彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)

1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)第1頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三主要內(nèi)容顏色理論與人的色覺顏色空間數(shù)字圖像的基本知識計算機圖形學基礎(chǔ)知識圖像與圖形的文件格式動畫與數(shù)字視頻第2頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三問題1： 什么是圖像？圖像是自然界中的客觀景物通過某種系統(tǒng)的映射，使人們產(chǎn)生的視覺感受。人們在觀察景物時，視覺的第一印象乃是色彩的感覺。色彩在視覺藝術(shù)中具有十分重要的美學價值。3.1 視覺系統(tǒng)對顏色的感知9/18/20223第3頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三問題2： 什么是顏色？ 顏色是視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果。 1666

2、年，英國科學家牛頓第一個揭示了光的色學性質(zhì)和顏色的秘密。他用光的色散實驗說明太陽光是各種顏色的混合光，并發(fā)現(xiàn)光的顏色決定于光的波長。9/18/20224第4頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三1.光的色學性質(zhì) 光波是一種具有一定頻率范圍的電磁波，其波長覆蓋范圍很廣。電磁波中只有一小部分能夠引起眼睛的興奮而被感覺，其波長大約在380nm 780nm（l nm=10-9 m）之間，我們稱為可見光。9/18/20225第5頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 光的波長與顏色的關(guān)系500600紫400700750紫藍藍藍綠綠綠黃黃橙橙紅紅350眼睛感知的顏

3、色和波長之間的關(guān)系如圖。9/18/20226第6頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三顏色的實質(zhì)是光波。其存在必須的3個實體是：光線、被觀察對象和觀察者。觀察對象的顏色是指該對象在光線的照射下，所反射的各光譜成分作用于人眼的綜合效果；對于透射對象則是透過該物體的光譜綜合作用的結(jié)果。9/18/20227第7頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三2. 物體的顏色 物體的顏色決定于它對光線的吸收和反射，實質(zhì)上決定于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)對不同波長的光吸收能力不同。光是由光子組成的。不同波長的光由不同能量的光子組成。波長和能量E間的關(guān)系為 E=hc/式中h為

4、普朗克常數(shù)，c為光速。9/18/20228第8頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三當光子射到物體上時，某波長的光子能量與物質(zhì)內(nèi)原子的振動能，或電子發(fā)生躍遷時所需能量相同時，就易被物質(zhì)吸收，其它波長的光就不易被吸收。物質(zhì)對光的選擇吸收，就造成了各自的顏色。同一種物質(zhì)，當改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，顏色也會改變。如碘化汞在正方晶系時呈紅色，而加溫到127使晶形轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄禃r卻成藍色。這主要因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，對光的選擇吸收也發(fā)生了改變。9/18/20229第9頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3.人的色覺特點 不同波長的光照射到人眼視網(wǎng)膜上，將給大腦不同的感覺，

5、這種感覺稱為色覺。人們就是憑自己的色覺來辨別物體的顏色，一般人的眼睛可分辨120多種顏色，如果在不同顏色的相互補充、相互襯托之下，有經(jīng)驗的人可分辨13000多種顏色。9/18/202210第10頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三人的視網(wǎng)膜（haman retina）通過神經(jīng)元來感知外部世界的顏色，每個神經(jīng)元或者是一個對紅、綠、藍顏色敏感程度不同的某種錐體細胞（cone），或者是一個對顏色不敏感的在光功率極端低的條件下才能起作用的桿狀體（rod）。當眼睛接受了混合光之后，三種色覺細胞都按自己的規(guī)律興奮起來；產(chǎn)生三種視覺信號經(jīng)視神經(jīng)傳到大腦，大腦把它們總合在一起，形成一個綜

6、合的色覺。9/18/202211第11頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三人的視網(wǎng)膜（haman retina）通過神經(jīng)元來感知外部世界的顏色。錐狀光敏細胞（cone） ：光強與顏色，對紅、綠、藍顏色敏感程度不同。桿狀光敏細胞（rod） ：光強，對顏色不敏感，在光功率極端低的條件下才能起作用。三種色覺細胞產(chǎn)生三種視覺信號經(jīng)視神經(jīng)傳到大腦，大腦把它們總合在一起，形成一個綜合的色覺。9/18/202212第12頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三400600700500 /nm0.00.20.40.60.81.0感知度藍綠紅亮度圖1 視覺系統(tǒng)對顏色和亮度

