第5章-多媒體技術(shù)

章數(shù)字圖像處理技術(shù)1第一節(jié)數(shù)字圖像處理概論2什么是圖像圖像：物體或事物的一種表示、寫真…一個生動的或圖形化的描述…一種用以表示其他事物的東西。在一般意義下，一幅圖像是另一個事物的一種表示，包含了有關(guān)其所表示物體的描述信息。例如：一幅照片以可見方式顯示了有關(guān)客觀世界的信息。3數(shù)字圖像的獲取方式1、數(shù)字圖像庫的利用（比如從素材光盤及其他途徑獲取圖像）2、用繪圖軟件創(chuàng)建數(shù)字圖像（如從PS里繪制）3、用數(shù)字化設(shè)備攝入數(shù)字圖像 目前可與計算機相連的數(shù)字化攝入設(shè)備包括數(shù)字照相機和數(shù)字攝像機。4、用數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備采集數(shù)字圖像 影像或視頻可通過視頻采集卡轉(zhuǎn)換，對于平面圖像而言，最常用的設(shè)備是掃描儀，它可以將各種照片、平面圖畫、幻燈片、藝術(shù)作品等變換成不同質(zhì)量的數(shù)字圖像5、利用抓圖熱鍵獲取圖像。4數(shù)字圖像的輸出 1、數(shù)字圖像的輸出方式（1）屏幕顯示（2）打印輸出 2、輸出設(shè)備 常用的硬輸出設(shè)備有針式打印機、噴墨打印機、激光打印機等，按色彩類型又可分為黑白和彩色打印兩類。5數(shù)字圖像處理技術(shù)數(shù)字圖像處理：用計算機對圖像進行處理，它是將圖像信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并利用計算機對其進行處理的過程。 圖像的處理包括圖像的獲取或輸入、圖像的編輯處理和圖像的輸出應(yīng)用。獲得數(shù)字圖像后，一般要經(jīng)過再處理后才能符合設(shè)計需要或令人滿意。數(shù)字圖像處理所涉及到的領(lǐng)域：光學、圖形學、電子學、數(shù)學、計算機技術(shù)等多種學科的結(jié)合。6數(shù)字圖像處理系統(tǒng)自然圖像－－圖像數(shù)字化設(shè)備－－輸入圖像存儲－－計算機（帶有處理軟件）－－存儲－－終端顯示。圖像處理系統(tǒng)的三個部件是：處理圖像的計算機、圖像數(shù)字化設(shè)備、圖像顯示設(shè)備。7圖形與圖像區(qū)別圖形與圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，圖形采用矢量結(jié)構(gòu)，而圖像采用的是柵格結(jié)構(gòu)。圖形又叫矢量圖，它實際上就用計算機生成、處理和顯示圖形的一門科學。圖像又叫位圖，它一般由攝影攝像設(shè)備拍攝得到。8矢量圖矢量圖（圖形）一般指計算機繪制的畫面，如直線、圓、圓弧、任意曲線和圖表等矢量圖有許多優(yōu)點。如當需要編輯每一小塊圖形時，矢量圖非常有效；對象圖形的移動、縮放、旋轉(zhuǎn)、復制、屬性的改變（如線條的寬窄、顏色等）也很容易做到。 然而，當圖變得很復雜時，計算機就要花費很長的時間去執(zhí)行繪圖指令才能把一幅圖顯示出來。對于一幅復雜的彩色照片，就很難用數(shù)學來描述，也很難用矢量圖來表示。9位圖位圖（圖像）是指由輸入設(shè)備捕捉的實際場景畫面或以數(shù)字化形式存儲的任意畫面。又稱點陣圖。它能夠忠實地記錄圖像中每一個象素的顏色、位置和亮度。一幅位圖是由許多描述每個像素的數(shù)據(jù)組成的，這些數(shù)據(jù)通常稱為圖像數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)作為一個文件來存貯，這種文件稱為圖像文件。位圖可以采用將自然圖像進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的方式來獲取，這個過程稱為圖像的掃描。10位圖與矢量圖的比較文件內(nèi)容容量顯示速度應(yīng)用特點矢量圖圖形指令與圖的復雜程度有關(guān)圖越復雜，需

執(zhí)行的指令越

多，顯示越慢易于編輯，適于“繪制”和“創(chuàng)建”。但表現(xiàn)力受限位圖圖像點陣數(shù)據(jù)與圖的尺寸、色彩有關(guān)與圖的容量有關(guān)適于“獲取”和“復制”，表現(xiàn)力豐富，但編輯較復雜11矢量圖與點位圖在計算機中，表達圖像和計算機生成的圖形圖像有兩種常用的方法：矢量圖法、點位圖法記錄信息：圓心的坐標圓的半徑及色彩編碼記錄信息：記錄各個坐標點上有哪些顏色的像素00000001000000001000010000010000001000001000100000000010000012圖像處理：按照特定的目標，用一系列的特定的操作來“改造”圖像。例如，根據(jù)像素的微觀不同來調(diào)制。改善圖像質(zhì)量圖示處理前處理后13圖形學中生成圖形圖示圖形學：研究根據(jù)給定的描述，用計算機生成相應(yīng)的圖形、圖像的領(lǐng)域。