數(shù)字媒體技術(shù)課件-ch03

數(shù)字圖像技術(shù)內(nèi)容提綱視覺感知基礎(chǔ)圖像的顏色空間及轉(zhuǎn)換圖像的基本屬性及種類數(shù)字圖像的獲取技術(shù)圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)內(nèi)容提綱視覺感知基礎(chǔ)圖像的顏色空間及轉(zhuǎn)換圖像的基本屬性及種類數(shù)字圖像的獲取技術(shù)圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)Humanintuitionandanalysisplayacentralroleinthechoiceofonetechniqueversusanotherthischoiceoftenismadebasedonsubjective,visualjudgmentsDevelopingabasicunderstandingofhumanvisualperceptionMostrudimentaryaspectsofhumanvision,inparticular,themechanicsandparametersrelatedtohowimagesareformedintheeye,thephysicallimitationsofhumanvisionElementsofVisualPerceptionStructureoftheHumanEyeCornea:角膜Sclera:鞏膜Choroid:脈絡(luò)膜Retina:視網(wǎng)膜Lens:晶狀體Fovea:中央凹Ciliarymuscle:睫狀體TherearetwoclassesofreceptorsdistributedoverthesurfaceoftheretinaCones6~7millionineacheye,locatedprimarilyinthecentralportionoftheretina,calledthefoveahighlysensitivetocolorHumanscanresolvefinedetailswiththeseconeslargelybecauseeachoneisconnectedtoitsownnerveendconevisioniscalledphotopicorbright-lightvisionStructureoftheHumanEyeRods75~150million,distributedovertheretinasurfacegiveageneral,overallpictureofthefieldofviewtheyarenotinvolvedincolorvisionandaresensitivetolowlevelsofilluminationforexample,objectsthatappearbrightlycoloredindaylightwhenseenbymoonlightappearascolorlessformsbecauseonlytherodsarestimulatedthisphenomenonisknownasscotopicordim-lightvisionStructureoftheHumanEyeStructureoftheHumanEyeThedistancebetweenthecenterofthelensandtheretina(calledthefocallength)variesfromapproximately17mmtoabout14mm,astherefractivepowerofthelensincreasesfromitsminimumtoitsmaximumImageFormationintheEyeTherangeoflightintensitylevelstowhichthehumanvisualsystemcanadaptisenormous–ontheorderof1010,fromthescotopicthresholdtotheglarelimitExperimentalevidenceindicatesthatsubjectivebrightnessisalogarithmicfunctionofthelightintensityincidentontheeyeBrightnessAdaptationandDiscriminationVisualsystemcannotoperateoversucharangesimultaneously.Rather,itaccomplishesthislargevariationbychangesinitsoverallsensitivity,aphenomenonknownasbrightnessadaptationThetotalrangeofdistinctintensitylevelsitcandiscriminatesimultaneouslyisrathersmallwhencomparedwiththetotaladaptationrangeForanygivensetofconditions,thecurrentsensitivitylevelofthevisualsystemiscalledthebrightnessadaptationlevelBrightnessAdaptationandDiscriminationBrightnessAdaptationandDiscriminationTheabilityoftheeyetodiscriminatebetweenchangesinlightintensityatanyspecificadaptationlevelisalsoofconsiderableinterestAclassicexperimentHavingasubjectlookataflat,uniformlyilluminatedarealargeenoughtooccupytheentirefieldofview,whichisilluminatedfrombehindbylightsourcewhoseintensity,I,andbevariedAddanincrement,ΔI,tothisfield,intheformofashort-durationflashthatappearsasacircleinthecenterofthefieldBrightnessAdaptationandDiscriminationIfΔIisnotbrightenough,thesubjectsays“no,”indicatingnoperceivablechange.AsΔIgetsstronger,thesubjectmaygiveapositiveresponseof“yes,”indicatingaperceivedchangeBrightnessAdaptationandDiscriminationThequantityΔIc/I,whereΔIcistheincrementofilluminationdiscriminable50%ofthetimewithbackgroundilluminationI,iscalledtheWeberratio

BrightnessAdaptationandDiscriminationThiscurveshowsthatbrightnessdiscriminationispoor(theWeberratioislarge)atlowlevelsofillumination,anditimprovessignificantly(theWeberratiodecreases)asbackgroundilluminationincreasedThetwobranchesreflectthefactthatatlowlevelsofilluminationvisioniscarriedoutbyactivityoftherods,whereasathighlevels(showingbetterdiscrimination)visionisthefunctionofconesBrightnessAdaptationandDiscriminationTwophenomenaclearlydemonstratethatperceivedbrightnessisnotasimplefunctionofintensityMachbands(ErnstMach,1865)SimultaneouscontrastBrightnessAdaptationandDiscriminationBrightnessAdaptationandDiscriminationBrightnessAdaptationandDiscriminationOtherexamplesofhumanperceptionphenomenaareopticalillusions,inwhichtheeyefillsinnonexistinginformationorwronglyperceivesgeometricalpropertiesofobjectsOpticalIllusionsOpticalIllusionsOpticalIllusionsOpticalIllusionsOpticalIllusionsOpticalIllusions內(nèi)容提綱視覺感知基礎(chǔ)圖像的顏色空間及轉(zhuǎn)換圖像的基本屬性及種類數(shù)字圖像的獲取技術(shù)圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)數(shù)字圖像多媒體計算機處理圖像和視頻，首先必須把連續(xù)的圖像函數(shù)f(x,y)進行數(shù)字化處理采樣(sampling)：空間坐標(biāo)(x,y)的離散化量化(quantization)：f(x,y)顏色的離散化顏色的基本概念彩色可用亮度、色調(diào)和飽和度來描述亮度：光作用于人眼引起的明亮程度的感覺，它與被觀察物體的發(fā)光強度以及人類視覺系統(tǒng)的視敏函數(shù)有關(guān)色調(diào)：當(dāng)人眼看一種或多種波長的光時所產(chǎn)生的彩色感覺，它反映顏色的種類，是決定顏色的基本特性某一物體的色調(diào)：是指該物體在日光照射下所反射（透射）的各光譜成分作用于人眼的綜合效果飽和度：指顏色的純度，即摻入白光的程度通常把色調(diào)和飽和度通稱為色度亮度表示某彩色光的明亮程度色度則表示顏色的類別與深淺程度顏色的基本概念顏色的基本概念三基色（RGB）原理自然界常見的各種顏色光，都可由紅（R）、綠（G）、藍（B）3種顏色光按不同比例相配而成，同樣絕大多數(shù)顏色也可分解成紅、綠、籃3種色光由于人眼對紅、綠、藍3種色光最敏感，因此由這3種顏色相配所得的彩色范圍也最廣，所以一般都選這3種顏色作為基色RGB彩色空間計算機彩色監(jiān)視器使用的是RGB彩色空間。不管多媒體系統(tǒng)中采用什么形式的彩色空間表示，最后的輸出一定要轉(zhuǎn)換成RGB彩色空間表示RGB彩色空間任意彩色光F，其配色方程可寫成：

F=r[R]+g[G]+b[B]RGB彩色空間任何一種色光，其色度可由相對色系數(shù)中的任意兩個唯一確定。用r和g作為兩個直角坐標(biāo)所畫的各種色度的平面圖形稱作RGB色度圖YUV和YIQ彩色空間在彩色電視系統(tǒng)中，將RGB信號通過矩陣變換電路得到亮度信號Y、色差信號R-Y和B-Y，將其編碼后進行發(fā)送，這就是常用的YUV彩色空間YUV和YIQ彩色空間采用YUV彩色空間的好處：1、亮度信號Y解決了彩色與黑白電視機的兼容問題2、人眼對彩色細(xì)節(jié)的分辨能力遠比對亮度細(xì)節(jié)的分辨能力低，可利用人的視覺特性降低數(shù)據(jù)量，以便充分利用信道的帶寬或者節(jié)省存儲容量。如Y:U:V=8:2:2，將一個像素用24bit表示壓縮為用12bit表示，而人眼卻感覺不出來YUV和YIQ彩色空間PAL制使用YUV彩色空間，NTSC制使用YIQ彩色空間。Y仍亮度信號，I、Q仍為色差信號，但與U、V正交軸之間有33o夾角壓縮帶寬：Q（人眼最不敏感色軸）的傳送帶寬僅是I（人眼最敏感色軸）的1/3I、Q與V、U之間的關(guān)系可表示成：I=Vcos33o–Usin33oQ=Vsin33o+Ucos33oHSI彩色空間H表示色調(diào)（hue），S表示顏色的飽和度（saturation），I表示光的強度（intensity）其他顏色空間CIE（國際照明委員會）制定的彩色空間CIEXYZ、CIELAB國際無線電咨詢委員會（CCIR）制定的彩色空間：CCIR601-2YCbCr搞清楚彩色空間表示以及它們之間的轉(zhuǎn)換，是多媒體計算機彩色圖形、靜態(tài)圖像以及動態(tài)圖像處理算法的基礎(chǔ)彩色空間的轉(zhuǎn)換彩色攝像機最初得到是RGB信號，為了和黑白電視機兼容和壓縮數(shù)據(jù)，傳輸過程中使用亮度信號和色差信號RGB和YUV之間的轉(zhuǎn)換彩色空間的轉(zhuǎn)換RGB和YIQ之間的轉(zhuǎn)換彩色空間的轉(zhuǎn)換RGB和YCrCb之間的轉(zhuǎn)換彩色空間的轉(zhuǎn)換HSI彩色空間與RGB彩色空間的轉(zhuǎn)換內(nèi)容提綱視覺感知基礎(chǔ)圖像的顏色空間及轉(zhuǎn)換圖像的基本屬性及種類數(shù)字圖像的獲取技術(shù)圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)圖像的基本屬性及種類描述以及處理一幅圖像需要使用圖像的屬性。圖像的屬性包含分辨率、顏色深度、文件大小、圖像的種類等?？臻g分辨率灰度級分辨率（像素深度）灰度級分辨率（像素深度）圖像的基本屬性及種類分辨率顯示分辨率顯示屏上水平和垂直方向上的最大像素點的個數(shù)圖像分辨率一幅圖像在水平和垂直方向上的最大像素點的個數(shù)。