多媒體技術(shù)應(yīng)用教程之圖形圖像處理技術(shù)

多媒體技術(shù)應(yīng)用教程陳永強，張聰主編胡兵，崔樹芹，蘇勇參編電子工業(yè)出版社2011.8第一頁，共五十六頁。第三章圖形圖像處理技術(shù)3.1圖形圖像基本原理

3.1.1人類視覺特性

3.1.2計算機圖形

3.1.3數(shù)字圖像3.2常用圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1JPEG

3.2.2JPEG20003.3常用圖形圖像處理軟件

3.3.1繪圖設(shè)計軟件AutoCAD

3.3.2圖像處理軟件Photoshop3.4圖形圖像處理實驗

3.4.1AutoCAD實驗

3.4.2Photoshop實驗2第二頁，共五十六頁。第三章圖形圖像處理技術(shù)3.1圖形圖像基本原理3.1.1人類視覺特性3.1.2計算機圖形3.1.3數(shù)字圖像3第三頁，共五十六頁。計算機圖形學(xué)、圖像處理是計算機理論與應(yīng)用領(lǐng)域的2個分支學(xué)科，其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖形圖像處理指的是使用圖形圖像輸入/輸出設(shè)備、圖形圖像算法與軟件在計算機上處理和生成靜態(tài)或動態(tài)的圖形圖像。

4第四頁，共五十六頁。3.1.1人類視覺特性眼睛對光的感覺被稱為光覺，對顏色的感覺被稱為色覺，它們是眼睛的基本特性。1．光覺2．色覺

5第五頁，共五十六頁。3.1.1人類視覺特性1．光覺視覺系統(tǒng)要產(chǎn)生光感覺，就需要有一定量的光進入眼球，我們把產(chǎn)生光覺的最小亮度稱為光覺門限或光覺閾。光覺門限與刺激面積有密切關(guān)系，這種關(guān)系可以使用里克（Ricco）定理和里波（Riper）定理來描述。6第六頁，共五十六頁。3.1.1人類視覺特性2．色覺人們對色覺的普遍認(rèn)識是：光線波長的不同而產(chǎn)生了不同的顏色感覺。色覺是視覺系統(tǒng)的基本機能，對于圖像和物體的檢測具有重要意義。對人眼而言，可見光線的波長在380～780mμ范圍內(nèi)，一般可分辨出包括紫、藍、青、綠、黃、橙、紅等7種主要顏色在內(nèi)的120～180種不同的顏色。目前，一般采用“三原色學(xué)說”來解釋色覺機理。

7第七頁，共五十六頁。3.1.2計算機圖形1．計算機圖形學(xué)2．計算機圖形與圖形基元3．計算機圖形的表示特點

8第八頁，共五十六頁。3.1.2計算機圖形1．計算機圖形學(xué)計算機圖形學(xué)是研究圖形處理技術(shù)（利用計算機來處理圖形）的學(xué)科，包括圖形處理的原理、方法和技術(shù)等內(nèi)容。（1）主要研究內(nèi)容：圖形的生成和表示技術(shù)；圖形的運算方法；圖形輸入/輸出設(shè)備及相應(yīng)的輸入/輸出技術(shù)；圖形系統(tǒng)與支持部件；圖形信息的描述和表示；幾何模型的構(gòu)造技術(shù)與動畫技術(shù)；圖形的實時性與真實感。（2）主要應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計算可視化；圖形用戶界面；計算機輔助設(shè)計；娛樂與計算機動畫；圖形實時繪制與自然景物仿真；計算機藝術(shù)。

9第九頁，共五十六頁。3.1.2計算機圖形2．計算機圖形與圖形基元計算機圖形是一個廣義的概念，它既包括了描述圖形，也包括了自然圖形。從構(gòu)成圖形的要素來看，圖形是由點、線、面、體等幾何要素以及明暗、灰度、色彩等非幾何要素構(gòu)成的?？梢赃@樣來描述計算機圖形：它是從客觀世界的物體中抽象出來的、具有灰度或色彩以及具有形狀的圖或形。事實上，這樣的定義也涵蓋了“圖像”這一概念。10第十頁，共五十六頁。3.1.2計算機圖形2．計算機圖形與圖形基元圖形基元指的是最基本的圖形元素。在計算機圖形學(xué)中，它實際上包括兩層含義，即靜態(tài)含義和動態(tài)含義。靜態(tài)含義指的是圖形基元的邏輯意義，即前面所述的基本圖形單元在計算機內(nèi)的表示；動態(tài)含義指的是顯示輸出圖形基元的過程（被稱為輸出基元或圖形輸出原語），即在輸出設(shè)備的指定位置使用最基本的輸出原語來生成確定的圖形幾何結(jié)構(gòu)。