14數(shù)碼相機的工作原理15數(shù)字照相機結(jié)構(gòu)16影像傳感器（Sensors）作用將落在它上面的鏡頭成像的光信號轉(zhuǎn)換為電信號種類CCD（ChargeCoupledDevice）CMOS（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor）17面型影像傳感器18第二節(jié)色彩的基本知識19一、色彩基本概述1、物體的顏色某一景物的顏色，是在特定光源照射下，所反射的某些可見光譜成份在人眼所引起的視覺效果，稱彩色視覺（colorvision）或彩色感。彩色感或者色感是人眼主觀和客觀光源及其反射、吸收相結(jié)合所引起的生理—物理過程。我們經(jīng)驗中對形成的顏色觀念基本上是建立在以太陽為光源的基礎(chǔ)上的。20色彩基本概述2、同色異譜現(xiàn)象由不同的光譜成分混合出相同顏色的現(xiàn)象，稱為同色異譜比如，如果用波長540nm的綠光和700nm的紅光按照一定比例混合，同時作用于人眼時，可以得到相當于580nm的黃光色感；此時，人眼感分辨不出是單色黃光，還是由紅、綠兩種光混合而成的黃光。21色彩基本概述同色異譜現(xiàn)象為人工仿造自然界彩色提供了理論依據(jù)人們可以用少數(shù)幾種顏色的混合色來代替光譜色，同樣可以還原出自然景物的色彩。22色彩基本概述2、太陽光譜和單色光 1672年牛頓用三棱鏡將太陽光（白光）分解成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫（品紅）順序排列漸變的彩帶，這種現(xiàn)象稱作色散（dispersion）只具有單一波長的色光或者所占波譜寬度小于5nm的色光，稱作單色光23色彩基本概述 可見光波長與色的對應(yīng)關(guān)系：一定波長的光與某種顏色相對應(yīng)；且一定波長范圍的光可引起相同色感，即色對光的反映關(guān)系并不是單一的；色光名稱紫藍青綠黃綠黃橙紅波長范圍(nm)380-430430-470470-500500-530530-560560-590590-620620-78024 不同顏色的光，強度相同時照射同一物體也會產(chǎn)生不同的亮度感覺。 色彩的三要素在純正光譜中，黃色的明度最高，顯得最亮；其次是橙、綠；再其次是紅、藍；紫色明度最低，顯得最暗。25二、色彩的三要素 1、亮度： 光作用于人眼時所引起的明亮程度的感覺，它與被觀察物體的發(fā)光強度有關(guān)。 同一物體因受光不同會產(chǎn)生明度上的變化。26 2、色調(diào)： 是當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，所反射的各光譜成分作用于人眼的綜合效果，對于透射物體則是透過該物體的光譜綜合作用的結(jié)果。色彩的三要素273、飽和度：是指顏色的深淺程度，對于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深顏色越鮮明。

淡色的飽和度比濃色要低一些。飽和度還和亮度有關(guān)，同一色調(diào)越亮或越暗越不純。通常把色調(diào)和飽和度通稱為色度。對于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深，顏色越鮮明或說越純，相反則越淡。色彩的三要素281、基色基色是指互為獨立的單色，任一基色都不能由其他兩種基色混合產(chǎn)生（類似空間的基向量）。2、三基色三基色是根據(jù)人眼對彩色視覺的大量實驗證明，選擇紅色、綠色和藍色這三種相互獨立的基色，按照不同比例組合，可以配出的大部分顏色與自然界的色彩相符，能引起人眼各種不同的彩色感。同樣絕大多數(shù)顏色也可以分解成紅綠藍三種色光。三、三基色原理29 絕大多數(shù)顏色也可以分解成紅綠藍三種色光。三基色（RGB）原理： 自然界常見的各種彩色光，都可由紅（R）、綠（G）、藍（B）三種顏色光按不同比例相配而成，同樣絕大多數(shù)顏色也可以分解成紅、綠、藍三種色光，這就是色度學中最基本原理——三基色原理。 三基色的選擇不是唯一的，但是，三種顏色必須是相互獨立的，由于人眼對紅、綠、藍三種色光最敏感，因此由這三種顏色相配所得的彩色范圍也最廣，所以一般都選這三種顏色作為基色。三基色原理30三基色原理三基色圖紅色+綠色=黃色紅色+藍色=品紅綠色+藍色=青色紅色+綠色+藍色=白色互補色：凡是兩種色光相混合而成白光，這兩種色光互為補色。如上圖所示R、C；G、M；B、Y互為補色。31三基色原理3233圖像深度（色彩位數(shù)）圖像深度是指存儲每個像素所用的位數(shù)，用來度量圖像的分辨率。它決定彩色圖像每個像素可能有的顏色數(shù)，或灰度圖像每個像素可能有的灰度級數(shù)。所用二進制數(shù)多少，決定圖象質(zhì)量每種原色色彩位數(shù)總色彩位數(shù)為2N8位24位1678萬種10位30位10.7億種12位36位 687億種 34圖像深度又稱為像素深度，用色彩位數(shù)來表示。例如，一幅彩色圖像的每個像素用R，G，B三個分量表示，若每個分量用8位，那么一個像素共用24位表示，就說像素的深度為24，每個像素可以是224=16777216種顏色中的一種。