掃描分辨率與打印分辨率單位：每英寸多少點（DotsPerInch，dpi）圖像的基本屬性及種類圖像的大小及種類圖像的大小矢量圖用一系列計算機指令來表示一幅圖。優(yōu)點：文件體積一般較??；當(dāng)它被放大、縮小或旋轉(zhuǎn)都不會失真。缺點：難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果。圖像的基本屬性及種類圖像的大小及種類位圖、點位（陣）圖、柵格圖把一幅圖分成許多的像素。每個像素用若干個二進制位來指定該像素的顏色、亮度、屬性等。因此一幅圖由許多像素的數(shù)據(jù)組成，而這些數(shù)據(jù)作為一個文件來存儲，這種文件又稱為位圖文件。優(yōu)點：在表現(xiàn)復(fù)雜的圖像和豐富的色彩方面有明顯的優(yōu)勢。缺點：位圖與分辨率有關(guān)，文件占據(jù)的存儲器空間比較大。圖像的基本屬性及種類矢量圖和位圖之間可以用軟件進行轉(zhuǎn)換，由矢量圖轉(zhuǎn)換成點位圖采用柵格化(rasterizing)技術(shù)，這種轉(zhuǎn)換也相對容易；由位圖轉(zhuǎn)換成矢量圖用跟蹤(tracing)技術(shù)，這種技術(shù)在理論上說是容易，但在實際中很難實現(xiàn)，對復(fù)雜的彩色圖像尤其如此。圖像的基本屬性及種類常見的位圖圖像格式PSD：PhotoshopDocumentBMP：Bitmap-FileJPEG:JointPhotographicExpertsGroupGIF：GraphicsInterchangeFormatTIFF：TaggedImageFileFormat…常見的矢量圖圖像格式CDR：CorelDRAWDWG：AutoCADDXF：AutoCADEPSAI：Illustrator…BMP位圖（bitmap,BMP）是一種與設(shè)備無關(guān)的圖像文件格式，是Windows軟件推薦使用的一種格式BMP圖像文件格式共分3個域：文件頭（分為兩個字段）、彩色映射和圖像數(shù)據(jù)內(nèi)容提綱視覺感知基礎(chǔ)圖像的顏色空間及轉(zhuǎn)換圖像的基本屬性及種類數(shù)字圖像的獲取技術(shù)圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)位圖的獲取設(shè)備與技術(shù)位圖的獲取通常用掃描儀，以及攝像機、錄相機、激光視盤與視頻信號數(shù)字化卡一類設(shè)備。獲取位圖圖像的三種常用方法：通過數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備采集，如：掃描儀或視頻采集卡通過數(shù)字化設(shè)備攝入，如：數(shù)碼相機、數(shù)字?jǐn)z像機從數(shù)字圖庫中收集，如：光盤、網(wǎng)絡(luò)、硬盤。掃描儀概述掃描儀（Scanner）是一種圖像輸入設(shè)備，利用光電轉(zhuǎn)換原理，通過掃描儀光電的移動或原稿的移動，把黑白或彩色的原稿信息數(shù)字化后輸入到計算機中。掃描儀掃描儀的結(jié)構(gòu)掃描儀由電荷耦合器件（CCD）陣列、光源及聚焦透鏡組成CCD（ChargeCoupledDevice）排成一行或一個陣列，陣列中的每個器件都能把光信號變?yōu)殡娦盘?。光敏器件所產(chǎn)生的電量與所接收的光亮成正比掃描儀信息數(shù)字化原理以平面式掃描儀為例，把原件面朝下放在掃描儀的玻璃臺上，掃描儀內(nèi)發(fā)出光照射原件，反射光線經(jīng)一組平面鏡和透鏡導(dǎo)向后，照射到CCD的光敏器件上。來自CCD的電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到代表每個像素顏色的數(shù)字值。步進電機驅(qū)動掃描頭沿平臺作微量運動，每移動一步，即獲得一行像素值掃描彩色圖像時分別用紅、綠、藍濾色鏡捕捉各自的灰度圖像，然后把它們組合成為RGB圖像掃描儀掃描儀的分類手動式掃描儀平面式掃描儀膠片（幻燈片）式掃描儀滾筒式掃描儀掃描儀掃描儀的種類手動式掃描儀平面式掃描儀滾筒式掃描儀膠片掃描儀掃描儀掃描儀技術(shù)參數(shù)幅面，如A3、A4光學(xué)分辨率，如600dpi*1200dpi掃描分辨率，如1200dpi*2400dpi灰度與色彩，如256級灰度，24位真彩色掃描速度與計算機接口，如SCSI、USB、打印口配件：投射板、送紙器數(shù)碼相機數(shù)碼相機也叫數(shù)字式相機（DigitalCamera，簡稱DC）。