靜態(tài)圖像處理

1、第4章 靜態(tài)圖像處理4.1 圖像的基本知識(shí)4.2 圖像的壓縮技術(shù)4.3 圖像編碼技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)4.4 圖像的采集4.5 Photoshop圖像處理技術(shù)4.6 小結(jié)2022/9/2014.1 圖像的基本知識(shí)4.1.1 顏色與混色法4.1.2 彩色空間4.1.3 圖像的顯示和存儲(chǔ)2022/9/2024.1.1 顏色與混色法視覺特性與某一單色光相同的彩色視覺，可由具有不同光譜成分的色光組合所代替。利用這個(gè)原理，我們可以由幾個(gè)基本的色彩，配出其他的色彩。人眼的亮暗感覺是相對(duì)的。人眼可以在相當(dāng)寬的一個(gè)亮度范圍內(nèi)工作，但是卻不能同時(shí)感受到所有的亮度。利用這一點(diǎn)，我們不需要恢復(fù)景物的真實(shí)亮度，也能給人同樣的

2、亮度感覺。人眼可產(chǎn)生色彩濃淡的感覺。通常，如果在顏色中混入白光，顏色的飽和度就會(huì)降低。2022/9/203基色原理與混色法相加混色法 我們的彩色顯示器可以發(fā)出紅綠藍(lán)三種波長的光。這三種光的不同比例的相加構(gòu)成了實(shí)際的顯示器表示的顏色。我們把這種由基色光按不同比例相加獲得不同色光叫做相加混色法。紅色+綠色=黃色紅色+藍(lán)色=品紅綠色+藍(lán)色=青色紅色+綠色+藍(lán)色=白色2022/9/204相減混色法在印刷、繪圖時(shí)，我們的紙張是不會(huì)發(fā)光的，它只能反射環(huán)境光產(chǎn)生顏色。紙張上的內(nèi)容產(chǎn)生的色彩實(shí)際上是色彩顏料吸收了環(huán)境光中的特定波長的光而導(dǎo)致的。我們?cè)谙鄿p混色法中使用青色（Cyan）、品紅（Magenta）和黃

3、色（Yellow）作為基色，又叫CMY模型。在實(shí)際中我們?cè)诋a(chǎn)生黑色時(shí)，通常直接用黑色的顏料，而不是使用三種顏料混合得到。因此我們的減色模型模型實(shí)際上又多了一種顏色黑色（Black）。因此我們又叫減色模型為CMYK模型。 2022/9/205相減混色法混色示意圖黃青品紅紅綠黑藍(lán)2022/9/2064.1.2 彩色空間RGB彩色空間 F=r(R)+g(G)+b(B) 如果每種顏色以8位二進(jìn)制位來表示，那么可以表示的色彩為224=1,670 萬種顏色，這也就是我們常說的真彩色。計(jì)算機(jī)的顯示器就是使用 RGB 模型顯示顏色的。 2022/9/207YUV和YIQ色彩空間對(duì)于彩色電視系統(tǒng)，通常把彩色圖像

4、信號(hào)，經(jīng)分色、放大、校正后得到RGB三分量，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)RY、BY即U和V，最后由發(fā)送端將亮度和色差三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行編碼，用同一信道發(fā)送出去。這就是我們常用的YUV色彩空間。這樣做的好處是：Y和色度信號(hào)U、V是分離的。沒有U、V分量只有Y分量，那么得到的就是圖像的黑白灰度圖。YUV三個(gè)分量在一起就是彩色圖像。 2022/9/208YUV與RGB的轉(zhuǎn)換關(guān)系 亮度公式：Y0.3 R + 0.59 G + 0.11B 2022/9/209HIS彩色空間H (Hue) 表示顏色的色調(diào)，S (Saturation)表示顏色的飽和度， I (Intensity)表示顏色的

5、亮度。這種表示法又叫畫家表示法。如果S和I都設(shè)置為1（100%），那么改變H值就可以得到不同的純顏色，減小S就得到了滲入白色光的效果，而減小I,顏色就會(huì)變暗，相當(dāng)于加入了黑色。利用這種彩色空間，我們?nèi)菀走x擇需要的顏色。2022/9/20104.1.3 圖像的顯示和存儲(chǔ)可以用一定長度的二進(jìn)制數(shù)來分別表示色彩的紅綠藍(lán)三分量的強(qiáng)度值。 對(duì)于RGB8:8:8，它可以生成的顏色數(shù)為224種，人眼是很難分辨出這么多的顏色的。我們通常稱這種彩色叫全彩色。對(duì)于一幅具體的圖像，它使用的顏色可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于224種，這樣，我們通常將它用到的顏色做成一個(gè)表（調(diào)色板），在圖像的各像素中只記錄像素顏色對(duì)應(yīng)的調(diào)色板中的顏色索