色彩位數(shù)第三節(jié)圖像的基本屬性35圖像數(shù)字化過程中先要了解的問題1、什么是像素？2、我們通常所說的手機有1000萬像素指的是什么含義？3、每個像素都包含著哪些信息？4、什么是圖像深度？5、圖像的大小如何計算？36圖像的基本屬性描述一幅圖像需要使用圖像的屬性圖像的屬性包含：像素和分辨率像素深度真/偽彩色圖像的表示法和種類37什么是像素？“像素”（Pixel）是由Picture(圖像)和Element(元素)這兩個單詞的字母所組成的，是用來計算數(shù)碼影像的一種單位，我們?nèi)舭延跋穹糯髷?shù)倍，會發(fā)現(xiàn)這些連續(xù)色調(diào)其實是由許多色彩相近的小方點所組成，這些小方點就是構(gòu)成影像的最小單位“像素”。38像素可以用一個數(shù)表示，譬如“640乘480顯示器”，它有橫向640像素和縱向480像素，因此其總數(shù)640×480=307200像素。數(shù)字圖像均是以矩形方塊的象素點來表示。我們平時肉眼看不到方塊，是因為圖像的象素非常多，方塊非常小，如果無限放大，象上圖左邊所示，就是一個個的象素點，在一個方塊內(nèi)就只有一種單純的顏色，嚴格來說我們看到的數(shù)字圖像，顏色是不連續(xù)的。這有別于我們看到的顏色是絕對連續(xù)的真實世界，這主要是我們眼睛的分辨能力也只有百萬種顏色左右。計算圖像的大小，就是計算象素點的多少，以及表達一種象素點信息所用的字節(jié)數(shù)。40揭秘“12億像素”政協(xié)開幕照能看清每個人表情41解析通常一個記者用的普通單反相機拍攝的照片大約有1200萬像素左右，也就是說一張照片的長邊約有4000像素，寬邊約有3000像素?！岸@張億像素的照片，長邊約有4萬像素，寬邊約有3萬像素，整個畫面實際上就有12億像素。這就意味著，一張億像素照片所包含的信息量是一張普通照片的幾十倍乃至數(shù)百倍。”42拍攝的方法就是在現(xiàn)場地毯式地拍攝一堆局部的照片，然后用后期軟件拼起來。這但就對現(xiàn)場和拍攝者有一些要求被攝場景要相對靜態(tài)，拍攝者要盡量快地拍完全部照片。否則場景中的人物動了兩張照片接縫處就拼不起來了。當然每張照片的邊緣肯定不是嚴絲合縫地跟下一張接合的。”43所以，它其實就是由數(shù)百張照片通過后期電腦制作拼接而成的”要完成這樣一張照片，大概需要三步：首先是視覺信息的采集，就是把畫面拍攝下來，然后再通過電腦技術(shù)處理，將這些照片拼接起來；最后再通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)布出來，可以讓讀者隨意放大縮小，瀏覽體驗類似于百度地圖。從拍攝到后續(xù)的合成，一張全景照片需要數(shù)十個小時的工作。44美國航天局為科研而特別研制的相機使用了40億像素的感光元件。40億像素可以拍攝出88000×44000的超大分辨率，這種尺寸的數(shù)碼照片，如果不壓縮的話，一張照片的容量將達到驚人的24GB！早在2007年，瑞士賽茲照相機公司生產(chǎn)的具有1.6億像素的全景數(shù)碼相機亮相，這款相機機身售價為30多萬元。45圖像分辨率圖像分辨率是指組成一幅圖像的像素密度的度量方法。對同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素數(shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。一臺數(shù)碼相機的最高分辨率就是其能夠拍攝最大圖片的面積。在技術(shù)上說就是數(shù)碼相機能產(chǎn)生在每寸圖像內(nèi)的點數(shù)最多的圖片。分辨率越大，圖片的面積越大。像素越大，分辨率越高，照片越清晰，可輸出照片尺寸也可以越大。46圖像分辨率分辨率和圖象的像素有直接的關(guān)系，一張分辨率為640x480的圖片，那它的分辨率就達到了307200像素，也就是我們常說的30萬像素，而一張分辨率為1600x1200的圖片，它的像素就是200萬。這樣，我們就知道，分辨率表示的是圖片在長和寬上占的點數(shù)的單位。因此，顯示分辨率是1024*768，圖像也是這個分辨率，那么顯示的時候就是完整的全屏，如果比他小，就只能顯示在屏幕的一部分47顯示分辨率顯示分辨率是指在某一種顯示模式下計算機屏幕上最大的顯示區(qū)域，以水平和垂直的像素來表示，也即是指顯示屏上能夠顯示出的像素數(shù)目，例如，顯示分辨率為640×480表示顯示屏分成480行，每行顯示640個像素，整個顯示屏就含有307200個顯像點。屏幕能夠顯示的像素越多，說明顯示設(shè)備的分辨率越高，顯示的圖像質(zhì)量也就越高。最大顯示分辨率是衡量顯示系統(tǒng)性能優(yōu)劣的主要技術(shù)指標之一，48掃描分辨率 按照不同的圖像分辨率來掃描圖像，可以看出圖像分辨率與顯示分辨率的關(guān)系和不同。如果圖像的點數(shù)大于顯示分辨率的點數(shù)，則該圖像在顯示器上只能顯示出圖像的一部分。只有當圖像大小與顯示分辨率相同時，一幅圖像才能充滿整屏。通過掃描元件將掃描對象每英寸可以被表示成的點數(shù)。掃描儀中圖像的分辨率，用每英寸多少點(dotsperinch，DPI)表示，單位是dpi，dpi值越大，掃描的效果就越好。