图形和图像信息的处理与应用.ppt
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1、多媒体信息处理与应用,主讲:赵华菊,第三章 图形和图像信息的处理与应用,学习内容,理解位图、矢量图、像素、像素大小、分辨率等图形和图像的相关概念掌握色彩模型、色彩模式、色彩深度等色彩基本知识掌握常见的图形图像文件格式掌握图形和图像信息获取的方式及相关知识掌握图像处理软件“光影魔术手”的主要功能掌握位图图像处理软件Adobe Photoshop的主要功能掌握矢量图形处理软件CorelDRAW的主要功能理解图形图像信息的特点与优势理解图形图像信息应用的原则及注意事项,3.1图形和图像信息概述,基本概念1.位图和矢量图2.像素和像素大小3.分辨率,位图,位图图像(bitmap),亦称为点阵图像或绘制
2、图像,是由称作像素(图片元素)的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。当放大位图时,可以看见赖以构成整个图像的无数单个方块。扩大位图尺寸的效果是增大单个像素,从而使线条和形状显得参差不齐。然而,如果从稍远的位置观看它,位图图像的颜色和形状又显得是连续的。,位图的特点,1.在屏幕上缩放位图图像时,可能会丢失细节2.位图可以表现层次和色彩比较丰富、画面细致的图像3.位图图像所占存储空间较大,矢量图,矢量图使用直线和曲线来描述图形,这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等,它们都是通过数学公式计算获得的。例如一幅花的矢量图形实际上是由线段形成外框轮廓,由外框的颜色以及
3、外框所封闭的颜色决定花显示出的颜色。由于矢量图形可通过公式计算获得,所以矢量图形文件体积一般较小。矢量图形最大的优点是无论放大、缩小或旋转等不会失真。Adobe公司的Freehand、Illustrator、Corel公司的CorelDRAW是矢量图形设计软件。Flash MX制作的动画也是矢量图形动画。,矢量图的优点和缺点,优点:(1)文件小;(2)图像元素对象可编辑;(3)图像放大或缩小不影响图像的分辨率;(4)图像的分辨率不依赖于输出设备;缺点:(1)重画图像困难;(2)逼真度低,要画出自然度高的图像需要很多的技巧。,位图与矢量图比较,2.像素和像素大小,(1)像素“像素”(Pixel)
4、是由 Picture(图像)和 Element(元素)这两个单词的字母所组成的,是用来计算数码影像的一种单位,如同摄影的相片一样,数码影像也具有连续性的浓淡阶调,我们若把影像放大数倍,会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成,这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”(Pixel)。这种最小的图形的单元能在屏幕上显示通常是单个的染色点。越高位的像素,其拥有的色板也就越丰富,越能表达颜色的真实感。,(2)像素大小,位图图像在高度和宽度方向上的像素总量称为图像的像素大小。像素总量=宽度*高度(以像素点计算)如一张图片为1024*768像素,意思是说这幅图横向有1024个像素点,纵向有76
5、8个像素点总共有1024*768=786432个像素。,3.分辨率,(1)图像分辨率(打印分辨率)由打印在纸上每英寸像素的数量决定的,通常以“像素/英寸”(ppi)来衡量。(2)显示器分辨率与屏幕分辨率(显示分辨率)显示器分辨率:指在显示器中每个单位长度显示的点数,通常以“点/英寸”(dpi)来衡量。屏幕分辨率:也称显示分辨率,通常用“水平像素数*垂直像素数”的数字来表示。如屏幕分辨率为1024*768的屏幕,每一条水平线上包含有1024个像素点,共有768条线,即扫描死数为1024列,行数为768行。(3)打印机分辨率以所有激光打印机产生的每英寸上的油墨点数(dpi)为度量单位。,色彩基本知
6、识,1.颜色模型 所谓颜色模型就是指某个三维颜色空间中的一个可见光子集,它包含某个颜色域的所有颜色。例如,RGB颜色模型就是三维直角坐标颜色系统的一个单位正方体。颜色模型的用途是在某个颜色域内方便的指定颜色,由于每一个颜色域都是可见光的子集,所以任何一个颜色模型都无法包含所有的可见光。在大多数的彩色图形显示设备一般都是使用红、绿、蓝三原色,我们的真实感图形学中的主要的颜色模型也是RGB模型,但是红、绿、蓝颜色模型用起来不太方便,它与直观的颜色概念如色调、饱和度和亮度等没有直接的联系。,颜色模型的种类,颜色模型主要有HSB、RGB、CMYK、LAB等。它们在不同的行业各有所指,但在计算机技术方面
