第4章 數(shù)字圖像信息及處理技術課件

4.1色彩的基本知識4.1.1顏色的形成4.1.2色彩的三要素4.1.3三基色原理4.1.4色彩模式4.2圖形與圖像4.2.1矢量圖形與位圖圖像4.2.2圖形與圖像的比較4.3圖像的數(shù)字化 4.3.1圖像的采樣4.3.2圖像的量化4.3.3圖像的編碼與壓縮第4章數(shù)字圖像信息及處理技術4.3.4數(shù)字圖形、圖像的性能指標4.3.5圖像數(shù)據(jù)量4.4數(shù)字圖像的文件格式4.5數(shù)字圖像處理技術4.5.1數(shù)字圖像的獲取4.5.2數(shù)字圖像的處理4.6圖像處理軟件PhotoshopCS24.6.1PhotoshopCS2介紹4.6.2實例1——個人簡歷封面設計4.6.3實例2——制作精美相冊?色彩的基本知識?圖形與圖像?圖像的數(shù)字化?數(shù)字圖像處理技術?圖像處理軟件PhotoshopCS2教學進程本章要點：4.1色彩的基本知識1666，牛頓提出色圓(colorcircle)的概念。牛頓色圓為揭示紅(red,R)、綠(green,G)和藍(blue,B)相加混色奠定了基礎。牛頓還揭示了一個重要的事實：白光包含所有可見光譜的波長，并用棱鏡演示了這個事實。在1802年，ThomasYoung認為人的眼睛有三種不同類型的顏色感知接收器，大體上相當于紅、綠和藍三種基色的接收器。1960s，Maxwell,JamesClerk認識到三種基色相加產(chǎn)生的色調(diào)不能覆蓋整個感知色調(diào)的色域，而使用相減混色產(chǎn)生的色調(diào)卻可以。認識到彩色表面的色調(diào)和飽和度對眼睛的敏感度比明度低。Helmholtz對三基色做了定量研究。1920s，紅、綠和藍相加混色的確能夠產(chǎn)生某個色域里的所有可見顏色，但不能產(chǎn)生所有的光譜色(單一波長構成的顏色)，尤其是在綠色范圍里。人類對顏色的認識

教學進程4.1色彩的基本知識在1931年，國際照明委員會CIE定義了標準顏色體系。1965年前后通過生理學實驗驗證了在眼睛中的確存在三種不同類型的錐體的假設。人類對顏色的認識

教學進程

結論：物理學：顏色由光波的頻率決定，光波的波長在380~780nm范圍內(nèi)生理學：眼睛對顏色和采樣僅用相應于紅、綠、藍的三種錐體細胞我們應該如何看顏色？

4.1色彩的基本知識物體由于內(nèi)部物質(zhì)的不同，受光線照射后，產(chǎn)生光的分解現(xiàn)象。一部分光線被物體吸收，其余的被物體反射或投射出來，成為物體的顏色

4.1.1顏色的形成教學進程所以人對顏色感覺的形成主要有四個要素:光源物體眼睛大腦即：物體本無色,顏色因光源而改變顏色和光有密切關系，同時還與被光照射的物體有關系，并于觀察者有觀察者有關。物體又可以分為發(fā)光物體和吸光物體兩大類，而它們的顏色生成機制是有明顯區(qū)別的。發(fā)光物體的顏色由自身發(fā)出的光波成分決定；而吸光物體的顏色由該物體吸收哪些光波來決定。0.005nm0.01nm5nm350nm750nm0.4mm10kmr射線x射線

紫外線

紅外線

無線電波圖4-1電磁波譜350400350500550600650700780紫紫藍藍綠綠黃黃橙橙紅紅藍綠圖4-2顏色與波長之間的對應關系波長/nm波長可見光色彩是通過光被感知的，實際上就是視覺系統(tǒng)對可見光的感知結果。可見光指波長在380～780nm之間的電磁波，如圖4-1所示。眼睛感知到的顏色和光波長之間的對應關系如圖4-2所示。色調(diào)

(hue)

色調(diào)表示光的顏色，它決定于光的波長。某一物體的色調(diào)是指該物體在日光照射下所反射的光譜成分作用到人眼的綜合效果，如紅色、藍色等。簡單地說就是指色彩的相貌，如紅、黃、綠，藍等各有自己的色彩面目。4.1.2色彩的三要素1教學進程色調(diào)(hue)色調(diào)又稱為色相，指顏色的外觀，用于區(qū)別顏色的名稱或顏色的種類。色調(diào)是視覺系統(tǒng)對一個區(qū)域呈現(xiàn)的顏色的感覺，即對物體輻射或者發(fā)射的光波波長的感覺。色調(diào)用紅、橙、黃、綠、青、藍、靛、紫等術語來刻畫。色調(diào)有一千萬種以上，顏色專業(yè)人士可辨認出三百至四百種顏色混合相鄰顏色時，可以獲得在這兩種顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。色調(diào)表示方法：色調(diào)在顏色圓上用圓周表示，圓周上的顏色具有相同的飽和度和明度，但它們的色調(diào)不同。4.1.2色彩的三要素1教學進程教學進程亮度(brightness)

