圖像基本知識課件

1、第2章 圖像的基本知識.圖像都是以模擬圖像的形式存在，它們是由連續(xù)的有不同色彩及亮度等屬性的顏色點組成的。.要利用數(shù)字計算機處理模擬圖像，就必須將模擬圖像轉(zhuǎn)換為用數(shù)字方式表示的數(shù)字圖像文件，即所謂的數(shù)字圖像。.將模擬圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像的過程稱為圖像數(shù)字化過程。.根據(jù)計算機系統(tǒng)處理圖像的特點，本章將從圖像文件的分類、屬性、色彩通道、色彩模式、層次及文件格式等方面介紹有關(guān)圖像的一些基本知識。退出2.1 圖像文件及其分類2.2 圖像文件的屬性2.3 圖像的色彩通道2.4 圖像的色彩模式2.5 圖像的層次2.6 圖像文件的常見格式2.1 圖像文件及其分類 .數(shù)字圖像是以計算機圖像文件的形式存在的。.根

2、據(jù)計算機具有的處理圖像的特殊方式及各種類圖像本身具有的不同的表現(xiàn)形式與用途等因素，圖像文件一般可按計算機的存儲方式與圖像本身的顏色來進行分類。.按前者分有矢量格式與位圖格式，按后者分有黑白圖像、灰度圖像及彩色圖像。 1.按在計算機存儲方式分類 a.矢量格式(向量格式)是用一系列的繪圖指令與參數(shù)及數(shù)學式來表示一幅圖，如點、直線、矩形、圓以及一些復雜的曲線和曲面等。見圖2-1。.常見的有.DXF、.3DS、.MAX、.WMF等。.處理矢量圖形的軟件通常稱為繪圖軟件（Draw Program），常見的有AutoCAD、CorelDRAW以及Adobe II1ustrator等軟件。.矢量圖形有許多優(yōu)

3、點:(1)如對矢量格式的圖形移動、縮放、旋轉(zhuǎn)、復制、顏色的改變、線條粗細的變化等很方便。(2)可以將常見的圖形作為構(gòu)成復雜圖形的基本元素預先繪制好，存儲在系統(tǒng)的圖形庫中加以利用。(3)另外，矢量圖形與設備的分辯率無關(guān)，一般可對矢量圖形進行任意縮放或變形而不影響其清晰度和光滑性等。(4)矢量圖形一般適合表示有規(guī)律的線條組成的圖形，如三維造型、工程圖或藝術(shù)字等。b.位圖格式是直接描述像素點屬性的圖像文件格式。.計算機屏幕上圖像是由屏幕上發(fā)光點（常稱像素）構(gòu)成，對每個點可用二進制數(shù)據(jù)來描述其顏色與亮度等屬性。.像素是構(gòu)成點陣圖像的基本元素，它是離散的，就像是在繪圖紙上一樣排列成矩陣形式。由連續(xù)區(qū)域內(nèi)

4、的像素構(gòu)成的圖像稱為點陣圖像，也稱位圖像。全部像素形成的矩陣就構(gòu)成位圖。見圖2-2。.計算機存儲位圖圖像時，是存儲圖像各像素的位置和顏色數(shù)據(jù)等。擴展名為.BMP、.TIF及.GIF等的是圖像文件。用來繪制位圖圖像的軟件稱為畫圖軟件，如Photoshop等。.位圖適用于表示具有顏色、陰影、色調(diào)等的變化的圖像，如各類照片或繪畫作品等。 位圖放大后，其清晰度和光滑度都要受到影響。見圖2-3與圖2-4。.位圖圖像中的水平方向上的像素個數(shù)和垂直方向上的像素個數(shù)決定了該幅圖像的分辨率。如屏幕上顯示的圖像的分辨率為640480，表示其水平方向上有640個像素，垂直方向上有480個像素，則屏幕上的總像素有64

5、0480=307200個像素，即有307200個發(fā)光點。.位圖圖像文件一般比矢量圖形文件要大。影響位圖文件的大小的因素主要有兩個，即圖像的分辨率與位深。 2.按顏色分類 .圖像按顏色分有黑白圖像、灰度圖像及彩色圖像等。 a.黑白圖像是最簡單的一種圖像，它只包含黑白兩種信息，占用很少的存儲空間。.黑白圖像又可分為兩種不同的類型，即線條圖和半色調(diào)圖。線條圖是一種簡單的黑白線條組成的圖像，包括如鉛筆或鋼筆的素描圖或如機械藍圖等單一顏色類的彩圖。半色調(diào)圖是一種模擬灰度圖像的黑白圖。見圖2-5。b.灰度圖像除包含黑色和白色，還包含實際的灰色調(diào)。見圖2-6。c.彩色圖像包含豐富的圖像信息，在計算機中通常采