7、运用最为广泛。,RGB颜色模型,RGB(Red,Green,Blue)颜色模型通常使用于彩色阴极射线管等彩色光栅图形显示设备中,彩色光栅图形的显示器都使用R、G、B数值来驱动R、G、B 电子枪发射电子,并分别激发荧光屏上的R、G、B三种颜色的荧光粉 发出不同亮度的光线,并通过相加混合产生各种颜色;扫描仪也是通过吸收原稿经反射或透射而发送来 的光线中的R、G、B成分,并用它来表示原稿的颜色。RGB颜色模型称为与设备相关的颜色模型,RGB颜色模型所覆盖的颜色域取决于显示设备荧光点的颜色特性,是与硬件相关的。,RGB颜色模型是我们使用最多,最熟悉的颜色模型。它采用三维直角坐标系。红、绿、蓝原色是加性
8、原色,各个原色混合在一起可以产生复合色。如图所示,RGB颜色模型通常采用如图所示的单位立方体来表示。在正方体的主对角线上,各原色的强度相等,产生由暗到明的白色,也就是不同的灰度值。(0,0,0)为黑色,(1,1,1)为白色。正方体的其他六个角点分别为红、黄、绿、青、蓝和品红。,CMYK颜色模型,CMYK(Cyan,Magenta,Yellow)颜色空间应用于印刷工业,印刷业通过青(C)、品(M)、黄(Y)三原色油墨的不同网点面积率的叠印来表现丰富多彩的颜色和阶调,这便是三原色的CMY颜色空间。实际印刷中,一般采用青(C)、品(M)、黄(Y)、黑(BK)四色印刷,在印刷的中间调至暗调增加黑版。当
9、红绿蓝三原色被混合时,会产生 白色,但是当混合蓝绿色、紫红色和黄色三原色时会产生黑色。既然实际用的墨水并不会产生纯正的颜色,黑色是包括在分开的颜色,而这模型称之为CMYK。,Lab 颜色模型,Lab颜色模型是由CIE(国际照明委员会)制定的一种色彩模式。自然界中任何一点色都可以在Lab空间中表达出来,它的色彩空间比RGB空间还要大。另外,这种模式是以数字化方式来描述人的视觉感应,与设备无关,所以它弥补了RGB和CMYK模式必须依赖于设备色彩特性的不足。由于Lab的色彩空间要 比RGB模式和CMYK模式的色彩空间大。这就意味着RGB以及CMYK所能描述的色彩信息在Lab空间中都能得以影射。Lab
10、颜色模型取坐标Lab,其中L亮度;a的正数代表红色,负端代表绿色;b的正数代表黄色,负端代表兰色,HSB颜色模型,HSB(Hue,Saturation,Brightness)颜色模型,色相(Hue,简H),饱和度(Saturation,简S)和亮度(Brightness,简B)所表示的。这个颜色模型都是用户台式机图形程序的颜色表示,用六角形锥体表示自己的颜色模型。,2.颜色模式,颜色模式以颜色模型为基础,颜色模式确定用于显示和打印所处理的图像的颜色方法。是将某种颜色表现为数字形式的模型,或者说是一种记录图像颜色的方式。分为:RGB模式、CMYK模式、HSB模式、Lab颜色模式、位图模式、灰度模
11、式、索引颜色模式、双色调模式和多通道模式。,位图模式,位图模式用两种颜色(黑和白)来表示图像中的像素。位图模式的图像也叫作黑白图像。因为其深度为1,也称为一位图像。由于位图模式只用黑白色来表示图像的像素,在将图像转换为位图模式时会丢失大量细节,因此Photoshop提供了几种算法来模拟图像中丢失的细节。在宽度、高度和分辨率相同的情况下,位图模式的图像尺寸最小,约为灰度模式的1/7和RGB模式的1/22以下。,灰度模式,灰度模式可以使用多达256级灰度来表现图像,使图像的过渡更平滑细腻。灰度图像的每个像素有一个0(黑色)到255(白色)之间的亮度值。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示(0%
12、等于白色,100%等于黑色)。使用黑折或灰度扫描仪产生的图像常以灰度显示。,双色调模式,双色调模式采用2-4种彩色油墨来创建由双色调(2种颜色)、三色调(3种颜色)和四色调(4种颜色)混合其色阶来组成图像。在将灰度图像转换为双色调模式的过程中,可以对色调进行编辑,产生特殊的效果。而使用双色调模式最主要的用途是使用尽量少的颜色表现尽量多的颜色层次,这对于减少印刷成本是很重要的,因为在印刷时,每增加一种色调都需要更大的成本。,索引颜色模式,索引颜色模式是网上和动画中常用的图像模式,当彩色图像转换为索引颜色的图像后包含近256种颜色。索引颜色图像包含一个颜色表。如果原图像中颜色不能用256色表现,则