7、的響應(yīng)特性9/18/202213第13頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三4. 顏色描述與度量純顏色通常使用光的波長定義，稱為光譜色（spectral color）。使用不同波長的光進行組合時可以產(chǎn)生相同的顏色感覺。國際照明委員會（Commission International del Eclairage CIE）使用人對顏色的感覺對描述顏色做了定義。9/18/202214第14頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三顏色的三個特性以人類對顏色的感覺為基礎(chǔ)，顏色的3種基本特性是：色調(diào)/色相、飽和度、亮度。色相是從物體反射或透過物體傳播的顏色。在0 到3

8、60 度的標準色輪上， 按位置度量色相。在通常的 使用中，色相由顏色名稱標 識，如紅色、橙色或綠色。9/18/202215第15頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 色環(huán)9/18/202216第16頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三亮度（Y）：光的強和弱。是顏色的相對明暗程度，通常用從0% （黑色）至100% （白色）的百分比來度量。9/18/202217第17頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三飽和度（S）：是指顏色的強度或純度。飽和度表示色相中灰色分量所占的比例，它使用從0% （灰色）至100% （完全飽和）的百分比來度

9、量。在標準色輪上，飽和度從中心到邊緣遞增。9/18/202218第18頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三5. 三基色原理人眼的顏色感覺取決于色光譜分布，但并不能從看到的顏色來判斷它們的光譜分布。即一定的光譜分布對應(yīng)著一種惟一確定的顏色；但同一顏色可以由不同光譜分布所組成，這種現(xiàn)象稱為“同色異譜”現(xiàn)象。重現(xiàn)顏色并非要求重現(xiàn)原景物輻射光的光譜成分，重要的是獲得與原景物相同的彩色感覺。9/18/202219第19頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三什么是三基色（RGB）？ 理論上，任何一種顏色都可以用三種基本顏色按照不同比例混合得到，這三種顏色是紅、綠、

10、藍。自然界中的任何一種顏色都可以由R、G、B這三種顏色值之和來 確定，它們構(gòu)成一 個三維的RGB矢量 空間。9/18/202220第20頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三可以選擇其他三種顏色為三基色，但是，三種顏色必須是相互獨立的，即任何一種顏色都不能由其他兩種顏色合成。由于人眼對紅、綠、藍三種色光最敏感，因此由這三種顏色相配所得的彩色范圍也最廣。9/18/202221第21頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三人眼對三基色的主觀感受由于人眼對于相同亮度單色光的主觀亮度感覺不同，所以，用相同亮度的三基色混色時，如果把混色后所得的單色光亮度定為100%

11、的話，那么人的主觀感覺是：綠光僅次于白光是三基色中最亮的。紅光次之，亮度約占綠光的一半；藍光最弱，亮度約占紅光的1/3。9/18/202222第22頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三亮度公式當白光的亮度用Y來表示時，它和紅、藍、綠三色的關(guān)系可用如下的方程來描述： Y=0.299R+0.587G+0.114B這就是常用的亮度公式，它是根據(jù)美國國家電視制式委員會的NTSC制式推導(dǎo)得到的。9/18/202223第23頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3.2 顏色模式要正確地描述各種色彩之間的差異，必須對它們進行數(shù)值化的處理，才可以進行記錄、編輯以及印刷

12、。根據(jù)記錄的角度不同，使用不同的色彩系統(tǒng)，即所謂的顏色模式/顏色空間。常見的顏色模式有RGB顏色模式、CMYK顏色模式、HSB顏色模式、Lab顏色模式和YUV等。9/18/202224第24頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三1. RGB顏色空間采用紅、綠、藍三種基色來匹配所有顏色的模型稱為RGB顏色空間。CIE將3種單色光的波長分別定義為700nm（紅）、546.1nm（綠）、453.8nm（藍）。9/18/202225第25頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三配色方程在RGB彩色空間，任意彩色光F，其配色方程可寫為： F = rR + gG +