6、用RGB（紅、綠、藍）三原色的模型來表示。RGB三原色可以組合成世界上所有的顏色。.彩色圖像中的每個像素是用多個位來表示的，常用的是24-bit彩色圖像，它是由三個8-bit的RGB通道組成，可以記錄1670萬種色彩，這種圖像常稱為真彩色圖像。2.2 圖像文件的屬性 圖像的屬性主要有圖像的分辨率、顏色、尺寸及存儲方式等，這些屬性確定了圖像的表現(xiàn)形式、操作方式及其適用領域等。 1. 圖像的分辨率.計算機不能直接處理連續(xù)的圖像信息，而只能處理離散的像素。數(shù)字化設備的主要作用之一就是將信息分成可以進行獨立處理的單元，即像素。.像素作為圖像元素是可以用來度量圖像數(shù)據(jù)的最小單元。計算機圖像是由像素點組成

7、的，在同樣大小的面積上，組成圖像的像素點越多，圖像的清晰度就越高。 a.分辨率表示圖像數(shù)字信息的數(shù)量或密度；它與像素和網(wǎng)格特性有著直接的聯(lián)系，而像素與網(wǎng)格是掃描設備或輸出設備再現(xiàn)光柵圖像的基礎成分。顯示器是以像素的形式顯示圖像的。例如一個14英寸的顯示器在寬與高方向上分別可顯示640與480個像素，而每個像素的寬度一般為1/72英寸，則一般稱此時該顯示器分辨率為640480，或者說該顯示器的屏幕分辨率為72dpi（dot per inch 每英寸點數(shù)）。顯示器的分辨率可以在一定范圍內(nèi)作調(diào)整。一般的圖像處理軟件均可以通過一定的算法調(diào)整圖像像素與屏幕像素的對應方式，以使圖像在屏幕上按一定的分辨率進

8、行顯示。 如圖2-7所示為分辨率不同的兩幅圖像，左邊圖像的分辨率比右邊的高，顯得更清晰。 b.圖像的分辨率依據(jù)應用對象或環(huán)境的不同可以分為幾種類型或描述方式，如輸入（掃描）分辨率、光學分辨率、內(nèi)插分辨率、顯示器分辨率、圖像分辨率、輸出分辨率及打印機分辨率等。 圖像分辨率、顯示器分辨率及輸出分辨率等是圖像設計與處理中的重要參數(shù)。 (1)輸入或掃描分辨率是指在每英寸或每厘米原始圖像上，一臺掃描設備可捕獲的信息量，它受掃描設備所具有的最高光學分辨率或內(nèi)插分辨率的限制。(2)光學分辨率指掃描儀或無膠片照相機的光學系統(tǒng)采樣的最大信息量或最高信息密度，對于掃描儀是指水平的每一英寸或厘米的信息量，對于數(shù)字照

9、相機一般表示為一個固定的量。(3)內(nèi)插分辨率適用于輸入和輸出階段。在輸入情況下，內(nèi)插分辨率是指掃描儀通過硬件或軟件算法可以模擬的最高信息密度。 (4)顯示器分辨率指計算機屏幕一次可顯示的總信息量（如1024768像素），或指顯示器在水平方向每一英寸的點數(shù)（如72dpi）。顯示器分辨率影響使用者對圖像進行處理工作時的方便性及視覺效果，但不會影響圖像數(shù)據(jù)的輸出質(zhì)量。(5)圖像分辨率指圖像中儲存的信息量，這種分辨率有多種衡量法，一種是以圖像水平和垂直方向上的像素點數(shù)量（ppi）來表示，如分辨率640480的圖像表示這幅圖像水平方向上有640個像素，垂直方向上有480個像素。另外一種表示方法是以每英寸

10、的像素（dpi）來衡量，如300dpi圖像分辨率表示圖像上每英寸有300個像素點。 (6)輸出分辨率適用于打印或印刷，它表示將最終文件發(fā)送到激光照排機或打印機時所需的每英寸像素數(shù)（ppi或dpi）。印刷復現(xiàn)方法、掛網(wǎng)約定、選定的輸出設備的分辨率等綜合在一起，可以決定圖像的確切的輸出分辨率。(7)打印機分辨率可用來度量輸出設備在水平和垂直方向可以產(chǎn)生的每英寸點數(shù)。打印機或激光照排機的分辨率越高，它所產(chǎn)生的點就越小，圖像的色調(diào)就顯得越連續(xù)。 2. 圖像的顏色與深度 a.圖像顏色是指圖像中所具有的最多的顏色種類。 .圖像中的每一個像素都有其自己的顏色或灰度值，當像素很小且相鄰像素的顏色或色調(diào)變化不大