數(shù)碼相機是集光學(xué)、機械、電子一體化的產(chǎn)品。它集成了影像信息的轉(zhuǎn)換、存儲和傳輸?shù)炔考哂袛?shù)字化存取模式，與電腦交互處理和實時拍攝等特點。數(shù)碼相機數(shù)碼相機的工作原理數(shù)碼相機的工作原理如下：當(dāng)按下快門時，鏡頭將光線會聚到感光器件CCD（電荷耦合器件）上，它代替了普通相機中膠卷的位置，功能是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。感光器件得到了對?yīng)于拍攝景物的電子圖像，A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）器件獲得數(shù)字信號。微處理器（MPU）對數(shù)字信號進行壓縮并轉(zhuǎn)化為特定的圖像格式，例如JPEG格式。最后，圖像文件被存儲在內(nèi)置存儲器中。通過數(shù)碼相機，我們可以通過LCD（液晶顯示器）查看拍攝到的照片。圖像傳感器的表面，分成若干個捕捉點，每個點都會產(chǎn)生一個數(shù)值，表示該點感受到的光線亮度，這就叫做"像素"。像素越多，圖像細(xì)節(jié)就越豐富。如果一臺相機的像素是1600x1200，就說明圖像傳感器橫向有1600個捕捉點，縱向有1200個，合計192萬個。圖像傳感器彩色圖像的獲取數(shù)碼相機數(shù)碼相機的工作部件數(shù)碼相機是由鏡頭、CCD、A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）、MPU（微處理器）、內(nèi)置存儲器、LCD（液晶顯示器）、PC卡（可移動存儲器）和接口（計算機接口、電視機接口）等部分組成，通常它們都安裝在數(shù)碼相機的內(nèi)部。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)矢量圖形是通過電腦的繪圖軟件創(chuàng)作并在電腦上繪制出來。可以看到矢量圖形的獲取其實就是繪制。繪制一個圖形必然涉及到兩個方面的內(nèi)容：硬件和軟件，即繪圖所用的工具和繪圖軟件。繪圖板是幫助人們利用電腦進行圖形、影視、動畫等制作的一種特殊工具，用筆替代鼠標(biāo)、鍵盤完成它們無法完成的精細(xì)工作。例如：《泰坦尼克號》或《星球大戰(zhàn)前傳》等大片，其中恢弘壯大的場面和嘆為觀止的電影特技是采用繪圖板繪制而成。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)（1）什么是繪圖板繪圖板，又叫數(shù)位板，它是一種專門針對電腦繪圖而設(shè)計的輸入設(shè)備，通常由一塊板子和一支筆組成，主要面向美工、設(shè)計師或者繪圖工作者、美術(shù)愛好者等用戶。繪圖板的特色具備壓力感測功能，配合相關(guān)軟件（如Painter、Photoshop等）可以根據(jù)使用者下筆的輕重做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，如筆畫的粗細(xì)、顏色的濃淡，就像使用真的畫筆一樣，畫出來的線條就很活潑。在影像合成應(yīng)用方面，通常要將數(shù)張圖利用淡入淡出的效果貼合成在一起，有了壓力感測的功能，只要適當(dāng)控制下筆的輕重，就可以做出平順的淡入淡出效果，而不用繁頻切換工具的透明度或是動用濾鏡處理，可節(jié)省大量的時間。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)（2）繪圖板的功能繪圖板可以模擬各種各樣的畫家的畫筆，如模擬最常見的毛筆，用力重時，毛筆能畫很粗的線條，很輕時它可以畫出很細(xì)很淡的線條。它也可以模擬噴槍，而且還能根據(jù)筆傾斜的角度，噴出扇形等等的效果。除了模擬傳統(tǒng)的各種畫筆效果外，它還可以利用電腦的優(yōu)勢，實現(xiàn)使用傳統(tǒng)工具無法實現(xiàn)的效果，例如根據(jù)壓力大小進行圖案的貼圖繪畫，使用者只需要輕輕幾筆就能很容易繪出一片開滿大小形狀各異的鮮花的芳草地。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)繪圖板作為一種硬件輸入工具，結(jié)合Painter、Photoshop等繪圖軟件，可以創(chuàng)作出各種風(fēng)格的作品：油畫、水彩畫、素描...。繪圖板除了可用于繪畫之外，還可以用于照片處理、3D制作、游戲制作和影視制作等。