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內(nèi)容 5.3 圖像與圖像數(shù)字化過程 5.4 圖像處理中的色彩學(xué)知識 5.5 位圖繪畫與編輯 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的形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的處理過程?！稗D(zhuǎn)換”是非破壞性的，因原始圖像未被破壞掉。數(shù)字化的逆過程是顯示(display)，即由一幅數(shù)字圖像生成一幅可見的圖像，常用的等價詞有“回放”和“圖像重建”。 掃描(scanning)指對一幅圖像內(nèi)給定位置的尋址，在掃描過程中被尋址的最小單元是圖像元素(picture element)即像素(pixel)，對攝影圖像的數(shù)字化就是對膠片上一個個小斑點的順序掃描。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像素位置上測量灰度值。采樣通常是由一個圖像傳感元件完成，它將每個像素處的亮度轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓值。,量化(quantization)是將測量的灰度值用一個整數(shù)表示。由于數(shù)字計算機只能處理數(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(ADC)，將電壓值轉(zhuǎn)化成一個整數(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，就像聲音是機械波，但并不是所有機械波都能引起聽覺一樣。人眼可以感受到的電磁波稱為“可見光”。它在整個電磁波譜中僅占很小的部分，可見光波的波長約為400700（nm）。在可見光波范圍以外，還存在著大量的看不見的射線，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內(nèi)容,1.圖像數(shù)字化 2.圖像增強,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變換轉(zhuǎn)換到頻率域,8圖像編碼 9圖像識別與理解,圖5-12 美國警方采用圖像識別系統(tǒng)辨別罪犯， 該系統(tǒng)每分鐘以1500萬畫面的速率進行面部匹配,5.3 圖像與圖像數(shù)字化過程,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 度圖像是指每個像素由一個量化的灰度來描述的圖像。所謂的灰度 級，是指在顯示圖像時，將最暗像素點的值到最亮像素點的值的區(qū) 間，分成若干個級別，然后對亮度用某種碼字來進行表示。灰度級 是以比特位為單位來描述的，灰度圖像示例如圖5-15所示。,1 bit(2級灰度),5 bit(32級灰度),4 bit(16級灰度),3 bit(8級灰度),2 bit(4級灰度),圖5-15 不同灰度級別的圖像效果,5.4 圖像處理中的色彩學(xué)知識,5.4.1 認識色彩,圖5-17 太陽光經(jīng)三菱鏡 后會產(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 摻入白光對飽和度的影響,5.4.3 色彩模型 1.什么是色彩模型 在進行數(shù)字圖像處理時，常常會涉及到用幾種不同色彩模型（或顏色 模型）來表示圖像的顏色。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，以便需要時能方便地加以選擇。各個應(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制數(shù)據(jù)位來表示的，這些數(shù)據(jù)位的個數(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來表示一個像素，像素灰度的值只有兩個，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。黑白模式無法表示層次復(fù)雜的圖像，只能表示簡單的黑白線條圖。,圖5-27 二值圖像與示例,如果圖像用8bit來表示一個像素，即將純黑和純白間的灰度等級層次等分為256級，就形成了256等級的灰度模式，可以用來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,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際顯示圖像的大小,5.5 位圖繪畫與編輯,5.5.1.位圖繪畫與數(shù)字化繪圖板 數(shù)字化繪圖板是提供繪畫創(chuàng)作人員的壓感輸入型設(shè)備，其類型可分 標準型或嵌入顯示器型，繪畫者手持鋼筆狀的尖筆在繪圖板上或屏 幕上直接作畫（圖5-30），這完全取代了鼠標的操作。,圖5-30 數(shù)字化繪圖板：用于繪畫的標準型和嵌入顯示器型,目前，數(shù)字化繪圖板支持所有常見的專業(yè)繪畫、繪圖及圖像處理軟件，無論是在插畫、動畫、3D創(chuàng)作，或者是數(shù)碼攝影、平面設(shè)計、多媒體設(shè)計、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，很多動畫特技或精美的設(shè)計效果都是用數(shù)字化繪圖板畫出來的（圖5-31）。,圖5-31 用數(shù)字化繪圖板設(shè)計創(chuàng)作的作品,5.5.2 基本繪畫工具 1.畫筆 每一種畫筆都有多種變體和特性，還可以設(shè)置畫筆直徑的大小，以及筆尖的角度、圓度和硬度等，這使得畫筆變得豐富多彩，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/對比度、色調(diào)和飽和度、色彩校正等。舉例來說。色調(diào)/飽和度調(diào)整可在一個對話框中對滑塊進行控制，只要簡單地移動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)/飽和度對話調(diào)整框,5.5.4 濾鏡,圖5-39 天鵝（左圖）的碳鉛畫濾鏡效果（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 圖像在存儲媒體（如磁盤、光盤）中儲存格式，稱為文件格式。圖像文件主要是指位圖圖像，是由無數(shù)個像素點組成的。圖像文件的存儲格式有多種，如圖5-44所示。,圖5-44 常見圖像格式文件