亮度就是來表示某種顏色在人眼視覺上引起的明暗程度，它直接與光的強度有關。光的強度越大，物體就越亮；光的強度越小，物體就會越暗。2教學進程亮度(luminance)亮度是視覺系統(tǒng)對可見物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。亮度是主觀感覺，例如，一根點燃的蠟燭在黑暗中看起來要比白熾光下亮。無法用物理設備測定。亮度用明度(brightness)即輻射的能量來度量。亮度是用反映視覺特性的光譜敏感函數(shù)加權之后得到的輻射功率。亮度表示法：明度常用垂直軸表示，圖中的七種顏色,它們具有相同的色調(diào)和飽和度，但它們的明度不同，底部的明度最小，頂部的明度最大。2亮度是光作用于人眼是引起的明亮程度的感覺。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。教學進程飽和度飽和度也稱為純度或彩度，它是指彩色的深淺或鮮艷程度，通常指彩色中白光含量的多少。對于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深顏色越純。

3教學進程飽和度飽和度是相對于明度的一個區(qū)域的色彩，是指顏色的純潔性。當一種顏色滲入其它光成分愈多時，就說顏色愈不飽和。飽和度可用來區(qū)別顏色明暗的程度。表示方法：飽和度在顏色圓上用半徑表示。沿徑

向方向上的不同顏色具有相同的色調(diào)和明度，但它們的飽和度不同。

3顏色模型（顏色空間）

教學進程顏色模型是表示顏色的一種數(shù)學方法，人們用它來指定和產(chǎn)生顏色，使顏色形象化；顏色模型通常用三維模型表示，形成不同的座標系；對人：通過色調(diào)、飽和度和明度來定義顏色；對顯示設備：用紅、綠和藍的發(fā)光量來描述顏色；對打印和印刷設備：用青色、品紅色、黃色和黑色的反射和吸收來產(chǎn)生指定的顏色

4.1.2三基色原理常用模型：RGB模式、CMYK模式、Lab模式、HSB模式、YUV模式基色1教學進程

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。自然界常見的各種顏色，都可以由紅（R）、綠（G）、藍（B）三種中顏色光按不同比例相而成。

4.1.2三基色原理互補色教學進程

凡是兩種色光相混合而成白光，這兩種色光互為補色（complementarycolors）。如圖4-3所示，紅、青；綠、品紅；藍、黃互為補色?；パa色是彼此之間最不一樣的顏色，這就是人眼能看到除了基色之外其他色的原因。2教學進程4.1.4色彩模式RGB模式1

在多媒體計算機技術中用得最多的是RGB色彩模型，因為計算機彩色監(jiān)視器的輸入需要RGB三個色彩分量，通過三個分量的不同比例，可在顯示屏幕上合成所需要的任意顏色。在RGB色彩模型，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：F=r[R]+g[G]+b[B]其中r、g、b為三色系數(shù)，r[R]、g[G]、b[B]為三色分量。以上配色關系又稱為RGB彩色空間。色彩模式是指在計算機上顯示或打印圖像時表示顏色的數(shù)字方法。比如計算機顯示器采用RGB模式，打印機輸出彩色圖像時用CMYK模式，從事藝術繪畫的采用HSB模式，彩色電視系統(tǒng)采用YUV/YIO模式，另外還有其他一些色彩模式的表示方法。教學進程RGB模式1自然界中任何一種色光都是由R、G、B三基色按不同比例相加混合而成，當三基色分量都為0時混合為黑色光，當三基色分量都為K時混合為白色光。每種基色常用8位描述，可以有224=16,777,216種顏色——真彩色教學進程CMYK模式2CMY模式是使用青色（Cyan）、品紅（Magenta）、黃色（Yellow）3種基本顏色按一定比例合成色彩的方法。

