是是利用圖圖像采集集卡將模模擬視頻頻信號(hào)采采集到計(jì)計(jì)算機(jī)中中；另一一種是直直接將數(shù)數(shù)字圖像像通過數(shù)數(shù)據(jù)接口口傳輸?shù)降接?jì)算機(jī)機(jī)中。二、圖形形圖像的的表現(xiàn)形形式1、用顯顯示器顯顯示圖像像：顯示器有有兩種，，一種是是陰極射射線管顯顯示器稱稱作CRT（CathodeRayTubes），，另一種種是液晶晶顯示器器稱作LCD（（LiquidCrystalDisplay）。。2、用打打印機(jī)打打印圖像像：4.4圖圖形形圖像的的文件格格式★BMP（（BitMapPicture）格式式它是微軟軟公司為為Windows環(huán)境境設(shè)置的的標(biāo)準(zhǔn)圖圖像文件件格式，，也是PC機(jī)上上最常用用的位圖圖格式，，有壓縮縮和不壓壓縮兩種種形式，，該格式式可表現(xiàn)現(xiàn)從2位位到24位的色色彩，分分辨率也也可從480x320至1024x768?！颎IF（（GraphicsInterchangeFormat）格式式它是CompuServe公公司開發(fā)發(fā)的圖像像文件格格式。特特點(diǎn)是一一個(gè)文件件可以存存放多幅幅圖像，，缺點(diǎn)是是存儲(chǔ)色色彩最高高只能達(dá)達(dá)到256種。。★JPG（（JointPhotographicExpertGroup）格格式它是用JPEG壓縮標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)壓縮縮的文件件格式，，其特點(diǎn)點(diǎn)是壓縮縮比高，，失真率率較小，，目前非非常流行行。對(duì)于于同一幅幅畫面，，JPG格式存存儲(chǔ)的文文件是其其他類型型圖形文文件的1/10到1//20，，而且色色彩數(shù)最最高可達(dá)達(dá)到24位，所所以它被被廣泛應(yīng)應(yīng)用于Internet上Homepage或Internet上的的圖片庫(kù)庫(kù)?！颰IF（（TaggedImageFileFormat）格式式它是Aldus和微軟軟公司聯(lián)聯(lián)合開發(fā)發(fā)的文件件格式，，其特點(diǎn)點(diǎn)是文件件體積龐龐大，但但存儲(chǔ)信信息量多多，細(xì)微微層次的的信息較較多，有有利于原原稿的復(fù)復(fù)制。該該格式有有壓縮和和非壓縮縮兩種形形式，最最高支持持的色彩彩數(shù)可達(dá)達(dá)16M?！颬SD（（PhotoShopDocument）格式式它是Adobe公司開開發(fā)的圖圖像處理理軟件Photoshop的的專用文文件格式式。它的的特點(diǎn)是是可以存存放圖層層、通道道、遮罩罩等多種種設(shè)計(jì)樣樣稿，以以便下次次打開文文件時(shí)修修改上次次的設(shè)計(jì)計(jì)。★TGA（（TaggedGraphic））格式它是Truevision公司為為其顯示示卡開發(fā)發(fā)的圖形形文件格格式，創(chuàng)創(chuàng)建時(shí)期期較早，，最高色色彩數(shù)可可達(dá)32位。VDA，，PIX，WIN，BPX，，ICB等均屬屬其旁系系。★PCX格格式它是Z-Soft公司為PC畫筆設(shè)計(jì)計(jì)的圖像像文件格格式。PCX的圖像深深度可選選為1、4、8bit。由于這種種文件格格式出現(xiàn)現(xiàn)較早，，采用RLE行程編碼碼，格式式簡(jiǎn)單，，壓縮比比適中，，現(xiàn)在仍仍比較流流行。4.5顯顯示示系統(tǒng)及及數(shù)字相相機(jī)一、顯示示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)統(tǒng)主要由由顯示器器和顯示示適配器器組成。。1、顯示示器（Monitor）(1)CRT(CathodeRayTube）顯示示器它的核心心部件是是顯象管管，其主主要性能能指標(biāo)如如下：★顯示器器尺寸((17或或19））★刷刷新頻率率(75Hz以以上)★點(diǎn)距((0.2~0..3mm)★★分辨辨率(1024×768）（2）LCD((LiquidCrystalDisplay）顯顯示器它的主要要部件是是液晶屏屏，分辨辨率是((1440×900））。