11、時，圖像會顯示一種連續(xù)色調(diào)的視覺效果。 .圖像中的細節(jié)由像素尺寸和色調(diào)可取范圍確定，而像素尺寸與分辨率有關(guān)，色調(diào)范圍是由掃描設備的動態(tài)范圍確定的。b.圖像深度是指描述圖像中每個像素的數(shù)據(jù)所占的位數(shù)。圖像的每一個像素對應的數(shù)據(jù)通?？梢允?位（bit）或多位字節(jié)，用來存放該像素點的顏色、亮度等信息。.數(shù)據(jù)位數(shù)越多，所對應的顏色種數(shù)就越多。圖像深度一般有1位、2位、4位、8位、16位、24位、32位及36位等幾種。圖像顏色數(shù)與圖像深度有著密切的關(guān)系，即顏色數(shù)2圖像深度。 3. 圖像的尺寸 a.圖像的尺寸是指圖像的長與寬，根據(jù)不同的需要，尺寸可以用不同的單位來度量，如可用像素點（pixels）的數(shù)量來

12、表示顯示器屏幕上顯示的圖像的尺寸。 .注意，描述顯示器分辨率的640640與描述圖像尺寸的640640是有不同含義的，前者表示屏幕一次可以顯示的總信息量。而后者對圖像而言是確定的，如果利用圖像處理軟件改變該值，則圖像本身就發(fā)生了變化。 .圖像在顯示器上顯示的尺寸與圖像在打印機上輸出的尺寸是沒有直接關(guān)系的，它們分別與圖像本身的尺寸、顯示器的分辨率與尺寸及打印機的分辨率等有關(guān)。.一般在描述圖像的尺寸時常用dpi（dot per inch-每英寸的像素）、inches（英寸）、cm（厘米）等來描述，它們之間可相互換算。 4. 圖像文件的大小 圖像文件的大小確定圖像所需要的磁盤存儲空間，一般用計算機存

13、儲的基本單位字節(jié)（byte）來度量。不同色彩模式的圖像的每一像素所需要的字節(jié)數(shù)不同，如灰度圖像中的每一像素灰度用一個字節(jié)的數(shù)值表示；而彩色圖像中的每一像素一般最少用8個字節(jié)來度量。 圖像文件的大小主要受圖像分辨率、色彩數(shù)（位深）和圖像大小三個因素共同決定。 圖像分辨率也影響到圖像在屏幕上的顯示大小，如果在一臺設備分辨率為72dpi的顯示器上顯示的圖像的分辨率從72dni增大到144dpi且保持圖像尺寸不變，則該圖像將以原圖像實際尺寸的2倍顯示。 5. 色調(diào)指光所呈現(xiàn)的顏色，如紅、綠、黃等。彩色圖像的色調(diào)決定于其在光照射下所反射的光的顏色。一般來說，發(fā)光物體的色調(diào)決定于其本身的光譜組成，而非發(fā)光

14、物體的色調(diào)決定于光源及物體本身的反射與透射性質(zhì)。 6. 飽和度飽和度表明色彩的純度，它決定于物體反射或透射的特性。.飽和度用與色調(diào)成一定比例的灰度數(shù)量來表示，取值范圍通常是0%（飽和度最底）100%（飽和度最高）。.可見光中單色光是最飽和的色彩。飽和度為最大時每一色相顯示最純的色光。對于同一色調(diào)的彩色光，其飽和度越高，則其顏色就越深，如深紅比淺紅的飽和度高。.高飽和度的彩色光在加入白色后會被沖淡，變成低飽和度的彩色光。 7. 色度 色度是色調(diào)和飽和度的合稱，表示光的顏色及其深淺程度。8. 圖像的亮度 指圖像色彩的明暗程度，通常用0%（最暗）100%（最亮）間的值來表示。亮度為零時即為黑，最大亮

15、度是色彩最鮮明的狀態(tài)。 亮度是人眼對物體明暗強度的感覺，發(fā)光物體的亮度或非發(fā)光物體的反射度越高，則色彩的亮度均會顯得越高。 9. 對比度 指圖像中的明暗對比或變化，或是指亮度大小的差別。2.3 圖像的色彩通道.計算機屏幕上顯示的圖像的色彩通常是由紅（Red）、綠（Green）、藍（Blue）三種基本顏色混合而成的。.三種基本色按不同比例進行混合可以產(chǎn)生許多種顏色，每一種顏色所占的份量可以分別進行調(diào)整，為此，保存每一種顏色信息及對其可進行調(diào)整處理所提供的方式或途徑就是相應顏色的色彩通道。.如對由紅綠藍三種顏色光按不同比例混合而成的RGB圖像，計算機中保存的是此幅圖像中的三種顏色的數(shù)據(jù)，對應的就有