雖然理論上利用CMY三基色混合可以制作出所需要的各種色彩，但實際上同量的CMY混合后并不能產(chǎn)生完備的黑色或灰色。因此，在印刷時常加一種真正的黑色（Black），這樣，CMY模式又稱為CMYK模式。教學進程CMYK模式2用于彩色打印的相減混色模型，三種基本顏色是青色(Cyan)、品紅(Magenta)和黃色(Yellow)出發(fā)點：打印紙不能發(fā)光，只能吸收特定波長而反射其他波長例：C:M:Y=0:1:1時，品紅和黃色相減混色，表明完全吸收青色，反射品紅和黃，相當于紅色（紅色和青色是互補色）出于顏料的原因，加入黑色，以此形成CMYK，例：彩色噴墨打印機中要有四個墨盒HSB模式3教學進程HSB模式使用色調(diào)（Hue）、飽和度（Saturation）和亮度（Brightness）3個參數(shù)來生成顏色。利用HSB模式描述顏色比較自然，但實際使用卻不方便，例如顯示時要轉換成RGB模式，打印時要轉換為CMYK模式等。

HSB模式是用于人的模式H—色調(diào)，圓周方向：紅—0°青—180°S—飽和度，半徑；B—明度，軸向HSL模式是HSB在計算機中的表示方法教學進程YUV/YIQ模式4在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，使用YUV模式或YIQ模式來表示彩色圖像。在PAL制式中使用YUV模式，其中Y表示亮度；U、V表示色度，是構成彩色的兩個分量。在美國、日本等國采用的NTSC制式中使用YIQ模式，其中Y表示亮度，I、Q是兩個彩色分量。電視系統(tǒng)中使用的模式Y—亮度信號，Y信號分量構成黑白灰度圖，(U,V)—色度信號好處：各分量相互獨立，可以單獨編碼；可以用人眼的特征降低數(shù)字彩色圖像所需的存儲量。使用YIQ和YCrCb等顏色空間的道理相同。教學進程YUV/YIQ模式4YUV利用人眼的特性來降低數(shù)字彩色圖像所需要的存儲容量的原理∵人眼對彩色細節(jié)的分辨能力遠比對亮度細節(jié)的分辨能力低∴把彩色分量的分辨率降低而不明顯影響圖像的質(zhì)量∴把幾個相鄰像素不同的彩色值當作相同的彩色值來處理→減少所需的存儲容量例如：有一幅大小為640×480像素的彩色圖像(1)用RGB8∶8∶8需要的存儲容量為

640×480×[(8+8+8)/8]=921600字節(jié)(2)用YUV來表示同一幅彩色圖像，Y分量為640×480，仍用8位表示，對每四個相鄰像素(2×2)的U，V值，分別用相同的一個值表示，每個值是8位，所需的存儲空間就減少到

640×480×[(8+4)/8]]=460800字節(jié)灰度模式與黑白模式5灰度模式采用8位來表示一個像素，即將純黑和純白之間的層次等分為256級，就形成了256級灰度模式，它可以用來模擬黑白照片的圖像效果。黑白模式只采用1位來表示一個像素，于是只能顯示黑色和白色。黑白模式無法表示層次復雜的圖像，但可以制作黑白的線條圖。4.2圖形與圖像4.2.1矢量圖形與位圖圖像矢量圖形(vectorbasedimage)

1圖形又稱矢量圖形、幾何圖形或矢量圖（VectorGraphic）。矢量圖形是用一個集合指令來描述的。這些指令用來描述構成一幅圖所包含的直線、矩形、圓、圓弧、曲線等的形狀、位置、顏色等各種屬性和參數(shù)。顯示時，需要相應的軟件讀取和解釋這些指令，并將其轉為屏幕上所顯示的形狀和顏色。矢量圖形與分辨率無關，可以將它縮放到任意大小和以任意分辨率在輸出設備上打印出來，都不會影響清晰度。矢量圖特點：易于修改、文件小、不宜用于復雜圖像位圖圖像(bitmappedimage)2圖像又稱點陣圖像或位圖圖像，它是指在空間和亮度上已經(jīng)離散化是圖像，是由許多像素點組成的。我們可以把一幅位圖圖像理解為一個矩形，矩形中的任一元素與圖像中的一個點對應，該點的灰度或顏色等級用相應的值表示。矩形的元素稱為像素，每個像素可以具有不同的顏色和亮度，它是組成位圖圖像的基本單位。像素的顏色等級越多則圖像越逼真，適用于逼真照片或要求精細細節(jié)的圖像。位圖特點：不宜修改、文件大、顯示速度快

灰度圖與彩色圖

3單色圖像(monochromeimage)：只有黑白兩中顏色的圖像灰度圖(gray-scaleimage)：按照灰度等級的數(shù)目來劃分彩色圖像(colorimage)可按照顏色的數(shù)目來劃分：如真彩色圖、256色圖、24位彩色圖動態(tài)圖像：中連續(xù)漸變的靜態(tài)圖像或圖形序列，沿時間軸順次更換顯示，從而構成運動視感的媒體分類動畫：序列中每幀圖像是由人工、計算機產(chǎn)生的圖像視頻：序列中每幀圖像是通過實時攝取自然景物或活動對像而來靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像