6、引號(hào)。這種圖像存儲(chǔ)方式構(gòu)成的圖像我們稱為偽彩色(Pseudo Color)圖像，我們把這種做顏色索引表的過程叫索引顏色。 2022/9/2011其他影響圖像存儲(chǔ)的因素創(chuàng)建圖像時(shí)，我們可能使用一些圖形方法。為了編輯的方便，我們也需要一些文件格式來支持各種編輯信息的存儲(chǔ)。 2022/9/2012常用的圖像文件格式 BMPGIF TIFF PNG JPEG PCX PSD2022/9/20134.2 圖像的壓縮技術(shù)4.2.1 圖像壓縮的原理4.2.2 經(jīng)典編碼技術(shù)4.2.3 第二代圖像編碼技術(shù)2022/9/20144.2.1 圖像壓縮的原理相關(guān)性壓縮在場景不變時(shí)，兩幀畫面之間實(shí)際上只有一些細(xì)小的差別

7、 。在同一幀內(nèi)，相鄰像素之間也具有一定的相關(guān)性。 去除圖像的相關(guān)性，這樣就有效減少了圖像的冗余，達(dá)到了壓縮數(shù)據(jù)的目的。 2022/9/2015非相關(guān)性壓縮在不同的情況下，人對(duì)信號(hào)失真的分辨能力是不一樣的。 當(dāng)觀看運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，人對(duì)灰度等級(jí)和細(xì)節(jié)的分辨能力均會(huì)降低。 對(duì)于圖像的細(xì)節(jié)，人眼的色彩感覺又不太敏感。 當(dāng)人眼對(duì)圖像的某種特性的感受性提高時(shí)，那么對(duì)圖像其他特性的感受性就會(huì)降低 ?？梢栽试S圖像編碼的一些更大的失真，從而達(dá)到減小數(shù)據(jù)量的目的。 人們采用了自適應(yīng)技術(shù)，可以根據(jù)圖像的每一局部特點(diǎn)來決定采樣的頻率和量化的精度。2022/9/20164.2.2 經(jīng)典編碼技術(shù)預(yù)測編碼原理用像素前值對(duì)新的像

8、素值進(jìn)行預(yù)測，并得到實(shí)際信號(hào)與預(yù)測信號(hào)之間的差值?？梢韵胂螅瑘D像的相關(guān)性越高，預(yù)測的精度也就越高，那么差值也就越小，如果對(duì)差值進(jìn)行編碼，就可以達(dá)到減小比特?cái)?shù)的目的。 算法增量調(diào)制（Delta Modulation DM）差分脈沖調(diào)制（Differential Pulse Code Modulation DPCM） 2022/9/2017變換編碼原理變換編碼的基本原理是將原始數(shù)據(jù)作某種正交變換，這樣原始數(shù)據(jù)就變換到了另外的一組正交的向量空間，我們稱之為變換域。原來在空間域具有很強(qiáng)相關(guān)性的圖像，經(jīng)過變換之后，相關(guān)性被去除了，在變換域我們對(duì)圖像進(jìn)行量化和壓縮就達(dá)到了減小數(shù)據(jù)量的目的。 算法主要成分變

9、換（K-L變換）傅利葉變換阿達(dá)馬變換哈爾變換離散余弦變換（DCT變換） 2022/9/20184.2.3 第二代圖像編碼技術(shù)原理經(jīng)典的圖形編碼技術(shù)以信息論作為基礎(chǔ)，沒有考慮人的生理和心理特性。為了進(jìn)一步提高壓縮效率，各國學(xué)者對(duì)人的生理和心理作了大量的研究。利用人眼的視覺系統(tǒng)（HVS）的特點(diǎn)，我們可以設(shè)計(jì)出更好的編碼方案，這就是第二代編碼技術(shù)。算法將人眼的空間頻率響應(yīng)特性應(yīng)用到DCT中，對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，就可以得到更好的壓縮效果。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。自適應(yīng)預(yù)測編碼和自適應(yīng)變換編碼。子帶編碼（SBC）。2022/9/20194.3 圖像編碼技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)4.3.1 圖像編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概況4.3.2 JPE