13、Photoshop会从可使用的颜色中选出最相近颜色来模拟这些颜色,这样可以减小图像文件的尺寸。用来存放图像中的颜色并为这些颜色建立颜色索引,颜色表可在转换的过程中定义或在声称索引图像后修改。,多通道模式,多通道模式对有特殊打印要求的图像非常有用。例如,如果图像中只使用了一两种或两三种颜色时,使用多通道模式可以减少印刷成本并保证图像颜色的正确输出。6.8位/16位通道模式 在灰度RGB或CMYK模式下,可以使用16位通道来代替默认的8位通道。根据默认情况,8位通道中包含256个色阶,如果增到16位,每个通道的色阶数量为65536个,这样能得到更多的色彩细节。,3.颜色深度,颜色深度简单说就是最多
14、支持多少种颜色。一般是用“位”来描述的。举个例子,如果一个图片支持256种颜色(如GIF格式),那么就需要256个不同的值来表示不同的颜色,也就是从0到255。用二进制表示就是从00000000到11111111,总共需要8位二进制数。所以颜色深度是8。如果是BMP格式,则最多可以支持红、绿、蓝各256种,不同的红绿蓝组合可以构成256的3次方(1670万)种颜色,就需要3个8位的2进制数,总共24位。所以颜色深度是24。,图形图像文件格式,BMPBMP(Window标准位图)是最普遍的点阵图格式之一,也是Window系统下的标准格式,是将Window下显示的点阵图以无损形式保存的文件,其优点
15、是不会降低图片的质量,但文件大小比较大。,JPG/JPEG,(联合图形专家组图片格式)最适合于使用真彩色或平滑过渡式的照片和图片。该格式使用有损压缩来减少图片的大小,因此用户将看到随着文件的减小,图片的质量也降低了,当图片转换成.jpg文件时,图片中的透明区域将转化为纯色。JPEG 2000同样是由JPEG 组织负责制定的,它有一个正式名称叫做ISO 15444,与JPEG相比,它具备更高压缩率以及更多新功能的新一代静态影像压缩技术。,GIF,GIF(图形交换格式)最适合用于线条图(如最多含有256色)的剪贴画以及使用大块纯色的图片。该格式使用无损压缩来减少图片的大小,当用户要保存图片为.GI
16、F时,可以自行决定是否保存透明区域或者转换为纯色。同时,通过多幅图片的转换,GIF格式还可以保存动画文件。但要注意的是,GIF最多只能支持256色 目前,网页上较普遍使用的图片格式为gif 和 jpg(jpeg)这两种图片压缩格式,因其在网上的装载速度很快,所有较新的图像软件都支持 GIF、JPG 格式,因此,要创建一张 GIF 或 JPG 图片,只需将图像软件中的图片保存为这两种格式即可。,PNG,(可移植的网络图形格式)适合于任何类型,任何颜色深度的图片。也可以用PNG来保存带调色板的图片。该格式使用无损压缩来减少图片的大小,同时保留图片中的透明区域,所以文件也略大。PNG的缺点是不支持动
17、画应用效果,如果在这方面能有所加强,简直就可以完全替代GIF和JPEG了。Macromedia公司的Fireworks软件的默认格式就是PNG。现在,越来越多的软件开始支持这一格式,而且在网络上也越来越流行。,TIFF,TIFF(Tag Image File Format)是Mac中广泛使用的图像格式,它由Aldus和微软联合开发,最初是出于跨平台存储扫描图像的需要而设计的。它的特点是图像格式复杂、存贮信息多。正因为它存储的图像细微层次的信息非常多,图像的质量也得以提高,故而非常有利于原稿的复制。该格式有压缩和非压缩二种形式,其中压缩可采用LZW无损压缩方案存储。不过,由于TIFF格式结构较为
18、复杂,兼容性较差,因此有时你的软件可能不能正确识别TIFF文件(现在绝大部分软件都已解决了这个问题)。目前在Mac和PC机上移植TIFF文件也十分便捷,因而TIFF现在也是微机上使用最广泛的图像文件格式之一。,PSD格式,这是著名的Adobe公司的图像处理软件Photoshop的专用格式Photoshop Document(PSD)。PSD其实是Photoshop进行平面设计的一张草稿图,它里面包含有各种图层、通道、遮罩等多种设计的样稿,以便于下次打开文件时可以修改上一次的设计。在Photoshop所支持的各种图像格式中,PSD的存取速度比其它格式快很多,功能也很强大。由于Photoshop越