13、bB其中r、g、b為三色比例系數(shù)；rR、gG、bB為F色光的三色分量。9/18/202226第26頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 RGB顏色空間9/18/202227第27頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三Photoshop的RGB模式Photoshop 的RGB模式使用RGB模型，為彩色圖像中每個像素的RGB分量指定一個介于0（黑色）到255（白色）之間的強度值。例如，亮紅色可能R值為246，G值為20，而B值為50。當這3個分量的值相等時，結(jié)果是中性灰色。當所有分量的值均為255 時，結(jié)果是純白色；當該值為0 時，結(jié)果是純黑色。9/18

14、/202228第28頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三RGB模型通常用于彩色陰極射線管和彩色光柵圖形顯示器。各個原色光疊加在一起產(chǎn)生復(fù)合色。在多媒體計算機技術(shù)中，用得最多的是RGB彩色空間表示。因為計算機彩色顯示器的輸入需要RGB三個彩色分量。不管多媒體系統(tǒng)中采用什么形式的彩色空間表示，最后的輸出一定要轉(zhuǎn)換成RGB彩色空間表示。9/18/202229第29頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三顏色相加圖 加色法RGB由于RGB 顏色合成可以產(chǎn)生白色，因此也稱它們?yōu)榧由?。將所有顏色加在一起可產(chǎn)生白色，即所有可見光波長都傳播回眼睛。9/18/202230

15、第30頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三陰極射線管CRT9/18/202231第31頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 孔狀蔭罩式顯像管 9/18/202232第32頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 彩色顯象管產(chǎn)生顏色的原理9/18/202233第33頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三2. CMY模型CMY 模型以打印在紙上的油墨的光線吸收特性為基礎(chǔ)。當白光照射到半透明油墨上時，某些可見光波長被吸收，而其它波長則被反射回眼睛。理論上，純青色(C)、洋紅(M) 和黃色(Y) 色素在合成后可以吸收

16、所有光線并產(chǎn)生黑色。這些顏色因此稱為減色。9/18/202234第34頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三相減色和相加色之間的關(guān)系相加混色相減混色生成的顏色RGBCMY000111黑001110藍010101綠011100青100011紅101010品紅110001黃111000白9/18/202235第35頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三四色印刷由于所有打印油墨都包含一些雜質(zhì)，因此這三種油墨實際生成深咖啡色，必須與黑色(K) 油墨合成才能生成真正的黑色。( 為避免與藍色混淆，黑色用 K 而非B 表示）將這些油墨混合重現(xiàn)顏色的過程稱為四色印刷。9

17、/18/202236第36頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三顏色相減圖 減色法CMYK相減：白光照在某種顏色的物體上，部分波長的光波被吸收，剩下波長的光波進入人的眼睛。9/18/202237第37頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3. Lab 模型Lab 顏色模型是在1931 年國際照明委員會(CIE) 制定的顏色度量國際標準模型的基礎(chǔ)上建立的。1976 年，該模型經(jīng)過重新修訂并命名為CIE L *a *b。Lab 顏色與設(shè)備無關(guān)，無論使用何種設(shè)備（如顯示器、打印機、計算機或掃描儀）創(chuàng)建或輸出圖像，這種模型都能生成一致的顏色。9/18/20223

18、8第38頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 Lab模型9/18/202239第39頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三色域(Photoshop)色域是顏色系統(tǒng)可以顯示或打印的顏色范圍。人眼看到的色譜比任何顏色模型中的色域都寬。在Photoshop 使用的各種顏色模型中，Lab 具有最寬的色域，包括RGB 和CMYK 色域中的所有顏色。9/18/202240第40頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 色域?qū)Ρ?/18/202241第41頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三4. 色調(diào)-飽和度-亮度 顏色模