4教學進程4.2.2圖形與圖像的比較容量1顯示性能2矢量圖文件存儲的是圖形指令，占用的空間較小。圖形的顏色數(shù)目與文件的大小無關，數(shù)據(jù)的大小主要取決于圖形的復雜程度。位圖文件存儲的是圖像數(shù)據(jù)，占用的空間比矢量圖大得多。影響位圖文件大小的因素有：圖像分辨率和圖像深度。分辨越高，即組成一幅圖像的像素越多，圖像文件越大；圖像深度越深，即表達單個像素的顏色和亮度的位數(shù)越多，圖像文件也越大

顯示一幅復雜的位圖文件比顯示一幅復雜的矢量圖文件要快。因為顯示位圖時，只要把圖像文件中的像素點映射到屏幕上的相應位置即可，而顯示一幅復雜的矢量圖需要經(jīng)過大量的數(shù)學運算和變換，才能將圖形繪制到屏幕上。教學進程縮放性能3應用4圖形適合于表現(xiàn)變化的曲線、簡單的圖案和運算結果等；而圖像表現(xiàn)較強，層次和色彩較豐富，適合于表現(xiàn)自然、細節(jié)的景物。圖形的編輯方便，因此側重于“繪制”、“創(chuàng)建”；而圖像的表現(xiàn)力強但創(chuàng)建較困難，因此側重于“獲取”、“復制”。圖形在進行縮放、旋轉等操作后不會產(chǎn)生失真；而圖像有可能出現(xiàn)失真現(xiàn)象，特別是放大若干倍后可能出現(xiàn)嚴重的顆粒狀，縮小后會吃掉部分像素點。

教學進程4.3.1圖像的采樣

圖像數(shù)字化是計算機圖像處理之前必做的基本步驟，現(xiàn)實中的圖像是一種模擬信號，圖像數(shù)字化的目的是把真實的圖像轉變成計算機能夠接受的顯示和存儲格式，即特定的一串連續(xù)數(shù)字。圖像的數(shù)字化過程分為采樣、量化和編碼三個步驟。采樣頻率1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，這些小區(qū)域稱之為像素點。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。采樣頻率是影響圖像質(zhì)量的重要指標，它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。采樣的過程要涉及兩個重要參數(shù)：分辨率和色彩深度（影響數(shù)字化圖形、圖像顯示效果的因素）。

4.3圖像的數(shù)字化教學進程4.3.2圖像的量化

4.3.3圖像的編碼與壓縮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。

壓縮編碼技術是實現(xiàn)圖像傳輸與存儲的關鍵，常用的圖像壓縮編碼有預測編碼和變換編碼

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。把采樣后所得到的這些連續(xù)量表示的像素值離散化為整數(shù)值的操作叫量化。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)域中的所有樣本只用同一值表示，使用有限的離散數(shù)值量來代替無限的連續(xù)模擬量的一種映射操作。

教學進程分辨率1(1)顯示分辨率

顯示分辨率（DisplayResolution）是指屏幕上顯示圖像區(qū)域的大小，即構成全屏顯示的像素點的個數(shù)。以水平和垂直像素表示。如800×600，是指屏幕水平方向有800個像素點，垂直方向有600個像素點。第一種表示方法是：描述一臺顯示器在同一時間可以顯示的總信息量。第二種表示方法是：在屏幕上每英寸所描述的點數(shù)或線數(shù)。電視機用的CRT的平均分辨率為0.76mm，標準SVGA顯示器的分辨率為0.28mm。目前流行：0.24mm和0.22mm

4.3.4數(shù)字圖形、圖像的性能指標

教學進程分辨率1(2)圖像分辨率

圖像分辨率是指確定組成一幅圖像的像素數(shù)目。以水平的和垂直的像素點表示。是指以像素為表示數(shù)字圖像的總信息量。高分辨率的圖像筆相同打印尺寸的低分辨率圖像包含更多的像素，因而像素點較小。如：72dpi分辨率的1英寸*1英寸圖像包含總共5184像素，而300dpi分辨率的1英寸*1英寸圖像包含總共90000像素。怎樣確定圖像分辨率呢？這要視圖像最終發(fā)布的媒介而定。如果制作的圖像用于網(wǎng)頁顯示，則只需要滿足典型的顯示器分辨率（72dpi或96dpi）就夠了。但是，如果用于打印輸出，使用太低的分辨率會導致清晰度很差、畫面粗糙。但使用太高分辨率（比輸出設備能夠產(chǎn)生的像素還要高）會使圖像文件增大，并降低圖像的打印效率。因此，應根據(jù)發(fā)布的需要來選擇圖像分辨率。4.3.4數(shù)字圖形、圖像的性能指標