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)（3）繪圖板與手寫板的區(qū)別手寫板的作用和鍵盤類似，局限于輸入文字或者繪畫，也具有一些鼠標(biāo)的功能。手寫板一般是使用手寫筆，或者手指在特定的區(qū)域內(nèi)書寫文字，通過各種方法將筆或者手指走過的軌跡記錄下來，然后識別為文字。與手寫板不同，繪圖板是一種專門針對電腦繪圖而設(shè)計的輸入設(shè)備，主要面向美工、設(shè)計師或者繪圖工作者、美術(shù)愛好者等用戶。手寫板則主要是為了解決文字輸入而設(shè)計的。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)在原理上，大部分繪圖板是靠電磁筆的感應(yīng)識別的，可以和桌面的分辨率進行絕對對應(yīng)的。手寫筆上一般沒有感應(yīng)裝置，甚至可以用別的東西例如牙簽、手指等代替手寫筆在上面進行書寫。Wacom電磁繪圖板蒙恬手寫板3.4.2矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)（4）繪圖板的主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)包括：壓感級數(shù)、有效尺寸、解析度、讀取速度和接口類型等。壓感級數(shù)則是衡量繪圖板的重要技術(shù)指標(biāo)之一。壓感級數(shù)越大的繪圖板越能表現(xiàn)細(xì)膩的質(zhì)感，因而也能創(chuàng)造出更加豐富的視覺效果。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)最大有效尺寸是手寫板中一個很直觀的指標(biāo)，表示了繪畫板有效的手寫區(qū)域。目前市場上銷售的繪圖板，一般有5x4",8x6",12x9"等尺寸。當(dāng)數(shù)位板的有效輸入面積大的時候，一方面繪畫的空間更多、動作更自然；另一方面就是畫細(xì)節(jié)時，數(shù)位板的面積越大，單位面積上能夠用來控制一個區(qū)域的識別點就越多，筆觸也就能體現(xiàn)得越細(xì)膩；但是如果數(shù)位輸入設(shè)備的面積與屏幕大小相差很多，那手實際上所畫的大小與屏幕上看到的大小會按比例有很大差距。久而久之可能會影響繪畫的手感。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)繪圖板的解析度指的是板在單位長度上所分布的感應(yīng)點數(shù)，單位為lpi（LinesPerInch），也稱最大分辨率。解析度精度越高對手寫的反映越靈敏，對繪圖板板的要求也越高。接口類型是指該繪圖板與電腦主機之間的連接方式和類型。早期的老式繪圖板一般采用串行接口（COM）與電腦進行連接，速度較慢，也不支持熱插拔。近兩年的產(chǎn)品基本上采用USB的連接方式，可迅速安裝在PC上，即插即用，使用非常方便。矢量圖的獲取設(shè)備與技術(shù)最高讀取速度是繪圖板每秒鐘所能讀取的最大感應(yīng)點數(shù)量，單位pps(pointspersecond)，也稱點/秒。最高讀取速度越高，給人的直觀感受就是繪圖板反應(yīng)速度越快，因此輸入速度就越快?，F(xiàn)在一般繪圖板的最高讀取速度為200pps。內(nèi)容提綱視覺感知基礎(chǔ)圖像的顏色空間及轉(zhuǎn)換圖像的基本屬性及種類數(shù)字圖像的獲取技術(shù)圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)PhotoshopPhotoshop是Adobe公司推出的一款功能十分強大、使用范圍廣泛的平面圖像處理軟件。FireworksMacromedia公司開發(fā)的，用來設(shè)計和制作專業(yè)化網(wǎng)頁圖形的網(wǎng)頁制作軟件之一。ACDsee目前非常流行的看圖工具之一，此外ACDSee也是很好的圖片編輯工具，還能進行批量處理。圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)CoreldrawCoreldraw是目前最流行的矢量圖形設(shè)計軟件之一。繪圖功能和排版功能都很強大。IllustratorIllustrator是Adobe公司推出的矢量圖形設(shè)計軟件，可以很好的和photoshop，flash，dreamware等軟件結(jié)合使用。圖像創(chuàng)意設(shè)計與編輯技術(shù)圖像處理基本概念圖層P