主要要優(yōu)點(diǎn)是是：體積積小，重重量輕，，功耗低低，輻射射小，無無閃爍等等。2、顯示示適配器器（又稱稱顯卡））它的作用用是把CPU處處理的數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)換成成模擬信信號(hào)，并并通過顯顯示器顯顯示圖像像。其結(jié)結(jié)構(gòu)如下下圖所示示它主要由由圖形處處理器芯芯片、顯顯示緩存存、BIOS、、VGA接口、、總線接接口等組組成。二、數(shù)碼碼相機(jī)1、數(shù)碼相相機(jī)的工工作原理理數(shù)碼相機(jī)機(jī)心臟是是電荷耦耦合器件件(CCD)。使用數(shù)字字照相機(jī)機(jī)時(shí)，只只要對(duì)著著被攝物物體按動(dòng)動(dòng)按鈕，，圖像便便會(huì)被分分成紅、、綠、藍(lán)藍(lán)三種光線，然后投投影在電電耦合器器件上，，CCD把光線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電荷，其強(qiáng)度度隨被捕捕捉景像像上反射射的光線線強(qiáng)度而而改變，，然后，，CCD把這些電電荷送到到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器器，對(duì)光光線數(shù)據(jù)據(jù)編碼，，再儲(chǔ)存存到存儲(chǔ)儲(chǔ)裝置中中。在軟軟件支持持下，可可在屏幕幕上顯示示照片，，還可進(jìn)進(jìn)行放大大、修飾飾處理。。2、數(shù)碼碼相機(jī)與與傳統(tǒng)相相機(jī)的主主要區(qū)別別（1）感感光原理理和存儲(chǔ)儲(chǔ)介質(zhì)不不同。（2）取取景方式式不同。。數(shù)碼相相機(jī)還可可通過LCD取取景。（3）數(shù)數(shù)碼相機(jī)機(jī)可以通通過回放放，立即即觀看拍拍攝效果果，對(duì)不不滿意的的立即刪刪除重拍拍，但傳傳統(tǒng)相機(jī)機(jī)不能。。3、數(shù)碼碼相機(jī)的的主要有有點(diǎn)（1）不不需要膠膠卷和沖沖洗。（2）拍拍攝的照照片可以以隨時(shí)瀏瀏覽、刪刪除和重重拍。（3）易易于保存存、復(fù)制制和編輯輯，便于于遠(yuǎn)距離離傳輸。。（4）可可以選擇擇拍攝分分辨率，，確保拍拍攝質(zhì)量量。

4、數(shù)碼相相機(jī)的分辨率數(shù)碼相機(jī)機(jī)的分辨辨率與顯顯示器類類似，是是由相機(jī)機(jī)中CCD芯片上像像素多少少?zèng)Q定的的。它既既決定了了拍攝實(shí)實(shí)際景物物清晰度度，又決決定了在在顯示器器上顯示示出來的的照片大大小及通通過打印印機(jī)打印印出來的的照片大大小。在在CCD芯片上像像素?cái)?shù)目目越多，，分辨率率就越高高。它是是實(shí)際拍拍攝時(shí)可可以使用用的最大大分辨率率。5、數(shù)碼相相機(jī)的存存儲(chǔ)介質(zhì)質(zhì)目前數(shù)碼碼相機(jī)的的存儲(chǔ)介介質(zhì)主要要有下列列幾種：：(1)CF((CompactFlash)卡(2)SM((SmartMedia))卡(3)MemoryStick卡(4)IBMMicroDrive——IBM微型硬盤盤(5)SD((SecureDigitalMemoryCard）卡4.6利利用用AdobePhotoshop處理圖像像信息一、AdobePhotoshop功能能簡(jiǎn)介1、支持持大量的的圖像格格式可實(shí)現(xiàn)圖圖像文件件的相互互轉(zhuǎn)換。。它默認(rèn)認(rèn)的圖像像文件格格式是PSD＆＆PDD，其他他的圖像像文件有有BMP,PCX,TIF,,JPG,GIF,TGA等等2、具有有繪圖功功能可以利用用豐富的的繪圖工工具繪制制各種