教學進程分辨率14.3.4數(shù)字圖形、圖像的性能指標

(3)像素分辨率

像素分辨率是指在顯示器上一個像素點的寬和長之比，在像素分辨率不同的機器間傳輸圖像時會產(chǎn)生變形。

教學進程顏色深度2顏色深度/位數(shù)值顏色數(shù)量顏色評價1212二值圖像42416簡單色圖像828256基本色圖像1621665536增強色圖像2422416777216真彩色圖像322324294967296真彩色圖像顏色深度是指記錄每個像素所使用的二進制位數(shù)，對于彩色圖像來說，顏色深度決定了該圖像可以使用的最大顏色數(shù)目；對于灰度圖像來說，顏色深度決定了該圖像可以使用的亮度級別數(shù)目。顏色深度值越大，顯示的圖像色彩越豐富，畫面越好，但數(shù)據(jù)量也隨之增長。

教學進程顏色深度2顏色深度記錄每個點的某一個因素的數(shù)據(jù)位數(shù)，就是指位圖中記錄每個像素點所占的位數(shù)，它決定了彩色圖像中可出現(xiàn)的最多顏色數(shù)，或者灰度圖像中的最大灰度等級數(shù)。如8位，則最多可以表示256種顏色。位圖圖像：計算機記錄位圖（BitmapImage）的方式是將整個圖像分割成如棋盤的方格點，進而儲存每一個點的信息。矢量圖像：計算機記錄矢量圖像（VectorImage）的方式是用圖像的坐標及圖形種類與相關參數(shù)，通常用于美工插圖與工程繪畫。像素深度是指存儲每個像素所用的位數(shù)，它也是用來度量圖像的分辨率彩色圖像的每個像素可能有的顏色數(shù)灰度圖像的每個像素可能有的灰度級數(shù)例如，RGB8:8:8

224=16777216種顏色，深度為24。標準VGA支持4位16種顏色的彩色圖像，深度為24。常用256色，深度為8教學進程顏色類型

3

最常用的RGB顏色空間為例，圖像深度與顏色的映射關系主要包括真彩色、偽彩色和調(diào)配色(1)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)生的顏色稱為真彩色。例如，圖像深度為24，用R:G:B=8:8:8來表示顏色，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28=256種。圖像可以容納224=16777216=16M種色彩。這樣得到的顏色可以反映原圖的真實色彩，故稱為真彩色。教學進程(1)真彩色

真彩色(truecolor)有R，G，B三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設備的基色強度RGB8:8:8，即圖像的顏色數(shù)等于224，也常稱為全彩色(fullcolor)RGB5:5:5

215種顏色，存儲時16位表示像素屬性要得到真彩色圖像需要有真彩色顯示適配器支持教學進程(2)偽彩色

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值。該代碼值作為顏色查找表CLUT（ColorLook-UpTable）中某一項的入口地址。根據(jù)該地址可以查找出包含實際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的主要因素。偽彩色(pseudocolor)通過彩色查找表，去查找一個顯示圖像時使用的R，G，B強度值彩色查找表(colorlook-uptable，CLUT)每個像素的顏色不是由每個基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當作彩色查找表的表項入口地址，查找出的R，G，B強度值教學進程(3)調(diào)配色

調(diào)配色（Direct-color）的獲取是通過每個像素點的R、G、B分量分別作為單獨的索引值進行變換，經(jīng)相應的顏色變換表找出各自的基色強度，用變換后是R、G、B強度值產(chǎn)生的色彩。每個像素值分成R，G，B分量，每個分量作為單獨的索引值對它做變換。通過相應的彩色變換表找出基色強度，用變換后得到的R，G，B強度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色。它的特點是對每個基色進行變換。與其他兩種彩色的關系與真彩色系統(tǒng)相比，都采用R，G，B分量決定基色強度，但基色強度由R，G，B經(jīng)變換后決定與偽彩色系統(tǒng)相比，都采用查找表，但是對R，G，B分量分別進行變換，不是把整個像素當作查找表的索引值進行彩色變換。教學進程顯示深度4

圖像深度是圖像文件中記錄一個像素點所需要的位數(shù)，而顯示深度（DisplayDepth）是在顯示緩存表示一個像素點的最大位數(shù)，即顯示器可以顯示的顏色數(shù)。

