多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用(第3版)鄂大偉cha(1).ppt

第5章 數(shù)字圖像處理技術(shù),5.1 數(shù)字圖像處理概述 5.2 數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容 5.3 圖像與圖像數(shù)字化過(guò)程 5.4 圖像處理中的色彩學(xué)知識(shí) 5.5 位圖繪畫(huà)與編輯 5.6 圖像文件格式與圖像處理軟件,5.1 數(shù)字圖像處理概述,5.1.1 廓清數(shù)字圖像的概念,圖5-1 圖像的分類,5.1.2 圖像的數(shù)字化 數(shù)字化(digitizing)是將一幅圖像從其原來(lái)的形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的處理過(guò)程?！稗D(zhuǎn)換”是非破壞性的，因原始圖像未被破壞掉。數(shù)字化的逆過(guò)程是顯示(display)，即由一幅數(shù)字圖像生成一幅可見(jiàn)的圖像，常用的等價(jià)詞有“回放”和“圖像重建”。 掃描(scanning)指對(duì)一幅圖像內(nèi)給定位置的尋址，在掃描過(guò)程中被尋址的最小單元是圖像元素(picture element)即像素(pixel)，對(duì)攝影圖像的數(shù)字化就是對(duì)膠片上一個(gè)個(gè)小斑點(diǎn)的順序掃描。矩形掃描網(wǎng)格常稱為光柵。 采樣(sampling)是指在一幅圖像的每個(gè)像素位置上測(cè)量灰度值。采樣通常是由一個(gè)圖像傳感元件完成，它將每個(gè)像素處的亮度轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓值。,量化(quantization)是將測(cè)量的灰度值用一個(gè)整數(shù)表示。由于數(shù)字計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字。因此必須將連續(xù)的測(cè)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(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，將電壓值轉(zhuǎn)化成一個(gè)整數(shù)。,圖5-2 圖像的數(shù)字化,5.1.3電磁波譜 光是電磁波，但并不是所有電磁波都能引起視覺(jué)，就像聲音是機(jī)械波，但并不是所有機(jī)械波都能引起聽(tīng)覺(jué)一樣。人眼可以感受到的電磁波稱為“可見(jiàn)光”。它在整個(gè)電磁波譜中僅占很小的部分，可見(jiàn)光波的波長(zhǎng)約為400700（nm）。在可見(jiàn)光波范圍以外，還存在著大量的看不見(jiàn)的射線，如紅外線、紫外線、X射線、射線等，它們也是電磁波。,圖5-3 電磁波譜,5.1.4 圖像感知和獲取,(c) 矩陣傳感器,(b) 線性傳感器,(a) 單個(gè)成像傳感器,圖5-4 3種傳感器裝置的結(jié)構(gòu)類型,圖5-5 線狀傳感器常用于航空成像,5.1.5 圖像的表示 1.空間圖像與平面圖像的形式化表示 2.二維平面圖像的矩陣表示,5.1.6 數(shù)字圖像處理系統(tǒng),圖5-7 數(shù)字圖像處理系統(tǒng),圖5-8 數(shù)字圖像處理與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,5.2 數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容,1.圖像數(shù)字化 2.圖像增強(qiáng),原圖,圖5-9 直方圖的均衡化的結(jié)果,直方圖均衡化后的結(jié)果,3圖像幾何變換 4圖像恢復(fù),原圖像,受到噪聲干擾的圖像,去噪處理后的圖像 （Wiener濾波）,圖5-10 用濾波方法恢復(fù)圖像的質(zhì)量,5圖像重建 6圖像隱藏 7圖像變換,圖5-11 將空間域的圖像通過(guò)變換轉(zhuǎn)換到頻率域,8圖像編碼 9圖像識(shí)別與理解,圖5-12 美國(guó)警方采用圖像識(shí)別系統(tǒng)辨別罪犯， 該系統(tǒng)每分鐘以1500萬(wàn)畫(huà)面的速率進(jìn)行面部匹配,5.3 圖像與圖像數(shù)字化過(guò)程,5.3.1 圖像的采樣,圖5-13 圖像采樣就是在水平方向和垂直 方向上等間隔地將圖像分割成矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),圖5-14 不同采樣精度所獲得的圖像分辨率不同,5.3.2 圖像量化 度圖像是指每個(gè)像素由一個(gè)量化的灰度來(lái)描述的圖像。所謂的灰度 級(jí)，是指在顯示圖像時(shí)，將最暗像素點(diǎn)的值到最亮像素點(diǎn)的值的區(qū) 間，分成若干個(gè)級(jí)別，然后對(duì)亮度用某種碼字來(lái)進(jìn)行表示?；叶燃?jí) 是以比特位為單位來(lái)描述的，灰度圖像示例如圖5-15所示。,1 bit(2級(jí)灰度),5 bit(32級(jí)灰度),4 bit(16級(jí)灰度),3 bit(8級(jí)灰度),2 bit(4級(jí)灰度),圖5-15 不同灰度級(jí)別的圖像效果,5.4 圖像處理中的色彩學(xué)知識(shí),5.4.1 認(rèn)識(shí)色彩,圖5-17 太陽(yáng)光經(jīng)三菱鏡 后會(huì)產(chǎn)生色散現(xiàn)象,圖5-18 物體呈現(xiàn)出的顏色是 光的反射或透射作用的結(jié)果,5.4.2 色彩的三要素,圖5-19 色調(diào)環(huán),圖5-20 摻入白光對(duì)飽和度的影響,5.4.3 色彩模型 1.