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5.2 图形与图像,5.2.1 图像的获取5.2.2 图像的表示与压缩编码5.2.3 数字图像处理与应用5.2.4 计算机图形,(1)图像(image):是指从现实世界中通过数字化设备获取的图像，称为 取样图像(sampled image)或 点阵图像(dot matrix image)或 位图图像(bitmap image)简称图像(image)。(2)图形(graphics)：是指使用计算机合成的图像(synthetic image)，称为矢量图形（vector graphics），简称图形。,5.2 图形与图像,数字图像的分类“,5.2.1 图像的获取,(1)图像的获取 从现实世界中获得数字图像的过程，实质上是模拟信号的数字化过程。(2)获取的步骤：,5.2.1 图像的获取,1.图像的数字化,将画面划分成mn各网格,将取样点的颜色分成三基色(R、G、B),测量每个取样点的每个分量的亮度值,对每个取样点的亮度值用数字量表示,：是对静止图像的表示,(1)数字图像获取设备 是指从现实世界获得数字图像过程中所使用的设备(2)设备的功能 将现实的景物输入到计算机内并以图像的形式表示(3)设备的分类2D图像获取设备：只能对图片或景物的2D投影进行数字化。如扫描仪、数码相机等3D图像获取设备：能获取包括深度信息在内的3D景物的信息。如3D扫描仪,2.数字图像获取设备,5.2.1 图像的获取,5.2.2 图像的表示与压缩编码,从图像获取过程得知，一幅取样图像由M(行)*N(列)个取样点组成，每个取样点是组成取样图像的基本单位，称为像素（picture element,简写为pel）。彩色图像的像素是矢量，它由多个彩色分量组成，黑白图像的像素只有1个亮度值,1.图像的表示方法与主要参数,5.2.2 图像的表示与压缩编码,1.图像的表示方法与主要参数,5.2.2 图像的表示与压缩编码,(1)图像的表示,红色分量,绿色分量,蓝色分量,取样图像在计算机中的表示方法：单色图像:用一个矩阵来表示彩色图像:用一组（一般是3个）矩阵来表示 矩阵的行数称为图像的垂直分辨率，列数称为图像的水平分辨率，矩阵中的元素是像素颜色分量的亮度值，使用整数表示，一般是8位至12位,1.图像的表示方法与主要参数,5.2.2 图像的表示与压缩编码,(1)图像的表示,(2)图像的描述信息 图像大小 也称图像分辨率(垂直分辨率水平分辨率）颜色空间的类型指彩色图像所使用的颜色描述方法，也叫颜色模型。常用颜色模型：RGB(红,绿,蓝)、YUV(亮度,色度)等 像素深度即像素的所有颜色分量的位数之和它决定了不同颜色（亮度）的最大数目,1.图像的表示方法与主要参数,5.2.2 图像的表示与压缩编码,图像文件的大小,图像文件名,图像大小、深度、类型,白色小车点阵图示,行驶中的白色小车,2.图像的压缩编码,5.2.2 图像的表示与压缩编码,(1)一幅图像数据量的计算（以字节为单位）：图像数据量 图像水平分辨率图像垂直分辨率像素深度8(2)几种常用图像的数据量,2.图像的压缩编码,5.2.2 图像的表示与压缩编码,(3)图像数据压缩的可能性 数字图像中的数据相关性很强，冗余度大；人眼视觉有一定局限性，即使压缩图像有失真，只要限制在人眼允许的误差范围之内，也是允许的。,(4)数据压缩类型 无损压缩:压缩以后的数据进行图像还原时，重建的图像与原始图像完全相同。例如：行程长度编码、哈夫曼(Huffman)编码 有损压缩：使用压缩后的数据进行图像重建时，重建后的图像与原始图像虽有一定的误差，但不影响人们对图像含义的正确理解。例如：变换编码、矢量编码等,2.图像的压缩编码,5.2.2 图像的表示与压缩编码,(3)图像数据压缩的可能性 数字图像中的数据相关性很强，冗余度大；人眼视觉有一定局限性，即使压缩图像有失真，只要限制在人眼允许的误差范围之内，也是允许的。,(4)数据压缩类型 无损压缩：重建的图像与原始图像完全相同 有损压缩：重建后的图像与原始图像虽有一定的误差,总结：图像压缩方法很多，不同方法适用于不同的应用，在计算机中常常是多种压缩方法的综合使用。为得到较高的数据压缩比，一般都采用有损压缩。,2.图像的压缩编码,5.2.2 图像的表示与压缩编码,(5)压缩编码方法优劣的评价 压缩倍数的大小 重建图像的质量（有损压缩时）压缩算法的复杂程度,(6)图像压缩编码方法的国际标准和工业标准：ISO和IEC两个国际机构联合制定了一个静止图像数据压缩编码的国际标准，称为JPEG标准。