(1)顯示深度大于圖像深度

在這種情況下，屏幕上的顏色能夠比較真實地反映圖像文件的顏色效果。比如，當顯示深度為24位，圖像深度為8位時，屏幕上可以顯示按該圖像的調(diào)色板選取的256種顏色；圖像深度為4位時，屏幕上可以顯示16色。這種情況下，顯示的顏色完全取決于圖像的顏色定義。教學進程(2)顯示深度等于圖像深度

在這種情況下，如果用真彩色顯示模式來顯示真彩色圖像，或者顯示調(diào)色板與圖像調(diào)色板一致時，屏幕上的顏色能較真實地反映圖像文件的色彩效果。反之，如果顯示調(diào)色板與圖像調(diào)色板不一致，則顯示顏色會出現(xiàn)失真。(3)顯示深度小于圖像深度

在這種情況下，顯示的顏色會出現(xiàn)失真。例如，如果顯示深度為8位，那么需要顯示一幅真彩色的圖像時，顯然達不到應有的顏色效果。教學進程4.3.5圖像數(shù)據(jù)量在掃描生成一幅圖像時，實際上就是按一定的圖像分辨率和一定的圖像深度對模擬圖片或照片進行采樣，從而生成一幅數(shù)字化的圖像。這與音頻信號的數(shù)字化過程類似。圖像的分辨率越高、圖像深度越深，則數(shù)字化后的圖像效果越逼真、圖像數(shù)據(jù)量越大。按照像素點及其深度映射的圖像數(shù)據(jù)大小可用下面的公式對數(shù)據(jù)量進行估算：

圖像數(shù)據(jù)量（B）=水平方向像素數(shù)×垂直方向像素數(shù)×圖像深度（位）/8

顯然，圖像文件所需的存儲空間較大。一幅640×480的256色圖像，其文件大小約為：

640×480×8/8=307200（B）=300（KB）一幅1024×768的真彩色圖像文件大小約為：1024×768×24/8=2359296（B）=2304（KB）=2.25(MB)注意：確定一幅圖像的主要參數(shù)：圖像的容量，圖像輸出效果教學進程(1)BMP格式BMP（Bitmap）文件是Windows操作系統(tǒng)中的標準圖像文件格式，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。為了處理方便，BMP文件都不壓縮，所以這類文件的數(shù)據(jù)量很大。BMP文件組成：位圖文件頭(bitmap-fileheader)，位圖信息數(shù)據(jù)結構，位圖信息頭(bitmap-informationheader)，彩色表(colortable)。4.4數(shù)字圖像的文件格式教學進程(2)JPEG格式JPEG是按圖像專家聯(lián)合組（JointPhotographicExpertsGroup）制訂的壓縮標準，是基于DCT壓縮算法進行存儲的圖像文件格式，其壓縮技術十分先進，它是使用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，但是這種損失很小，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，當壓縮比高達48：1時，仍可以保持很好的圖形想像效果。JPEG的兩種工作方式：順序方式（Sequentialmode）：圖像被分割為四方小塊，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。解碼時按編碼順序逐塊解碼，一次完成。漸近方式（Progressivemode）：整個圖像先以一種低于最終質(zhì)量要求的質(zhì)量標準進行編碼，完成后再以較上次高一級的質(zhì)量要求再進行一次編碼，如此重復若干次直至達到所需的最終質(zhì)量要求。解碼及傳輸可在任一級中止，避免不必要的運算操作。適合網(wǎng)絡傳輸?shù)姆绞?.4數(shù)字圖像的文件格式教學進程(3)GIF格式GIF（GraphicsInterchangeFormat）是由CompuServe公司為了制定彩色圖像傳輸協(xié)議而開發(fā)的圖像格式文件。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。GIF格式的特點是壓縮比高，磁盤空間占用較少。另外有3個主要特點：（1）交錯顯示交錯式的GIF圖像在下載時最初以低分辨率顯示，讓用戶看到模糊圖像的全貌，隨著下載的進行，逐漸達到高分辨率顯示，這樣可以避免用戶等待圖像下載過程的枯燥乏味。（2）透明GIF圖像允許將畫面的某一種顏色設置為“透明”。這種特性可以為圖像畫面的主體重新選擇背景。（3）動畫效果GIF文件格式允許在一個文件中放置多幅畫面，隨著幾幅畫面的連續(xù)顯示就形成了簡單的動畫效果。GIF圖像文件以數(shù)據(jù)塊(block)為單位來存儲圖像的相關信息，構成GIF數(shù)據(jù)流(DataStream)。優(yōu)點：圖像逼真；支持動畫；可設置透明背景；支持交插方式存儲，可以漸次傳輸教學進程(4)PSD格式PSD格式是著名是Adobe公司開發(fā)的圖像處理軟件PhotoShop中自帶的標準文件格式，是PhotoShop的默認文件格式，它支持PhotoShop的所有功能，能保存沒有合并的圖層、通道和蒙版等信息，以便于下次打開文件時可以修改上一次的設計。(5)PCX格式PCX是為ZSOFT公司研制開發(fā)的圖像處理軟件PCPaintbrush設計的文件格式。PCX圖像文件格式特別適用于現(xiàn)在已廣泛普及的PC機上的繪畫程序，是在PC機上使用時間最久的一種位圖格式，也是受到最廣泛支持的一種。教學進程(6)TIFF格式TIFF（TagImageFileFormat）稱為標記圖像文件格式。它是Aldus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。它的特點是圖像格式復雜、存儲信息多。正因為它存儲的圖像細微層次的信息非常多，圖像的質(zhì)量也得以提高，故而非常有利于原稿的復制。如果想打印圖片，TIFF則是最佳的圖像格式。