什么是色彩模型 在進(jìn)行數(shù)字圖像處理時(shí)，常常會(huì)涉及到用幾種不同色彩模型（或顏色 模型）來(lái)表示圖像的顏色。使用色彩模型的目的是盡可能多地及有效 地描述各種顏色，以便需要時(shí)能方便地加以選擇。各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域一般 使用不同的色彩模型。,圖5-21 色彩空間是一個(gè)三維的模型,2.色域（Color gamut）,圖5-22 三種彩色模型的色域顏色范圍,3. RGB模型 4. HSL 模型,圖5-23 RGB模型,5.CMYK模型 6. Lab模型,5-25 四色印刷基于C、M、 Y、K四種顏色疊印的原理,圖5-26 Lab模型,5.4.4 顏色深度與位平面 位圖圖像中像素的灰度信息是用若干二進(jìn)制數(shù)據(jù)位來(lái)表示的，這些數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)稱為圖像顏色的深度。 顏色深度反映了構(gòu)成圖像的顏色總數(shù)目。若圖像灰度采用1Bit來(lái)表示一個(gè)像素，像素灰度的值只有兩個(gè)，通常用0(白色)或1(黑色)表示，這樣的圖像稱為二值圖像，如圖5-27所示。黑白模式無(wú)法表示層次復(fù)雜的圖像，只能表示簡(jiǎn)單的黑白線條圖。,圖5-27 二值圖像與示例,如果圖像用8bit來(lái)表示一個(gè)像素，即將純黑和純白間的灰度等級(jí)層次等分為256級(jí)，就形成了256等級(jí)的灰度模式，可以用來(lái)模擬黑白照片的圖像效果，其灰度效果如圖5-28所示。,圖5-28 如果圖像量化為8比特，共有256種灰度等級(jí),5.4.5 分辨率 1.顯示分辨率 2.圖像分辨率 3.掃描分辨率 4.打印分辨率,圖5-29 不同圖像分辨率下實(shí)際顯示圖像的大小,5.5 位圖繪畫(huà)與編輯,5.5.1.位圖繪畫(huà)與數(shù)字化繪圖板 數(shù)字化繪圖板是提供繪畫(huà)創(chuàng)作人員的壓感輸入型設(shè)備，其類型可分 標(biāo)準(zhǔn)型或嵌入顯示器型，繪畫(huà)者手持鋼筆狀的尖筆在繪圖板上或屏 幕上直接作畫(huà)（圖5-30），這完全取代了鼠標(biāo)的操作。,圖5-30 數(shù)字化繪圖板：用于繪畫(huà)的標(biāo)準(zhǔn)型和嵌入顯示器型,目前，數(shù)字化繪圖板支持所有常見(jiàn)的專業(yè)繪畫(huà)、繪圖及圖像處理軟件，無(wú)論是在插畫(huà)、動(dòng)畫(huà)、3D創(chuàng)作，或者是數(shù)碼攝影、平面設(shè)計(jì)、多媒體設(shè)計(jì)、影視編輯方面的工作，數(shù)字化繪圖板在許多藝術(shù)創(chuàng)作領(lǐng)域中得到廣泛使用，很多動(dòng)畫(huà)特技或精美的設(shè)計(jì)效果都是用數(shù)字化繪圖板畫(huà)出來(lái)的（圖5-31）。,圖5-31 用數(shù)字化繪圖板設(shè)計(jì)創(chuàng)作的作品,5.5.2 基本繪畫(huà)工具 1.畫(huà)筆 每一種畫(huà)筆都有多種變體和特性，還可以設(shè)置畫(huà)筆直徑的大小，以及筆尖的角度、圓度和硬度等，這使得畫(huà)筆變得豐富多彩，滿足各種風(fēng)格的繪圖效果需求(圖5-32)。,圖5-32 畫(huà)筆筆尖形狀與不同筆刷線條,2.選區(qū),圖5-33 建立選區(qū)（圖中的白色虛線部分）并利用選區(qū)實(shí)現(xiàn)圖像的“摳圖”,3.顏色與調(diào)色板,圖5-34 調(diào)色板與顏色控制滑塊,4.漸變,圖5-35 漸變的效果,5.5.3 色彩調(diào)整,原圖,改變明亮/對(duì)比度,改變色彩平衡,改變色相與飽和度,圖5-36 圖像色彩調(diào)整示例,圖像色彩調(diào)整主要包括直方圖分布圖、色階調(diào)整、色彩平衡、明亮/對(duì)比度、色調(diào)和飽和度、色彩校正等。舉例來(lái)說(shuō)。色調(diào)/飽和度調(diào)整可在一個(gè)對(duì)話框中對(duì)滑塊進(jìn)行控制，只要簡(jiǎn)單地移動(dòng)滑塊就可以改變圖片的整體色譜，并可以看到效果（圖5-37）。,圖5-37 色調(diào)/飽和度對(duì)話調(diào)整框,5.5.4 濾鏡,圖5-39 天鵝（左圖）的碳鉛畫(huà)濾鏡效果（右圖）,圖5-40 鷹的原圖像（左圖）與水彩濾鏡（中圖）、 馬賽克拼圖濾鏡（右圖）的效果比較,5.5.5圖層,圖5-41 原圖（左）與加入新圖層后的效果圖（右）,5.5.6通道,圖5-42 PhotoShop圖像軟件中的RGB顏色通道,5.5.7 圖層蒙版,圖5-43 利用圖層蒙版技術(shù)，將兩張圖像 （左圖與中圖）合成為一張圖像（右圖）,5.6 圖像文件格式與圖像處理軟件,5.6.1 常用圖像文件格式 圖像在存儲(chǔ)媒體（如磁盤(pán)、光盤(pán)）中儲(chǔ)存格式，稱為文件格式。圖像文件主要是指位圖圖像，是由無(wú)數(shù)個(gè)像素點(diǎn)組成的。圖像文件的存儲(chǔ)格式有多種，如圖5-44所示。,圖5-44 常見(jiàn)圖像格式文件