16、紅綠藍三種顏色的通道和一個RGB通道。.由于應用的領域或方式的不同，基本顏色的種類也有不同，如在印刷過程中，彩色圖像一般是經(jīng)過四個印版來印刷，每個印版分別印刷青色（Cyan）、品紅（Magenta）、黃色（Yellow）及黑色（Black）。一個通道即相當于印刷中的一個印版，每個通道保存一種顏色的數(shù)據(jù)。CMYK圖像有青、品紅、黃及黑四種顏色的通道和一個CMYK通道。 顏色通道保存相應顏色的信息，RGB和CMYK通道均是一個混合通道，保存所有顏色的信息，而所見到的圖像是由幾個通道疊加在一起所產(chǎn)生的綜合效果，如RGB色彩模式的圖像就像是由三種顏色通道確定的光投射到屏幕上所產(chǎn)生的影像效果。2.4 圖

17、像的色彩模式 顏色一般分為兩類，即彩色與非彩色。顏色可由某種色彩模式根據(jù)各種特性的幾種基本色彩光成分表示出來。表示彩色特性的方法有許多，如RGB模式、CMYK模式、HSB模式及HLS模式等。在計算機圖像處理系統(tǒng)中，根據(jù)各種需要或運用環(huán)境的不同也提供了相應的色彩應用模式。如圖像的顏色可以由RGB三種基色來合成，也可以由其它基色來合成，這就構(gòu)成了顏色的多種合成方式。不同的模式有不同的特點，可以適用不同的處理過程或應用領域。除常用的顏色模式RGB模式外，還有CMYK模式、HSB模式、HLS模式、Indexed索引彩色模式、GrayScale灰度模式、Bitmap黑白位圖模式、Duotone雙色套印模

18、式、Lab模式及Multichannel（多通道）模式等。 1.RGB模式RGB模式是顯示器所采用的模式,它使用紅(Red)、綠（Green）、藍（Blue）三基色按不同比例的強度來混合，生成其它各種顏色。根據(jù)三種顏色光的比例不同而呈現(xiàn)出不同顏色的光。如R、G、B都取100，則光點為白色；如R、G、B都取0，則光點為黑色。 目前彩色顯示器和彩色電視機都是使用RGB模式來顯示彩色圖像。將彩色圖片用掃描儀輸入到計算機中，是采用圖像顯示的逆過程，也即是將彩色圖片上的顏色分解成強度不同的R、G、B三種不同的光，并以數(shù)據(jù)的形式進行存儲，如再將其傳到顯示器，則又可以顯示出原來的顏色。 2.CMYK模式 C

19、MYK模式是打印機采用的顏色模式，CMYK是Cyan（青）、Magenta（紫紅）、Intensity（黃）、Black（黑）的縮寫?，F(xiàn)實世界中，當光照射到一個物體上時，這個物體將吸收一部分光線，并將剩下的光線反射出去，而反射光色就是人眼所見的物體的顏色。一般來說，任何一種顏料（或墨水）的顏色都可以由三種基本顏色（青、紫紅、黃）的顏料按一定比例混合獲得。如等量的三種基本顏色的顏料混合成黑色，但實際上，由于純色一般是很難獲得的，印刷結(jié)果常會帶一些褐色。為此，在印刷中需增加一種黑色來使色彩更均衡，保證顏色陰暗康深度。顏料的顏色是由其能反射的光的顏色決定，如由七種顏色的光混合而成的太陽光照在紅色的物

20、體上，該物體只反射紅光，而將其它六種顏色的光吸收掉；白色物體對所有顏色的光很少吸收，將照射到其上的太陽光幾乎都反射出去，使之看上去是白色的。如果一個物體能同時反射多種顏色光，則其顯示相當于不同顏料的顏色混合后的顏色。CMYK模式主要應用于出版和計算機彩色打印，它為要打印的圖像上的點指定四種打印墨水的顏色，一般打印機或印刷設備的油墨都是采用CMYK模式。顯然，CMYK模式與RGB模式對顏色的產(chǎn)生方式是不同的，一般來說，CMYK模式是達不到RGB模式的標準的，這也是有時屏幕上顯示的圖像要比打印出的圖像的效果豐富的多的原因。當然，這不是絕對的，因為效果與圖像本身的內(nèi)容與色彩有很大關(guān)系。 3.HSB模