10、G標(biāo)準(zhǔn)4.3.3 MPEG標(biāo)準(zhǔn)2022/9/20204.3.1 圖像編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概況制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的國際組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）國際電工委員會(huì)（IEC）國際電信聯(lián)盟（ITU）下屬國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（CCITT）2022/9/2021H.261視頻壓縮編碼1984年，CCITT針對(duì)ISDN成立了研究會(huì)議電視和可視電話數(shù)字視頻壓縮編碼的專家小組。1988年10月，該小組提交了CCITT H.261草案，該草案在1990年被批準(zhǔn)成為正式的標(biāo)準(zhǔn)。H.261視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)是第一個(gè)在國際上有廣泛影響的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，其后的MPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮編碼算法從原理和框圖都與H.261視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)為

11、藍(lán)本。2022/9/2022JPEG1986年，ISO與CCITT共同成立了聯(lián)合圖片專家組（Joint Photographic Experts Group JPEG）。1991年3月，該小組提交了用于灰度和顏色都連續(xù)變化的圖像的編碼方法JPEG建議草案。1992年7月，草案成為了正式的標(biāo)準(zhǔn)。2022/9/2023MPEG-11991年運(yùn)動(dòng)圖像專家組（Moving Picture Experts Group MPEG）提交了ISO1172標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)用于數(shù)字媒體存貯的碼率為1.5Mbit/s的活動(dòng)圖像及其聲音編碼標(biāo)準(zhǔn)。1992年，該標(biāo)準(zhǔn)通過，這就是我們常說的MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在影視

12、領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，我國的VCD就采用了MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)。2022/9/2024MPEG-21992年7月，MPEG開始制定MPEG-2。1993年11月產(chǎn)生了ISO/IEC13818 MPEG-2草案，也就是活動(dòng)圖像及其聲音通用編碼草案。1994年通過該標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼部分就是ITU H.262標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2被廣泛地應(yīng)用到高清晰度電視、DVD、數(shù)字電視等多媒體領(lǐng)域。2022/9/2025MPEG-3/4專門針對(duì)高清晰度電視的MPEG-3標(biāo)準(zhǔn)，由于MPEG-2已經(jīng)是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，于1992年7月取消。 隨著通信技術(shù)、視頻壓縮技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，需要有一定的交互性和極低的通

13、訊碼率（一般要求低于64Kbit/s）的標(biāo)準(zhǔn)。H.263和MPEG-4是這方面的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。2022/9/2026MPEG-71996年，啟動(dòng)了MPEG-7的制定工作，其目的是制定一套標(biāo)準(zhǔn)，用來描述各種多媒體信息和它們之間的關(guān)系，我們稱為多媒體內(nèi)容描述接口。 2022/9/20274.3.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)用于數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)它既可以處理灰度圖像，又可以處理彩色圖像。JPEG有兩套壓縮算法：以預(yù)測技術(shù)為基礎(chǔ)的無損壓縮算法基于離散余弦變換的有損壓縮算法 2022/9/20284.3.3 MPEG標(biāo)準(zhǔn)MPEG-1視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)?！皵?shù)字存貯媒介的碼率高達(dá)1.5Mbit/s的活動(dòng)

14、圖像及其伴音的編碼方案”。主要包含三個(gè)部分：MPEG-1系統(tǒng)MPEG-1視頻MPEG-1音頻NTSC制352*240/幀，30幀/秒。PAL制352*288/幀，25幀/秒。壓縮輸出速率為1.5Mbit/s。能夠滿足在CD-ROM上或網(wǎng)絡(luò)上存貯數(shù)字影視的要求。2022/9/2029MPEG-2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)“活動(dòng)圖像及有關(guān)聲音的通用編碼”。MPEG-2支持交疊圖像序列，其位速率可以改變并支持可調(diào)節(jié)的編碼，同時(shí)也增加了許多先進(jìn)的功能。位速率為4Mbit/s-9Mbit/s，最高達(dá)15Mbit/s。利用更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬來支持更高分辨率的圖像壓縮和更好的圖像質(zhì)量。一個(gè)相當(dāng)成功的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)被全世界所承認(rèn)，

15、廣泛地運(yùn)用到數(shù)字電視、數(shù)字聲音廣播等領(lǐng)域。2022/9/2030MPEG-4視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)低比特率下的多媒體通訊、多媒體通訊的綜合。 在信息描述中采用了對(duì)象的概念。碼率范圍為5Kbit/s-4Mbit/s。 提供靈活的框架和工具集，可以支持音頻視頻的內(nèi)容交互。 2022/9/2031MPEG-7視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)支持多媒體信息基于內(nèi)容檢索的編碼方案。 MPEG-7將被運(yùn)用到包括數(shù)字圖書館、聲像詞典、多媒體目錄服務(wù)等領(lǐng)域。 2022/9/20324.4 圖像的采集4.4.1 掃描儀4.4.2 視頻采集卡4.4.3 數(shù)碼相機(jī)4.4.4 抓圖軟件2022/9/20334.4.1 掃描儀用途原理性能指標(biāo)掃描分