11第十一頁，共五十六頁。3.1.2計算機圖形3．計算機圖形的表示特點

在圖形系統(tǒng)中，計算機圖形是以指令的形式來存放的。計算機通過指令和數(shù)學(xué)公式來建立矢量的計算機圖形。

12第十二頁，共五十六頁。3.1.2計算機圖形3．計算機圖形的表示特點矢量圖形式表示的計算機圖形特點：（1）圖形縮放不變形（2）局部編輯特性（3）存儲空間小

13第十三頁，共五十六頁。圖3-1一幅計算機圖形

第十四頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像根據(jù)記錄方式的不同，圖像可以分為兩大類：模擬圖像和數(shù)字圖像，前者通過某種物理量（如光和電）的強弱變化來記錄圖像上各點的灰度信息，后者則是使用數(shù)字來記錄圖像灰度信息的。數(shù)字圖像是一種可以在計算機中顯示、編輯、保存和輸出的圖像。

第十五頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像1．?dāng)?shù)字圖像處理2．灰度與圖像數(shù)據(jù)的表示3．位圖圖像的表示特點4．矢量圖與位圖文件的對比

第十六頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像1．?dāng)?shù)字圖像處理（1）主要研究內(nèi)容：圖像信息的獲取、存儲、傳輸、處理、輸出與顯示。（2）典型的應(yīng)用領(lǐng)域：遙感圖像處理、醫(yī)學(xué)應(yīng)用、圖像通信領(lǐng)域、安全保障領(lǐng)域、教學(xué)與科研領(lǐng)域。

第十七頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像2．灰度與圖像數(shù)據(jù)的表示灰度是指圖像上各點處的顏色深淺程度的信息。對于單色黑白圖像來說，灰度即是黑白程度等級；對于彩色圖像來說，因為任何彩色圖像都可以分解成紅、綠、藍三種單色圖像，所以彩色圖像的灰度指的是這三種單色圖像的灰度。第十八頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像2．灰度與圖像數(shù)據(jù)的表示數(shù)字圖像在計算機上是以位圖的形式存在的，位圖是一個矩形點陣，上面的每一個點被稱為像素。像素是數(shù)字圖像中的基本單位，一幅m×n大小的圖像由m×n個明暗不等的像素組成。實際上，像素所具有的明暗程度就是由灰度值(GrayLevel)來標(biāo)識的。

第十九頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像3．位圖圖像的表示特點位圖圖像適合表現(xiàn)具有細致層次和豐富色彩等特點的圖像。位圖圖像文件較大，需消耗大量的存儲空間。位圖圖像的編輯也比較困難。位圖圖像缺乏靈活性。第二十頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像4．矢量圖與位圖文件的對比圖形圖像文件大致上可以分為兩大類：一類為位圖（又稱光柵或像素圖）文件；另一類稱為描繪類、矢量類或面向?qū)ο髨D形圖像文件。前者以點陣形式描述圖形圖像，后者是以數(shù)學(xué)方法描述的一種由幾何元素組成的圖形圖像。

第二十一頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像4．矢量圖與位圖文件的對比類別矢量圖位圖表示原理用數(shù)學(xué)方法描述通過采樣、量化等步驟文件大小體積小體積大靈活性旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、傾斜等變換操作容易，且不變形、不失真操作不容易，易變形、失真色彩單一缺乏變化豐富逼真適用類型簡單的幾何圖形較復(fù)雜的圖像（如照片）表3-1

第二十二頁，共五十六頁。3.1.3數(shù)字圖像4．矢量圖與位圖文件的對比（1）位圖文件的常見格式：PCX、TIFF、TGA、BMP、GIF、JPEG、PNG。（2）矢量圖文件的常見格式：WMF、EMF、EPS、DXF、SWF。

第二十三頁，共五十六頁。第三章圖形圖像處理技術(shù)3.2常用圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1JPEG