它的表示方式是用垂直分辨率和水平分辨率相乘表示。49掃描分辨率對于14英寸的顯示器，當顯示分辨率設(shè)置為800×600時，屏幕上的一英寸約有72個像素點，這時若用72dpi的圖像分辨率來掃描一幅圖像，則屏幕上顯示的圖像大小基本就是原圖的大小。如某款產(chǎn)品的分辨率標識為：600×1200dpi，就表示它可以將掃描對象每平方英寸的內(nèi)容表示成水平方向600點、垂直方向1200點，兩者相乘共720000個點。如果用300DIP來掃描一幅8″×10″的彩色圖像，就得到一幅2400×3000個像素的圖像。分辨率越高，像素就越多。50不同的分辨率會造成不同的圖像清晰度 說明：該圖是在一幅背景圖上疊上人群像和文字。由于人群像在掃描輸入時采用的分辨率不夠，故造成背景清晰度高、層次細膩，而前景人像清晰度不夠、層次粗糙。51按照不同的圖像分辨率來掃描圖像圖像A：200dpi圖像B：50dpi圖像C：圖像B放大四倍52打印分辨率如果打印機的分辨率為360，就是指在用該打印機輸出圖像時，在每英寸打印紙上可以打印出360個表征圖像輸出效果的色點。表示打印機分辨率的這個數(shù)越大，表明圖像輸出的色點就越小，輸出的圖像效果就越精細。打印機色點的大小只同打印機的硬件工藝有關(guān)，而與要輸出圖像的分辨率無關(guān)。53圖像的色彩二值圖像（binaryimage），即圖像上的每一個像素只有兩種可能的取值或灰度等級狀態(tài)，人們經(jīng)常用黑白、B&W、單色圖像表示二值圖像。彩色圖像，每個像素通常是由紅（R）、綠（G）、藍（B）三個分量來表示的，分量介于（0，255）。54灰度圖像灰度圖像（grayimage）是每個像素只有一個采樣顏色的圖像，這類圖像通常顯示為從最暗黑色到最亮的白色的灰度，盡管理論上這個采樣可以是任何顏色的不同深淺，甚至可以是不同亮度上的不同顏色。灰度圖像與黑白圖像不同，在計算機圖像領(lǐng)域中黑白圖像只有黑色與白色兩種顏色；但是，灰度圖像在黑色與白色之間還有許多級的顏色深度。用于顯示的灰度圖像通常用每個采樣像素8位的尺度來保存，這樣可以有256級灰度（如果用16位，則有65536級）。55單色圖灰度圖灰度圖與彩色圖注：彩色圖示可以轉(zhuǎn)換灰度圖的。56灰度和亮度的區(qū)別亮度：是指的屏幕的整體亮度；灰度：是指圖像層次比即對比度的過渡等級?；叶戎凳切稳莺诎讏D像的；亮度值是形容彩色圖像的。如果你要把彩色圖像轉(zhuǎn)換成黑白圖像，亮度值就會作為轉(zhuǎn)換后的黑白圖像的灰度值。57問題兩幅圖像灰度不同的疊加在一起比原來是變亮了還是變暗了？8位灰度圖像的灰度值范圍是0-255，0為最暗色（黑），255為最亮色（白），兩幅圖像相加后每個像素的灰度值都增加了，即向白色接近了，所以會變亮第四節(jié)數(shù)字圖像的數(shù)字化59連續(xù)圖像的數(shù)學描述一幅圖像可以被看作是空間各點光強度的集合。如果只考慮光的能量而不考慮其波長，則圖像在視覺上表現(xiàn)為灰色影像，稱之為灰度圖像。60模擬與數(shù)字數(shù)字化(Digital)就是以數(shù)字來表示，例如用數(shù)字去記錄一張桌子的長寬尺寸，各木料間的角度，這就是一種數(shù)字化。跟數(shù)字常常一起被提到的字是模擬(Analog/Analogue)，模擬的意思就是用一種相似的東西去表達，例如將桌子用傳統(tǒng)相機拍下來，將聲音用電信號的高低記錄下來等等就是一種模擬的記錄方式。61圖像的數(shù)字化1、為什么要對圖像進行數(shù)字化？2、數(shù)字化的定義：將圖像從其原來的形式轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的處理過程，使計算機能夠?qū)ζ溥M行處理。3、數(shù)字化的逆過程是顯示（display)即由一幅數(shù)字圖像生成一幅可見的圖像，也就是人們常說的“回放”、圖像重建”62圖像的數(shù)字化過程圖像的數(shù)字化就是將圖像以數(shù)字的形式進行表示，并且要做到既不失真，又便于計算機進行處理。目的是以最小的數(shù)據(jù)量來不失真的描述圖像信息。圖像數(shù)字化也包括三個過程：采樣、量化和編碼63圖像的采樣什么是采樣？采樣是指將空間域或時域上連續(xù)分布的模擬圖像變換成離散采樣點（象素）集合的一種操作。換句話說：采樣就是在水平方向和垂直方向上等間隔的將圖像分割成矩形網(wǎng)狀。采樣，即對空間連續(xù)坐標(x,y)的離散化64圖像的采樣在一幅圖像的每個象素位置上測量的灰度值，這個值代表這個象素的明暗程度。采樣一般由圖像傳感器元件完成。它將每個象素處的亮度轉(zhuǎn)化為與其成正比的電壓值。通過采樣，被分成若干象素，每個象素位置的數(shù)值反映了圖像上對應(yīng)點的亮度。65圖像采樣就是把圖像分割成為一系列小區(qū)域，用特定的數(shù)值來表示每一個小區(qū)域的亮度、色彩等特征。具體的做法就是對圖像在水平方向和垂直方向上等間隔地分割成矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所形成的矩形微小區(qū)域，稱之為像素點。一幅圖像畫面可被表示成M×N個像素構(gòu)成的離散像素點的集合，M×N稱為圖像的分辨率。圖像的采樣66在進行采樣時，采樣頻率是影響圖像質(zhì)量的重要指標。采樣頻率是指一秒鐘內(nèi)采樣的次數(shù)，它反映了采樣之間的間隔大小。采樣頻率越高，得到的圖像樣本就越細膩逼真，圖像的質(zhì)量越高。采樣頻率決定了采樣后所得到的圖像是否能真實地反映原圖像的程度。圖像的采樣67影響采樣精度的因素16×16像素32×32像素64×64像素1、采樣點的間隔選取，網(wǎng)格點之間的距離越小，圖像表現(xiàn)的越精細，色彩越豐富。