19、型H定義顏色的波長，稱為色調(diào)；S定義顏色的強度，表示顏色的深淺程度，稱為飽和度；B定義為摻入的白光量，稱為亮度。HSB顏色模式9/18/202242第42頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三 圖 RGB圖像和與之對應(yīng)的HSB圖像分量9/18/202243第43頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三5. YUV和YIQ彩色空間在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用三管彩色攝像機或彩色CCD攝像機，它把攝得的彩色圖像信號，經(jīng)分色棱鏡分成R0G0B0三個分量信號，分別經(jīng)放大和校正得到RGB，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號Y、色差信號R-Y和B-Y，最后發(fā)送端將Y、

20、R-Y 及B-Y三個信號進行編碼，用同一信道發(fā)送出去。這就是我們常用的YUV彩色空間。9/18/202244第44頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)9/18/202245第45頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三目前采用的彩色空間有三種：YIQ,YUV和YCrCb。在PAL彩色電視制式（歐洲電視系統(tǒng)）中使用YUV模型。 在YUV中， Y表示亮度，U、V表示色差。在NTSC彩色電視制式（北美電視系統(tǒng)）中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是兩個彩色分量。9/18/202246第46頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分

21、，星期三YUV彩色空間的好處YUV表示法的亮度信號（Y）和色度信號（ U， V）是相互獨立的，Y信號分量構(gòu)成的黑白灰度圖與用U、V信號構(gòu)成的另外兩幅單色圖是相互獨立的。人眼對彩色圖像細節(jié)的分辨本領(lǐng)比對黑白的低得多，因此對色度信號U、V，可以采用“大面積著色原理”。9/18/202247第47頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三用亮度信號Y傳送細節(jié)，用色差信號UV進行大面積涂色。彩色圖像的清晰度由亮度信號的帶寬保證（PAL制亮度信號Y的帶寬采用4.43MHz），而把色度信號的帶寬變窄（PAL制色度信號帶寬限制在1.3MHz）。 9/18/202248第48頁，共143頁，2

22、022年，5月20日，23點5分，星期三例如：要存儲RGB為8：8：8的彩色圖像，圖像的大小為640480像素： 640480 24/8 = 921600字節(jié)如果使用YUV來表示同一幅彩色圖像，圖像大小仍是640480像素，Y分量用8位表示，而對每四個相鄰像素（2 2）的UV值分別使用相同的一個值表示：（640480 8 + 640480 16 /4）/8 = 640 480 1.5 = 460800字節(jié)9/18/202249第49頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三YIQ彩色空間美國、日本等國采用的NTSC制，使用YIQ彩色空間，但I、Q與U、V是不同的，其區(qū)別是色度矢

23、量圖中的位置不同。在色度矢量圖中，人眼對處在紅、黃之間，相角為123的橙色及其相反方向相角為303的青色，具有最大的彩色分辨能力，我們把它稱為I軸，它表示人眼最敏感的色軸。與I軸正交的色度信號軸稱為Q軸，表示人眼最不敏感的色軸。 9/18/202250第50頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 IQ軸與UV軸的關(guān)系F3333IVQU9/18/202251第51頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三I、Q與V、U之間的關(guān)系可以表示成：I=Vcos33oUsin33oQ=Vsin33o+Ucos33o9/18/202252第52頁，共143頁，2022年

24、，5月20日，23點5分，星期三在傳送分辨力弱的Q信號時，可以利用較窄的頻帶，而傳送分辨力較強的I信號時，可使用較寬的頻帶。在NTSC制中，I 的帶寬取1.3 1.5 MHz，和PAL制的U、V差不多，而Q的傳送帶寬只是0.5MHz，僅是I的帶寬的1/3。9/18/202253第53頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三YUV與RGB彩色空間變換RGB和YUV的對應(yīng)關(guān)系可以近似地使用下面的方程式表示： Y=0.299R+0.587G+0.114B U=- 0.147R- 0.289G+0.436B V=0.615R- 0.515G- 0.100B9/18/202254第54

25、頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三YIQ與RGB彩色空間變換RGB和YIQ的對應(yīng)關(guān)系可以近似地使用下面的方程式表示： Y=0.299R+0.587G+0.114B I= 0. 596R- 0.275G - 0.321B Q=0.212R- 0.523G- 0.311B9/18/202255第55頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3.3 數(shù)字圖像的基本知識問題1：什么是圖像？圖像：抽象地講，就是定義在一個矩形區(qū)域上的各個點光強值的連續(xù)函數(shù)f(x,y)。問題2：什么是數(shù)字圖像？9/18/202256第56頁，共143頁，2022年，5月20日，23點