3.2.2JPEG2000第二十四頁，共五十六頁。對于靜止的圖像，已有多個國際標(biāo)準(zhǔn)。ISO制定了JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)和JBIG（JoinBilevelImageGroup）標(biāo)準(zhǔn)，ITU制定了G3、G4等標(biāo)準(zhǔn)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，JPEG標(biāo)準(zhǔn)及其下一代的JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)運用的最為廣泛。

第二十五頁，共五十六頁。3.2.1JPEGJPEG是關(guān)于靜止圖像編碼的聯(lián)合專家組名稱的縮寫。該專家組的任務(wù)是開發(fā)一種用于連續(xù)色調(diào)的（黑白的或真彩色的）靜止圖像壓縮編碼的通用算法的國際標(biāo)準(zhǔn)。JPEG標(biāo)準(zhǔn)可用于自然景象或任何連續(xù)色調(diào)圖像的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的壓縮編碼和解碼。

第二十六頁，共五十六頁。3.2.1JPEG1．工作方式2．編碼算法3．壓縮效果

第二十七頁，共五十六頁。3.2.1JPEG1．工作方式（1）順序方式：圖像被分割為成行成列的小塊，編碼時由左而右、由上而下地逐行逐列對每個小塊進行運算，直到所有小塊都被編碼為止。（2）漸進方式：整個圖像首先以一種低于最終質(zhì)量要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（如分辨率或數(shù)據(jù)精度）進行編碼，完成后再以較上次高一級的質(zhì)量要求進行一次編碼，僅傳輸為改善質(zhì)量所需增加的那部分信息。

第二十八頁，共五十六頁。3.2.1JPEG2．編碼算法JPEG標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三種級別的編碼算法：基本系統(tǒng)（BaselineSystem）、擴展系統(tǒng)（ExtendedSystem）和無失真系統(tǒng)（LosslessSystem）。JPEG的基本系統(tǒng)算法可以歸結(jié)為以下幾個過程：①通過DCT降低圖像數(shù)據(jù)的相關(guān)性。②利用人眼視覺特性對系數(shù)進行自適應(yīng)量化。③對每個子塊量化后的系數(shù)矩陣進行z形掃描，將系數(shù)矩陣變換成符號序列。④用哈夫曼變長碼對符號進行熵編碼。第二十九頁，共五十六頁。3.2.1JPEG3．壓縮效果彩色自然景物和人像的測試圖片:壓縮到0.15位/像素時，圖像可識別；壓縮到0.25位/像素時，解碼后的圖像可評價為“有用”；壓縮到約0.75位/像素時，被認(rèn)為是“極佳”；壓縮到約1.5位/像素時，基本上與原圖像無法區(qū)別。

第三十頁，共五十六頁。3.2.2JPEG20001．新特性2．基本框架和實現(xiàn)3．核心算法4．應(yīng)用

第三十一頁，共五十六頁。3.2.2JPEG20001．新特性高壓縮率無損壓縮漸進傳輸感興趣區(qū)域壓縮碼流的隨機訪問和處理容錯性開放的框架結(jié)構(gòu)基于內(nèi)容的描述第三十二頁，共五十六頁。3.2.2JPEG20002．基本框架和實現(xiàn)第三十三頁，共五十六頁。3.2.2JPEG20002．基本框架和實現(xiàn)整個JPEG2000的編碼過程可概括：①把原圖像分解成各個成分（亮度信號和色度信號）。②把圖像和它的各個成分分解成矩形圖像片。圖像片是原始圖像和重建圖像的基本處理單元。③對每個圖像片實施小波變換。④對分解后的小波系數(shù)進行量化并組成矩形的編碼塊。⑤對在編碼塊中的系數(shù)“位平面”熵編碼。⑥為使碼流具有容錯性，在碼流中添加相應(yīng)的標(biāo)識符。⑦可選的文件格式用來描述圖像和它的各個成分的意義。

第三十四頁，共五十六頁。3.2.2JPEG20003．核心算法（1）小波變換（2）量化（3）熵編碼第三十五頁，共五十六頁。3.2.2JPEG20004．應(yīng)用JPEG2000的應(yīng)用領(lǐng)域可概略分成兩部分：一是傳統(tǒng)JPEG的市場，如打印機、掃描儀、數(shù)碼相機等；再一個就是新興應(yīng)用領(lǐng)域，如網(wǎng)絡(luò)傳輸、無線通信、數(shù)字圖書館、醫(yī)療圖像等。對JPEG2000熱情最大的是數(shù)碼相機廠商。