2、不同采樣精度所獲得的圖像分辨率不同。68（a）連續(xù)圖像（b）數(shù)字化結(jié)果圖像的數(shù)字化過程69采樣時，對于黑白圖像，得到各個像素點的亮度值；而彩色圖像的每個像素點則分解成R、G、B三種基色，每一種基色的數(shù)據(jù)代表特定的顏色強度，當這三種基色的數(shù)據(jù)在計算機中重新混合時又顯示出原來的顏色。圖像的采樣涉及到圖像的分辨率這一概念，它是影響數(shù)字圖像質(zhì)量的重要因素，不同采樣精度所獲得的圖像分辨率不同，采樣后，圖像分辨率就表示數(shù)字化圖像尺寸的大小。圖像的采樣70問題：1、與音頻采樣有什么區(qū)別？2、對于運動圖像的采樣應(yīng)該是怎么樣的？71圖像量化采樣后得到的亮度值（或色彩值）在取值空間上仍然是連續(xù)值。把這些連續(xù)量表示的像素值離散化為整數(shù)值的操作叫量化。量化是指將圖像的明暗信息（測量的灰度值）以離散的數(shù)字（整數(shù)）來表示出來，即將抽樣結(jié)果所得的象素連續(xù)的灰度值離散化，并且變?yōu)檎麛?shù)值的操作由于計算機只能處理數(shù)字，因此必須將連續(xù)的測量值轉(zhuǎn)化為離散的整數(shù)。在圖像傳感器后面經(jīng)常跟隨一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓值轉(zhuǎn)化成一個整數(shù)。72圖像量化實際就是將圖像采樣后的樣本值的范圍分為有限多個區(qū)域，把落入某區(qū)域中的所有樣本值用同一值表示，它是用有限的離散數(shù)值量來代替無限的連續(xù)模擬量的一種映射操作。也就是幅值f(x,y)的離散化。在量化時所確定的離散取值個數(shù)稱為量化級數(shù)，表示量化的亮度值（或色彩值）所需的二進制位數(shù)稱為量化字長，也稱圖像深度。圖像量化73量化位數(shù)量化時所確定的離散取值個數(shù)叫量化級數(shù)，表示量化的亮度值所需要的二進制位數(shù)叫量化字長。如8位、16位、24位或更高字長來表示圖像的亮度。也稱圖像深度。量化字長越大，就越能真實的反映原圖像的色彩，但得到的圖像的容量也越大。根據(jù)字長把最暗象素點的值到最亮象素點的值的區(qū)間分成若干個級別，然后用某種碼來表示亮度。74一個黑白圖像（灰度圖像），若只有黑白之分，則可用“0”或“1”兩個值來表示，量化級數(shù)為2，量化字長為1。當量化字長為8時，可表示256級的灰度值。1位（2色）2位（4色）4位（16色）8位（256色）對于單色灰度圖像，只有一個位平面。彩色圖像若用RGB三個分量來表示，則有三個位平面，其顏色深度為該圖像的所有位平面的顏色深度之和。黑白圖像的量化75（c）像素（d）灰度級圖像的數(shù)字化過程76掃描、采樣和量化這三個步驟組成了數(shù)字化的主要過程，經(jīng)過數(shù)字化以后得到數(shù)字圖像，這個過程的逆過程就是對數(shù)字圖像進行顯示。圖像的每個像素的位置，圖像的亮度被采樣和量化，每個像素都具有兩個屬性：位置和灰度，位置由采樣點的坐標來決定，灰度就是該像素位置上明暗程度。77圖像的壓縮編碼數(shù)字化后的圖像的數(shù)據(jù)量非常巨大，因此必須要采用編碼壓縮技術(shù)進行壓縮信息量。編碼壓縮技術(shù)是實現(xiàn)圖像傳輸與存儲的關(guān)鍵。78圖像的編碼，就是按照一定的格式把圖像經(jīng)過采樣和量化得到的離散數(shù)據(jù)記錄下來，然后通過一定的算法進行壓縮編碼。壓縮編碼技術(shù)是實現(xiàn)圖像傳輸與存儲的關(guān)鍵。圖像中的分辨率越高，圖像的深度越大，則圖像的數(shù)據(jù)量就越大。一幅未經(jīng)壓縮的數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量為：圖像數(shù)據(jù)量=圖像的分辨率×圖像深度/8數(shù)字化后得到的圖像數(shù)據(jù)量十分巨大，必須采用壓縮技術(shù)進行編碼，減少圖像信息的數(shù)據(jù)量。常用的圖像壓縮編碼有預(yù)測編碼和變換編碼。圖像的編碼與壓縮79數(shù)字化圖像所需的主要硬件采樣孔：采樣；圖像掃描機構(gòu)：確定采樣的方式；光傳感器：測量象素的亮度；量化器：將亮度用整數(shù)值表示；輸出存儲體：固態(tài)存儲器或磁盤。