(7)PNG文件PNG（PortableNetworkGraphics）是一種新興的網(wǎng)絡圖像格式，它汲取了GIF和JPEG兩者的優(yōu)點并將之發(fā)揮得淋漓盡致，是目前保證最不失真的格式。它具有存儲形式豐富的特點，采用無損壓縮方式來減小文件；它的另外一大特點是顯示速度快，只需下載1/64的圖像信息就可以顯示出低分辨率的預覽圖像。

教學進程(7)PNG文件PNG的目的是企圖替代GIF和TIFF文件格式，同時增加一些GIF文件格式所不具備的特性;PNG是一種位圖文件存儲格式，灰度圖像的深度可多到16位，彩色圖像的深度可多到48位使用彩色查找表或者叫做調(diào)色板可支持256種顏色的彩色圖像。流式讀/寫性能(streamability)逐次逼近顯示(progressivedisplay)透明性(transparency)輔助信息(ancillaryinformation)獨立于計算機軟硬件環(huán)境使用無損壓縮。PNG格式中增加的GIF格式所沒有的特性每個像素為48位的真彩色圖像每個像素為16位的灰度圖像教學進程4.5數(shù)字圖像處理技術4.5.1數(shù)字圖像的獲取用繪圖軟件創(chuàng)建數(shù)字圖像1用數(shù)字攝入設備獲取圖像2利用掃描儀獲取圖像3從屏幕上直接獲取圖像4從光盤中獲取圖像資料5從網(wǎng)上獲取圖像6教學進程4.5.2數(shù)字圖像的處理

數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理的內(nèi)容2數(shù)字圖像處理（DigitalImageProcessing）又稱為計算機圖像處理，它是指將圖像信號轉換成數(shù)字信號并利用計算機對其進行處理的過程。

圖像變換

(1)1將圖像轉換到變換域中進行處理，如由時間域或空間域的圖像轉換到頻域來處理，用以改善圖像的質(zhì)量，同時由于大多數(shù)變換都有快速實現(xiàn)的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術，將空間域的處理轉換為變換域處理，不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理（如傅立葉變換可在頻域中進行數(shù)字濾波處理）。

教學進程4.5.2數(shù)字圖像的處理

圖像變換

圖像變換主要指正交變換原理：將原先的時域的聲音信號或空間的圖像信號變換到另一個適量空間（變換域），從而得到變換系數(shù)。若系數(shù)的分布比較集中，則可以用這些少量的數(shù)據(jù)同樣表達原有的信息，對這些數(shù)據(jù)進行編碼，則可以有效地壓縮數(shù)據(jù)。變換方法是關鍵，目前采用的有：離散傅立葉變換、離散余弦變換、沃爾什變換、哈爾小波變換、K-L變換熱點：小波變換小波的特征：具有有限的持續(xù)時間和突變的頻率和振幅；波形可以是不規(guī)則的，也可以是不對稱的；在整個時間范圍里的幅度平均值為零。小波的選擇：要根據(jù)小波分析的目的決定用什么樣的小波函數(shù)。如果沒有現(xiàn)成的小波可用，那么還需要自己開發(fā)合用的小波。教學進程圖像編碼壓縮

圖像編碼壓縮技術可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特數(shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時間和減少所占用的存儲器容量。

圖像增強和復原

圖像增強和復原的目的是為了提高圖像的質(zhì)量，如去除噪聲、提高圖像的清晰度等。圖像增強不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。

(2)(3)圖像分割

圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進一步進行圖像識別、分析和理解的基礎

。

(4)教學進程圖像描述

圖像描述是圖像識別和理解的必要前提。作為最簡單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。對于特殊的紋理圖像可采用二維紋理特征描述。