16、辨率色彩位數(shù)灰度等性能指標(biāo) 2022/9/20344.4.2 視頻采集卡實(shí)現(xiàn)視頻模擬信號(hào)的數(shù)字化。視頻采集卡不但可以采集靜態(tài)的圖像，也可以實(shí)時(shí)地采集動(dòng)態(tài)的連續(xù)畫面（如：PAL或NTSC制的電視畫面）。 通過硬件實(shí)現(xiàn)了視頻壓縮功能。 支持一些特殊的視頻處理效果，如淡出、旋轉(zhuǎn)、鏡像等。 2022/9/2035視頻采集卡的分類民用級(jí)視頻采集卡 專業(yè)級(jí)視頻采集卡 廣播級(jí)視頻采集卡 2022/9/20364.4.3 數(shù)碼相機(jī)原理性能指標(biāo)分辨率 顏色深度 存儲(chǔ)能力及存儲(chǔ)介質(zhì) 數(shù)據(jù)輸出方式 連續(xù)拍攝 2022/9/20374.4.4 抓圖軟件利用軟件截取計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上的圖像。 分類：追求簡單實(shí)用的抓圖軟

17、件，不要求功能全面強(qiáng)大。 專業(yè)的抓圖軟件，這類軟件功能全面強(qiáng)大，提供連續(xù)截圖、DirectX截圖等高級(jí)功能 。2022/9/2038常用的抓圖軟件 HyperSnap：支持Windows 95/98NT/Win2000環(huán)境，功能強(qiáng)大，使用方便。支持Direct X和3Dfx GLIDE游戲，以及DVD影像技術(shù)。其運(yùn)行界面如圖4.4.2。SnagIt/32：一個(gè)小巧的抓圖軟件，只有3.2MB?？勺トindows下的多種圖像、文本和視頻。能夠較好地抓取DOS屏幕。Capture Professional：具有專業(yè)抓圖的功能和專業(yè)處理圖像的能力，省去你打開一個(gè)新的圖像編輯器的麻煩。能抓取多種外形圖

18、像，如橢圓形、多邊形等，此外還具有控件、菜單、光標(biāo)、圖標(biāo)、多種窗口的抓圖功能。DX-Snap：提供包括DirectX截圖、連續(xù)截圖等很多高級(jí)功能。2022/9/20394.5 Photoshop圖像處理技術(shù)4.5.1 Photoshop的界面和基本概念4.5.2 Photoshop的基本操作4.5.3 圖像處理實(shí)例4.5.4 圖像校正4.5.5 應(yīng)用實(shí)例2022/9/20404.5.1 Photoshop的界面和基本概念界面主界面元素工具箱和工具按鈕組任務(wù)欄和工具參數(shù)選項(xiàng) 2022/9/2041Photoshop的文件格式默認(rèn)格式：PSD “存儲(chǔ)為”命令將PSD格式的文件保存為其他格式的文件

19、“存貯為Web所用格式”，將文件保存為Web頁面 2022/9/2042圖層 2022/9/2043蒙版2022/9/2044切片2022/9/2045位圖圖像和矢量圖形 2022/9/20464.5.2 Photoshop的基本操作新建、打開和保存文件文件菜單的新建命令 文件菜單的打開、打開為、最近打開文件 文件菜單的存儲(chǔ)（Ctrl+S）、存儲(chǔ)為(Shift+Ctrl+S)、存儲(chǔ)為Web所用格式(Alt+Shift+Ctrl+S) 2022/9/2047圖像的顯示 放縮工具 抓手按鈕 活動(dòng)面板的導(dǎo)航器 標(biāo)尺、網(wǎng)格和參考線 2022/9/2048編輯圖像創(chuàng)建選區(qū)選框工具組 按住shift鍵時(shí)表示添加到選區(qū)，按住Alt鍵時(shí)表示與從選區(qū)減去。Alt+Shift鍵表示與選區(qū)交叉 羽化：通過建立選區(qū)和選區(qū)周圍像素之間的過渡邊界來模糊選取邊緣 2022/9/2049套索工具組套索工具：建立一個(gè)任意形狀的選區(qū) 多邊形套索工具：創(chuàng)建多邊形選區(qū) 磁性套索工具 ：選擇一個(gè)對(duì)象的邊緣 魔棒工具 ：選擇顏色一致的區(qū)域 2022/9/2050調(diào)整選區(qū) 移動(dòng)選區(qū)按住Shift鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，可以在45度的倍數(shù)方向上移動(dòng)選區(qū)。使用箭頭鍵以 1