80第五節(jié)圖像的文件格式81BMP格式BMP文件是Windows使用的標準圖像文件格式，Windows系統(tǒng)的圖標和背景都采用這種格式。BMP是一種典型的位映射存儲形式，它支持RGB、索引顏色、灰度和位圖顏色模式。82BMP是Bitmap的縮寫，意為“位圖”擴展名：.bmpMicrosoft公司特為Windows環(huán)境應(yīng)用圖像設(shè)計的圖像是靜止的可以多種彩色模式保存圖像，如16色，256色、24bit真彩色，最新版本的BMP格式允許32bit真彩色83圖像數(shù)據(jù)量的計算高*寬*圖像深度（量化等級）/8單位為字節(jié).圖像數(shù)據(jù)量＝圖像的總像素×圖像深度/8（Byte）比如：一幅640×480、真彩色的圖像，其文件大小約為： 640×480×24/8=1MByte位圖數(shù)據(jù)記錄了位圖的每一個像素值記錄順序：在掃描行內(nèi)是從左到右掃描行之間是從下到上位圖的一個像素值所占的字節(jié)數(shù):當biBitCount=1時，8個像素占1個字節(jié);當biBitCount=4時，2個像素占1個字節(jié);當biBitCount=8時，1個像素占1個字節(jié);當biBitCount=24時,1個像素占3個字節(jié);85（1）800*600的16位bmp圖像（2）400*300的256色bmp圖像（3）400*300的單色bmp圖像計算以下圖像數(shù)據(jù)量大?。ㄓ浀脦蠁挝唬?6BMP位圖格式①bmp格式是微軟制定的圖形標準。②兼容性好，所有的機器都適用。開發(fā)windows環(huán)境下的軟件時，ＢＭＰ格式是最不容易出問題的格式③文件幾乎不壓縮，占用磁盤空間較大。④文件基本不失真。文件擴展名為BMP87JPEG是按圖像專家聯(lián)合組制訂的壓縮標準DCT來壓縮存儲的圖像文件格式，JPEG使用一種有損壓縮算法，但是損失很小，以至于人們很難察覺。用戶可以根據(jù)自己的需要選擇JPEG文件的壓縮比。JPEG圖像文件格式是目前應(yīng)用范圍非常廣泛的一種圖像文件格式。2、JPEG格式88全稱是JointPhotograghCodingExpertsGroup（聯(lián)合照片（攝影）專家組）是一種基于DCT的靜止圖像壓縮和解壓縮算法。它由ISO(國際標準化組織)和CCITT(國際電報電話咨詢委員會)共同制定，并在1992年后被廣泛采納后成為國際標準?？梢詨嚎s到原圖像的百分之一（壓縮比100:1）。在存儲容量有限的條件下進行攜帶和傳輸，如網(wǎng)絡(luò)傳輸89JPEG格式①它是一種壓縮標準產(chǎn)生的壓縮格式。②可以用不同的壓縮比例對這種文件壓縮，其壓縮技術(shù)十分先進，對圖象質(zhì)量影響不大③在Internet上，它更是主流圖形格式90GIF（GraphicsInterchangeFormat）是由Compuserve公司于1987年推出，主要為了制定彩色圖像傳輸協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)傳輸以及BBS用戶使用圖像文件而設(shè)計的。它最多只能支持256種顏色的調(diào)色板，通常用于以較大色塊而非連續(xù)色階呈現(xiàn)的圖像。在多媒體制作和網(wǎng)頁制作中經(jīng)常用到這種格式的文件。目前GIF格式的圖像文件已經(jīng)是網(wǎng)絡(luò)傳輸和BBS用戶使用最頻繁的文件格式。其擴展名是.gifGIF格式已成為主頁圖片的標準格式，除了它的文件較小，可以減少下載時間外，另外有3個主要特點：（1）交錯顯示（2）透明（3）動畫效果3．GIF文件格式91GIF格式是世界通用的圖像格式，特別適合于動畫制作、網(wǎng)頁制作以及演示文稿制作等方面對于灰度圖像表現(xiàn)最佳GIF格式的圖像文件適用于各種個人計算機和許多UNIX工作站，并且可以在不同輸入、輸出設(shè)備之間方便地傳送。92①GIF格式是經(jīng)過壓縮的格式，采用改進的LZW壓縮算法處理圖像數(shù)據(jù)磁盤空間占用較少，適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳輸和使用色。②可以把多張圖聯(lián)合起來做成動畫文件。③不支持24bit彩色模式，最多存儲256色。也就是只支持256色的圖象。GIF格式934．PSD格式PSD格式是Adobe公司開發(fā)的圖像處理軟件PhotoShop中自建的標準文件格式，是PhotoShop的專用圖形文件格式，也是其默認文件格式。這種格式包含了圖形中的色層、遮罩、色頻、選取區(qū)等photoshop可以處理的屬性，它支持PhotoShop的所有功能，能保存沒有合并的圖層、通道和蒙板等信息。這樣全方位的儲存如果運用得當?shù)脑?，幾乎可以將您?chuàng)作的過程留下完整的紀錄，以便日后的修改，但是文件占用空間比較大。945、tif格式①平面設(shè)計上最常使用到的一種圖形格式，經(jīng)常被用于印刷輸出的場合。②屬于跨平臺的格式③占用磁盤空間較大。④壓縮技術(shù)好，文件基本不失真。956．TIFF格式TIFF（TagImageFileFormat）稱為標記圖像文件格式。