圖像分類（識別）

圖像分類（識別）屬于模式識別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預處理（增強、復原、壓縮）后，進行圖像分割和特征提取，從而進行判決分類。

(5)(6)教學進程數(shù)據(jù)壓縮算法指標壓縮比：指壓縮編碼后的數(shù)據(jù)量與原始數(shù)據(jù)大小的比值算法復雜性的運算速度(編碼與解碼算法的復雜性)編碼與解碼是對稱的編碼與解碼不對稱，解碼快于編碼失真度無損壓縮：解碼后的數(shù)據(jù)與編碼前的數(shù)據(jù)完全一致，沒有任何失真；有損壓縮：解碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)有一定程序的偏差或失真，但一般不影響聽覺或視覺效果教學進程行程長度編碼(RLE,RunLengthEncoding)

思想：把一系列的重復值用一個單獨的值再加上一個計數(shù)值來取代。例：數(shù)據(jù)序列

aabbbccccccccdddddd

編碼數(shù)據(jù)

a2b3c8d6適用于有大面積的連續(xù)陰影或顏色相同的圖像，如.PCX、.TIFF、.GEM圖像評價：非失真、壓縮比好（針對特定圖像）、算法復雜性好教學進程哈夫曼編碼(HuffmanEncoding)

基本思路：出現(xiàn)頻率越高的值對應的編碼長度越短，反之出現(xiàn)頻率越低的值，其對應的編碼長度越短例：A、B、C、D、E出現(xiàn)的次數(shù)分別為15、7、6、6、5，編碼分別為0、100、101、110、111評價：非失真、壓縮效果好、算法復雜性稍差缺陷：（1）無錯誤保護功能，只要一位錯，則剩余全錯(錯誤傳播)；（2）壓縮過程需要兩遍掃描，譯碼也較復雜教學進程預測編碼依據(jù)：圖像中局部區(qū)域的像素是高度相關的，可以用先前的像素來預測當前的像素基本思路：編碼時保存預測值與實際值之間的差值，解碼時，用預測值與差值信號來重建評價：（1）編碼質(zhì)量高，實現(xiàn)簡單；（2）壓縮比不高，依賴先驗知識，要作大量非線性運算線性預測編碼(DPCM，DefferentialPulseCodeModulation，也稱為差分脈沖編碼調(diào)制)4.6圖像處理軟件PhotoshopCS2教學進程PhotoshopCS2的新增功能1PhotoshopCS2在【編輯-】→【變換】菜單中新增了一個稱之為【變形】的變換類型。使用新的【變形】命令可以轉換圖層到多種預設形狀，或者使用自定義選項拖拉-圖像，效果如圖所示。所有這些工作都在文檔窗口中直接完成，不像【液化】命令那樣麻煩。4.6.1PhotoshopCS2介紹新增的變形轉換工具

(1)教學進程(2)污點修復畫-筆

【污點修復畫筆工具】不同于以前的【修補工具】，在使用之前它不需要選取選區(qū)或者定義源點。我們可以為修復選擇混合模式，并能在近似匹配和創(chuàng)建紋理兩者中選擇。還可以選擇所有允許使用污點修復工具的圖層，在一個新圖層中進行無損編輯-。

(3)降噪濾鏡

PN降噪濾鏡是另一個從PhotoshopElements3中拿來的工具。該工具有助于減少在弱光或高ISO值情況下拍攝的照片中的粒狀噪點。它還有助于移除JPEG圖像壓縮時產(chǎn)生的噪點。在高級模式下，還可以在每個通道上執(zhí)行降噪。還能夠將特定的設置保存為預設值。JPEG噪點選項，單個通道降噪，保存預設都是較PhotoshopElements3中降噪濾鏡增加的功能。教學進程(4)智能對象

PhotoshopCS2引入了一個稱之為智能對象圖層的新型圖層。使用智能對象，可以對單個對象進行多重復制，并且當復制的對象其中之一被編輯時，所有的復制對象都可以隨之更新——但是我們?nèi)匀豢梢詫D層樣式和調(diào)整圖層應用到單個的智能對象，而不影響其他復制的對象，這為方便工作提供了極大的彈性。

(5)滅點工具

PhotoshopCS2中新的滅點工具可在濾鏡菜單下使用到。該工具能在處理的圖像中自動按透視進行調(diào)整。在一些情況下，使用克隆工具要將圖中的對象移除或許會非常困難，因為克隆工具不能很好的處理透視。但是滅點工具則可以快速地完成操作。

教學進程(6)智能銳化濾鏡

PhotoshopCS2帶來了稱之為智能銳化濾鏡的新的高級銳化濾鏡。相對于標準的USM銳化濾鏡，