第三十六頁，共五十六頁。第三章圖形圖像處理技術(shù)3.3常用圖形圖像處理軟件3.3.1繪圖設(shè)計軟件AutoCAD3.3.2圖像處理軟件Photoshop第三十七頁，共五十六頁。圖形圖像處理軟件一般具有掃描輸入、圖形圖像編輯、打印輸出及文件管理等功能，實際上是一個集各種運算方法于一體的操作平臺，經(jīng)過各種復(fù)雜的運算，以實現(xiàn)圖形圖像數(shù)據(jù)的讀寫、處理、變換和壓縮保存等。

第三十八頁，共五十六頁。3.3.1繪圖設(shè)計軟件AutoCADAutoCAD是由美國Autodesk公司開發(fā)的一個通用交互式繪圖與設(shè)計軟件，是用于二維及三維設(shè)計、繪圖的系統(tǒng)工具，用戶可以使用它來創(chuàng)建、瀏覽、管理、打印、輸出、共享設(shè)計圖形，具有易于掌握，使用方便，體系結(jié)構(gòu)開放等特點。2009年3月，Autodesk公司推出AutoCAD2010簡體中文版。

第三十九頁，共五十六頁。3.3.1繪圖設(shè)計軟件AutoCAD1．功能介紹2．編輯環(huán)境3．基本操作

第四十頁，共五十六頁。3.3.1繪圖設(shè)計軟件AutoCAD1．功能介紹1）繪圖功能2）編輯功能3）設(shè)置功能4）輔助功能5）文件管理功能6）三維功能7）數(shù)據(jù)庫的管理與連接8）開放式體系結(jié)構(gòu)

第四十一頁，共五十六頁。3.3.1繪圖設(shè)計軟件AutoCAD2．編輯環(huán)境AutoCAD2010簡體中文版提供了二維草圖與注釋、三維建模和AutoCAD經(jīng)典三種工作空間模式。

第四十二頁，共五十六頁。圖3-3二維草圖與注釋空間

第四十三頁，共五十六頁。圖3-4三維建?？臻g

第四十四頁，共五十六頁。圖3-5AutoCAD經(jīng)典工作空間

第四十五頁，共五十六頁。3.3.1繪圖設(shè)計軟件AutoCAD3．基本操作（1）安裝與啟動AutoCAD2010（2）選擇工作空間（3）AutoCAD命令（4）圖形文件管理（5）確定點（6）繪圖基本設(shè)置（7）繪制與編輯二維圖形（8）繪制與編輯三維圖形（9）幫助第四十六頁，共五十六頁。3.3.2圖像處理軟件PhotoshopPhotoshop是Adobe公司最為出名的圖像處理軟件之一，集圖像創(chuàng)作、圖像修飾、圖形編輯、彩色繪圖、網(wǎng)頁制作等于一體，在圖形圖像處理領(lǐng)域擁有毋庸置疑的地位。PhotoshopCS4（CS就是CreativeSuite的意思）于2008年9月23日正式發(fā)行。第四十七頁，共五十六頁。3.3.2圖像處理軟件Photoshop1．功能介紹2．編輯環(huán)境3．基本操作第四十八頁，共五十六頁。3.3.2圖像處理軟件Photoshop1．功能介紹圖像編輯圖像合成校色調(diào)色特效制作第四十九頁，共五十六頁。3.3.2圖像處理軟件Photoshop2．編輯環(huán)境第五十頁，共五十六頁。3.3.2圖像處理軟件Photoshop3．基本操作（1）基本概念與基本知識（2）文件操作（3）控制頁面顯示（4）標(biāo)尺、網(wǎng)格和參考線（5）圖像的基本操作（6）圖像的色彩處理

第五十一頁，共五十六頁。第三章圖形圖像處理技術(shù)3.4圖形圖像處理實驗3.4.1AutoCAD實驗3.4.2Photoshop實驗第五十二頁，共五十六頁。3.4.1AutoCAD實驗1．實驗?zāi)康恼莆胀ㄓ脠D形軟件AutoCAD的使用，熟悉AutoCAD2010經(jīng)典工作空間的主界面、工具欄及命令窗口的操作，能基本學(xué)會使用該軟件進行工程制圖。2．實驗內(nèi)容主要應(yīng)用了工具欄中的畫線、平移等操作，還應(yīng)用了相關(guān)的命令