它是Alaus和Microsoft公司為掃描儀和桌面出版系統(tǒng)研制開發(fā)的較為通用的圖像文件格式支持從單色模式到32bit真彩色模式的所有圖像，具有多種數(shù)據(jù)壓縮存儲方式。擴展名是.tif967．PCX格式PCX是為soft公司研制開發(fā)的圖像處理軟件PCPaintbrush設(shè)計的文件格式。PCX圖像文件格式與特定圖形顯示硬件有關(guān)。PCX文件在存儲時都要經(jīng)過RLE壓縮，讀寫PCX時需要一段RLE編碼和解碼程序。它是windows的一部分，使用這種格式的人比較少了，但是這種帶有.pcx擴展名的文件在今天仍然常見。該格式支持RGB、灰度和位圖色彩模式，但不支持Aplha通道。978、其他格式Fimstrip格式：即幻燈片，是premiere的一種輸出格式。PNG格式：可移植性網(wǎng)絡(luò)圖像，作為gif格式的替代品開發(fā)的，能夠避免使用gif文件所遇到的常見問題。EPS格式：專用的打印機描述語言。PDF格式：便攜式文檔格式。PhotoCD格式：專門往CD-ROM上傳輸幻燈片和膠片負片的文件格式。TGA格式：計算機生成圖像向電視轉(zhuǎn)換的首選格式，可以做出不規(guī)則形狀的圖形圖像文件。98第六節(jié)圖像文件結(jié)構(gòu)99一、圖像文件的一般結(jié)構(gòu)一般的圖像文件結(jié)構(gòu)主要都包含有文件頭、文件體和文件尾等三部分：軟件ID軟件版本號圖像分辨率圖像尺寸圖像深度彩色類型編碼方式壓縮算法圖像數(shù)據(jù)彩色變換表

用戶名注釋開發(fā)日期工作時間

文件頭文件體文件尾100 圖像處理指對已有的數(shù)字圖像進行再編輯和處理。圖像處理的軟件包很多，目前常用的有：加拿大Corel公司的Coredraw，美國Macromedia公司的Freehand，Adobe公司的Illustrator、 Photoshop等等。在Windows環(huán)境下，這些圖像應(yīng)用軟件在其功能上都具有一定的共性，包括：圖像處理軟件的應(yīng)用1011、支持多種圖像數(shù)據(jù)格式，具有圖像編輯、變形變換、優(yōu)化處理等功能。2、可選定某個區(qū)域進行裁剪、復制、粘貼、水平或豎直翻轉(zhuǎn)、鏡像、旋轉(zhuǎn)、變形、透視等操作。3、具有不同的效果處理功能，包括可調(diào)亮度、色度、去噪音、模糊、銳化、邊界等等，還包括其他一些特技。4、具有一定的繪圖功能。 不同的圖像處理軟件其基本功能是類似的，不同點主要在于功能的多少、實現(xiàn)功能的算法以及窗口界面的使用等等。102第七節(jié)圖像色彩模式103什么是圖像的色彩模式圖像的色彩模式是指將顏色表現(xiàn)為數(shù)字形式的模式，如RGB模式?；蛘哒f是一種記錄圖像顏色的方式。在PS中，色彩模式分為位圖模式、灰度模式、RGB模式、CMYK模式、Lab模式等多種模式。下面介紹幾個常見模式。104一、RGB彩色空間 根據(jù)三基色原理，用基色光單位來表示光的量，則在RGB色彩空間，任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成，任意彩色光F，其配色方程可寫成： F＝r[R]+g[G]+b[B] 在RGB色彩空間中，圖像中的每個像素值都分成R、G、B三個基色分量，每個基色分量直接決定其基色的強度，這樣產(chǎn)生的色彩稱為真彩色。105RGB彩色空間RGB色彩空間產(chǎn)生色彩的方法稱為加色法。沒有光是全黑，各種光色按不同強度加入后才產(chǎn)生色彩，當各種光色都加到極限時成為白色，即全色光。在多媒體計算機技術(shù)中，用的最多的是RGB色彩空間，通過三個分量的不同比例，在顯示屏幕上合成所需要的任意顏色，所以不管多媒體系統(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色彩空間表示。106二、HSI色彩空間 HSI色彩空間是從人的視覺系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue）、色飽和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）來描述色彩。HSI色彩空間可以用一個圓錐空間模型來描述。用這種描述HSI色彩空間的圓錐模型相當復雜，但確能把色調(diào)、亮度和色飽和度的變化情形表現(xiàn)得很清楚。107HSI色彩空間HSI色彩空間是從人的視覺系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue）、色飽和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）來描述色彩。HSL（Hue、Saturation、Lightnes）色彩空間，是用H、S和L3個參數(shù)來生成顏色。其中，H為顏色的色調(diào)，改變它的數(shù)值可以生成不同的顏色；S為顏色的飽和度，改變它可以改變顏色的深淺；L為顏色的亮度，改變它可以使顏色變亮或變暗。108HSI色彩空間HSI色彩空間更符合人的視覺特性，更接近人對彩色的認識和解釋。