19、来越被广泛地应用,所以我们有理由相信,这种格式也会逐步流行起来。,WMF格式,WMF(Windows Metafile Format)是Windows中常见的一种图元文件格式,属于矢量文件格式。它具有文件短小、图案造型化的特点,整个图形常由各个独立的组成部分拼接而成,其图形往往较粗糙。,EPS格式,EPS(Encapsulated PostScript)是PC机用户较少见的一种格式,而苹果Mac机的用户则用得较多。它是用PostScript语言描述的一种ASCII码文件格式,主要用于排版、打印等输出工作。,3.2图形和图像信息的获取,图形图像信息的获取途径很多,目前比较常用的途径有:设备输入、
20、软件创作、屏幕捕捉和网络下载等方式。,设备输入,1.扫描仪扫描 利用光电技术和数字处理技术,以扫描方式将图形或图像信息转换为数字信号的装置。,扫描仪 scanner 是一种计算机外部仪器设备,通过捕获图像并将之转换成计算机可以显示、编辑、存储和输出的数字化输入设备。对照片、文本页面、图纸、美术图画、照相底片、菲林软片,甚至纺织品、标牌面板、印制板样品等三维对象都可作为扫描对象,提取和将原始的线条、图形、文字、照片、平面实物转换成可以编辑及加入文件中的装置。,扫描仪仪器结构,扫描系统中除了扫描仪外,扫描的有效组成要素由以下组件构成。连接扫描仪和计算机的SCSI讯号线,目前多使用usb线。控制扫描
21、仪的工作软件,它是建立于扫描仪和应用程序之间的桥梁。图像编辑软件、光学文件识别软件和印制板图形自动识别软件等。显示彩色或灰色图像的显示器。输出设备:黑白或彩色激光打印机、热升华打印机,图文输出机或其它彩色打印设备。除上述基本组件外还可以和下述附加设备匹配,使其具有更多的功能。透射适配器(TMA)用于扫描透明胶片材料。自动进纸器(ADF)自动进行最多达500页文本材料的连续扫描。,扫描仪的技术指标,分辨率是扫描仪最主要的技术指标,它表示扫描仪对图像细节上的表现能力,即决定了扫描仪所记录图像的细致度,其单位为PPI(Pixels Per Inch)。通常用每英寸长度上扫描图像所含有像素点的个数来表
22、示。目前大多数扫描的分辨率在3002400PPI之间。灰度级表示图像的亮度层次范围。级数越多扫描仪图像亮度范围越大、层次越丰富,目前多数扫描仪的灰度为256级。色彩数表示彩色扫描仪所能产生颜色的范围。通常用表示每个像素点颜色的数据闰数即比特位(bit)表示。扫描速度有多种表示方法,因为扫描速度与分辨率,内存容量,软盘存取速度以及显示时间,图像大小有关,通常用指定的分辨率和图像尺寸下的扫描时间来表示。扫描幅面,表示扫描图稿尺寸的大小,常见的有幅面等。,2.数码照相机拍摄,数码相机,英文全称:Digital Still Camera(DSC),简称:Digital Camera(DC),是数码照相
23、机的简称,又名:数字式相机。数码相机,是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。按用途分为:单反相机,卡片相机,长焦相机和家用相机等。,数码相机的性能及原理,第一部分 专业术语名词解释第二部分 数码相机的原理第三部分 数码相机的功能与性能第四部分 数码相机的技术指标,第一部分 专业术语名词解释,DSC:数码相机的英文缩写,是用光电传感器,并输出一个可以被记录 储存的表示光学影像的数字照相机.PIXEL:像素,光电传感器上能单独感光的最小的物理单元.CCD:电荷耦合器件,是一种光电传感器.ISO:国际标准化组织,表示感光灵敏度的一种方法.LCD:液晶显示屏WB(白平衡):为了在不同的
24、光源(晴天,阴天,荧光灯,钨丝灯等)条件下能获得合适的彩色再现,数码相机所具有的一种调节功能.RESOLUTION:分辨率,表示相机分辨图像细节的能力.,第二部分 原理方框图,镜头,快门,CCD,工作原理1:,当打开数字相机的电源开关总控制电路主控程序芯片,首先开始检查相机的各个部件是否处于可工作状态,如果有一个部分出现故障,那么Lcd液晶屏上就会出一个警告信息(如Lens Error),并使相机停止工作,如果一切正常那么相机就处于准备好的状态。当对准被拍摄目标并把快门按下一半时,数码相机的自动对焦与测光系统被启动,一个8位的主控程序芯片就开始工作,它通过计算确立对焦距离快门的速度及光圈的大小
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