21、式與HLS模式 HSB模式是一種體現(xiàn)人的直覺的配色方式的模式，適合于畫家使用。這里的H表示色調(diào)（Hue），它是各種色彩相互區(qū)分的特性；S表示飽和度（Saturation），它表示色彩的強度或純潔度；B表示亮度（Brightness），它表示色彩相對的明暗程度。利用HSB模式，使用者只要選擇色調(diào)、亮度和飽和度，就可以配出所需要的顏色。HLS模式中的H、L與S分別表示色度（Hue）、明度（Lightness）與飽和度（Saturation），它與HSB模式類似。 4.Indexed模式 Indexed為索引彩色模式,也稱調(diào)色板模式。在此模式中，每一個像素的顏色，通?？梢杂?位數(shù)字、4位數(shù)字或1位數(shù)

22、字來表示。每一個像素對應于一個數(shù)字，每一個數(shù)字對應調(diào)色板中的一種顏色。實際上，以這種模式存儲的圖像只存儲調(diào)色板及每個像素對應的調(diào)色板的顏色代號即可，而在顯示圖像時，每一像素據(jù)此代號查詢調(diào)色板即可確定其顏色。 索引模式可減小存儲空間，如一幅l024768的8位的彩色圖像只需要0.8MB并加上調(diào)色板的不大的存儲空間即可，而如以位圖格式存儲則需6MB左右的存儲空間。不過，調(diào)色板模式能表示的顏色較少，如8位調(diào)色板模式只能表示256種顏色，4位調(diào)色板模式只能表示16種顏色。 5.GrayScale模式 GrayScale為灰度模式，其表示的圖像中只有灰度信息而沒有彩色信息。 灰度圖像不僅包含黑色和白色，

23、還包含實際的灰色調(diào)。在灰度圖像中每個像素用多個位（Bit）表示可以記錄和顯示的色調(diào)。如4位可產(chǎn)生16種灰度，8位可產(chǎn)生256種灰度?；叶仍龆嗫墒购诎讏D片的層次更加準確豐富。 6.Bitmap模式 Bitmap是黑白位圖模式，其表示的圖像由黑色與白色兩種像素組成。黑白圖像是最簡單的一種圖像，只包含黑白兩種信息。一個像素只用一位（bit）表示，所以占用的存儲空間很少。黑白圖像一般分為兩種類型，即線條圖和半色調(diào)圖。 線條圖（1ine art）是一種簡單的黑白圖像，如鉛筆或鋼筆的素描圖就是線條圖。線條圖也可以包括機械藍圖等單一顏色的彩色圖。 半色調(diào)圖（ha1ftone）是一種模擬灰度圖像的黑白圖，顯然

24、，黑白圖和灰度圖不是一種類型。在半色調(diào)圖像中，較黑的區(qū)域用較多的點來表示，較亮的區(qū)域用較少的點來表示，這樣，圖像看起來就有從黑色到白色的不同灰度，而實際上每個點只有黑白兩色。報紙和雜志上的攝影圖片就是這種半色調(diào)圖像。 7.Duotone模式 Duotone為雙色套印模式。一般彩色圖像按標準是用CMYK四種油墨來印刷的，但在實際生活中，常會用兩種油墨來印刷出彩色效果，這樣就可節(jié)省印刷成本。用這種方法印刷出來的圖像稱為Duotone（雙色套?。﹫D像。實際上，用一種、三種或四種油墨印刷出來的圖像都統(tǒng)稱為套印模式。 8.Lab模式 Lab模式是以一個亮度分量L（Lightness）及兩個顏色分量a和b

25、來表示，其中分量a的取值范圍是-128至128，表示綠色漸變至紅色中間的一切顏色，分量b的取值為自綠色漸變至黃色中間的一切顏色。實際上，當Photoshop將RGB模式轉(zhuǎn)換為CMYK模式時，都需經(jīng)過Lab的轉(zhuǎn)換，所以，有時可直接選擇此模式以減少轉(zhuǎn)換過程中的色彩損失，而對這種模式的圖像的編輯處理速度也較快。 9.Multichannel模式 Mu1iichannel為多通道模式，其表示的圖像包含多個通道，每一通道有256級灰度。此模式的圖像是專門用于印刷的。任何包含超過一個通道的圖像都可轉(zhuǎn)換為Mu1tichannel模式，當把圖像轉(zhuǎn)換成此模式時，單一顏色通道的信息將被轉(zhuǎn)化成能反映顏色值的灰度信息。如果用戶從RGB、CMYK或Lab模式的圖像中刪除通道，圖像