對某一顏色，人眼分辨不出其中R、G、B的比例，但可以感覺到它的顏色的種類、深淺和明暗程度。109三、YUV色彩空間 在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用三管彩色攝像機或彩色CCD（點耦合器件）攝像機，它把攝得的彩色圖像信號，經(jīng)分色、分別放大校正得到RGB，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號Y和兩個色差信號R－Y、B－Y，最后發(fā)送端將亮度和色差三個信號分別進行編碼，用同一信道發(fā)送出去。這就是我們常用的YUV色彩空間。110111四、CMY色彩空間理論上說，任何一種由顏料表現(xiàn)的色彩都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，這種色彩表示方法稱CMY色彩空間表示法。彩色打印機和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY色彩空間。彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因而印刷機或彩色打印機就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或顏料。油墨或顏料的三基色是青（Cyan）、品紅（Magenta）和黃（Yellow），而K代表黑色（Black）簡稱為CMY。四、CMY色彩空間 在制作需要印刷的圖像時就需要用到CMYK顏色模式，將RGB圖像轉(zhuǎn)換為CMYK圖像時會產(chǎn)生分色，如果原始圖像是RGB圖像，那么最好先在RGB顏色模式下進行編輯，編輯結(jié)束后再轉(zhuǎn)換為CMYK顏色模式。112五、Lab模式Lab顏色模式是由照度L和有關(guān)色彩的a、b這三個要素組成，L表示照度，相當于亮度，a表示從紅色到綠色的范圍，b表示從黃色到藍色的范圍。Lab顏色模式的亮度分量L范圍是從0到100，在拾色器和顏色面板中，a分量（綠到紅）和b分量（藍到黃）的范圍是127到-128。114色彩空間在RGB色彩空間，圖像深度與色彩的映射關(guān)系中，主要有真彩色、偽彩色和調(diào)配色。真彩色偽彩色調(diào)配色115真彩色真彩色(true-color)是指圖像中的每個像素值都分成R、G、B三個基色分量，每個基色分量直接決定其基色的強度，這樣產(chǎn)生的色彩稱為真彩色。例如圖像深度為24，用R:G:B=8:8:8來表示色彩，則R、G、B各占用8位來表示各自基色分量的強度，每個基色分量的強度等級為2的8次方=256種。圖像可容納2的24次方=16M種色彩。116例如用RGB5:5:5表示的彩色圖像，R，G，B各用5位，用R，G，B分量大小的值直接確定三個基色的強度，這樣得到的彩色也是真實的原圖彩色。如果用RGB8:8:8方式表示一幅彩色圖像，就是R，G，B都用8位來表示，每個基色分量占一個字節(jié)，共3個字節(jié)，每個像素的顏色就是由這3個字節(jié)中的數(shù)值直接決定，可生成的顏色數(shù)就是224＝16777216種。117但其實自然界的色彩是不能用任何數(shù)字歸納的，這些只是相對于人眼的識別能力，這樣得到的色彩可以相對人眼基本反映原圖的真實色彩，故稱真彩色。真彩色用3個字節(jié)表示的真彩色圖像所需要的存儲空間很大，而人的眼睛是很難分辨出這么多種顏色的，因此在許多場合往往用RGB5:5:5來表示，每個彩色分量占5個位，再加1位顯示屬性控制位共2個字節(jié)，生成的真顏色數(shù)目為215=32K。119偽彩色(pseudo-color)圖像的每個像素值實際上是一個索引值或代碼，該代碼值作為色彩查找表CLUT(ColorLook-UpTable)中某一項的入口地址，根據(jù)該地址可查找出包含實際R、G、B的強度值。這種用查找映射的方法產(chǎn)生的色彩稱為偽彩色。用這種方式產(chǎn)生的色彩本身是真的，不過它不一定反映原圖的色彩。偽彩色120調(diào)配色(direct-color)也叫直接色，指通過每個像素值分成R，G，B分量，每個分量分別作為單獨的索引值對它進行變換。也就是通過相應(yīng)的彩色變換表找出各自的基色強度，用變換后得到的R，G，B強度值產(chǎn)生的彩色。調(diào)配色121調(diào)色板（ColorPalette）在某些特定的場合需要將真彩色的數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成具有8位顏色的數(shù)字圖像，這就需要建立顏色轉(zhuǎn)換的調(diào)色板。調(diào)色板實際上是一種顏色速查表，在這個表中，將16M種顏色對應(yīng)為256或64K種顏色，通過這種對應(yīng)關(guān)系將原來真彩色的數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為8位或16位顏色的圖像。122三者的區(qū)別調(diào)配色與偽彩色相比，相同之處是都采用查找表，不同