JPEG标准的特点：适用范围广；算法复杂度适中；软硬件均可实现 压缩比可控制（压缩比低，图像质量好；压缩比高，质量差）JPEG-2000的特点：适用于各种不同类型和不同特性的图像，采用了小波分析等先进算法 提供了更好的图像质量，更低的码率，更适合在WWW网上传输等，它兼容JPEG,2.图像的压缩编码,5.2.2 图像的表示与压缩编码,JPEG图像压缩比例,中等压缩后的图像,高倍压缩后的图像,2.图像的压缩编码,5.2.2 图像的表示与压缩编码,3.常用图像文件格式,5.2.2 图像的表示与压缩编码,用画图软件可以产生的图形类型,用photoshop可以产生的图形类型,(1)BMP(BitMaP-file)图像：微软公司在Windows操作系统下使用的一种标准图像文件格式。一个文件存放一幅图像，可以进行无损压缩，也可不压缩。不压缩的BMP文件是一种通用的图像文件格式。,3.常用图像文件格式,5.2.2 图像的表示与压缩编码,(2)TIFF(Tagged Image File Format)图像：用于扫描仪和桌面出版，能支持多种压缩方法和多种不同类型的图像，有许多图像图形应用软件支持这种文件格式。,(3)GIF(Graphics Interchange Format)图像：互联网上广泛使用，颜色数目较少（不超过256色），文件特别小，适合网络传输。GIF适用于插图、剪贴画等色彩数目不多的应用场合。它可以将许多张图像保存在同一个文件中，可按规定的时间间隔逐一进行显示，从而形成动画的效果，因而在网页制作中大量使用。,5.2.3 数字图像处理与应用,(1)数字图像处理：使用计算机对来自照相机、摄像机、传真机、扫描仪、医用CT机、X光机等的图像，进行去噪、增强、复原、分割、提取特征、压缩、存储、检索等操作处理(2)图像处理的主要目的提高图像的视感质量图像复原与重建图像分析图像的存储、管理、检索，以及图像内容与知识产权的保护等,1.数字图像处理,5.2.3 数字图像处理与应用,2.图像处理软件,与应用领域密切相关，通常具有很强的专业性，如遥感图像处理软件、医学图像处理软件等。使用较多的是面向办公、出版与信息发布的图像处理软件，也称为图像修饰或图像编辑软件，支持多种不同的图像文件格式，提供多种图像编辑处理功能，可制作出生动形象的图像。如：PhotoShop(P.204)，集图像扫描、图像编辑、绘图、图像合成及图像输出等多种功能于一体，是一个流行的图像处理工具。,5.2.3 数字图像处理与应用,处理前图片上有划痕,处理后划痕被清除,图像的滤镜操作,2.图像处理软件,5.2.3 数字图像处理与应用,图像通信 遥感 医疗诊断 工业生产中的应用 机器人视觉 军事、公安、档案管理,3.数字图像的应用,5.2.3 数字图像处理与应用,5.2.4 计算机图形,1.景物形状的计算机表示,5.2.4 计算机图形,(1)基本概念 景物的模型（model）：景物在计算机内的描述 景物的建模(modeling)：人们进行景物描述的过程 绘制（rendering）：也称图像合成根据景物的模型生成图像的过程，所产生的数字图像称为计算机合成图像 计算机图形学（Computer Graphics）：研究如何使用计算机描述景物并生成其图像的原理、方法与技术,(2)计算机合成图像的过程：,(3)景物建模几何模型：景物建模方法与景物类型有关。普通工业产品（如电视机、电话机、汽车、飞机等），使用基本的几何元素（如点、线、面、体等）及表面材料的性质等进行描述所建立的模型几何模型分类（按照所使用的几何元素类型）线框模型、曲面模型、实体模型几何模型应用：CAD/CAM过程模型/算法模型：根据景物的生成规律，并使用相应的算法来描述其规律所建立的模型,1.景物形状的计算机表示,5.2.4 计算机图形,剪贴画,剪贴画的分解,剪贴画的构造与效果,改变几何点,使用几何模型描述的机械零件,使用分形模型描述的图案,1.景物形状的计算机表示,5.2.4 计算机图形,CAD/CAM 利用计算机生成各种地形图、交通图、气象图、海洋图等 作战指挥和军事训练 计算机动画和计算机艺术,3.计算机课程图像的应用,5.2.4 计算机图形,矢量图形：计算机合成图像矢量绘图软件：制作矢量图形的软件 如：AutoCAD、MAPInfo、ARCInfo等5.国际标准的绘图语言（编程语言）二维图形的国际标准是GKS三维图形的国际标准是GKS-3D、PHIGS工业标准Open GL公司标准如:微软公司的Direct-3D,4.矢量绘图软件,5.2.4 计算机图形,