26、5分，星期三為了能夠在計算機中用數(shù)字方式表示圖像，要在離散的點上對這個函數(shù)進行采樣，采樣得到的光強值經(jīng)過量化就形成了離散的亮度級。一幅數(shù)字圖像就是一個由量化后的光強值組成的矩陣。設(shè)I是一個二維矩陣，則I(r,c)就代表行r列c點的光強值。數(shù)字圖像9/18/202257第57頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三采樣對連續(xù)圖像彩色函數(shù)f(x,y)，沿x方向以等間隔x采樣，采樣點數(shù)為N，沿y方向以等間隔y采樣，采樣點數(shù)為N，于是得到一個NN的離散樣本陣列f(m,n) N N.為了達到由離散樣本陣列f(m,n) N N.以最小失真重建原圖的目的，采樣密度必須滿足Whittaker

27、-Kotelnikov-Shannon采樣定理。9/18/202258第58頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三Whittaker-Kotelnikov-Shannon采樣定理采樣定理闡述了采樣間隔與f(x,y)頻帶之間的依存關(guān)系，頻帶愈窄，相應(yīng)的采樣頻率可以降低，采樣頻率是圖像變化頻率二倍時，就能保證由離散圖像數(shù)據(jù)無失真地重建原圖。實際情況是空域圖像f(x,y)一般為有限函數(shù)，而它的頻域帶寬不可能有限，卷積時混疊現(xiàn)象也不可避免，因而用數(shù)字圖像表示連續(xù)圖像時總會有些失真。9/18/202259第59頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三量化采樣是對圖像

28、數(shù)據(jù)函數(shù)f(x,y)的空間坐標（x,y）進行離散化處理，而量化是對每個離散點像素的灰度或顏色樣本進行數(shù)字化處理。具體說就是在樣本幅度值的動態(tài)范圍內(nèi)進行分層、取整，以正整數(shù)表示。9/18/202260第60頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三問題例如一幅黑白灰度圖像，在計算機中灰度級以2的整數(shù)冪表示，即 G = 2m當m = 8 、7、6、1時，其對應(yīng)的灰度等級各為多少？ 9/18/202261第61頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三當m = 8 、7、6、1時，其對應(yīng)的灰度等級各為256、128、64，和2 。2級的灰度等級構(gòu)成二值圖像，畫面只有黑

29、白之分，沒有灰度層次。通常的A/D變換設(shè)備產(chǎn)生256級灰度，以保證有足夠的灰度層次。彩色幅度的量化方法取決于所選用的彩色空間表示。9/18/202262第62頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三像素圖像上的采樣點叫圖像元素，稱為像素。像素的光強值叫灰度級（我們對顏色進行了編碼），像素的光強值用整數(shù)表示，它取決于圖像函數(shù)在這一點附近區(qū)域顏色的平均效果。通常使用縱橫均勻分布的網(wǎng)格進行采樣。網(wǎng)格點之間的距離影響圖像表示的精確程度，決定了可以表現(xiàn)的細節(jié)層次。9/18/202263第63頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 一幅圖像由許多像素組成 9/18/

30、202264第64頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖像的基本屬性1.分辨率（1）顯示分辨率（dpi, dot per inch）描述一臺顯示器在同一時間可以顯示的總信息量。計算機用的CRT和家用電視機用的CRT之間的主要差別是顯像管玻璃面上的孔眼掩膜和所涂的熒光物質(zhì)不同。9/18/202265第65頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三PC機常見的顯示器分辨率有如下幾種：6404808006001024768 1152864具有較多像素的圖像在屏幕上顯示時會比較大。9/18/202266第66頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期

31、三620400像素圖像在屏幕顯示的大小取決于圖像的像素尺寸、顯示器尺寸以及顯示器分辨率設(shè)置9/18/202267第67頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三（2）圖像分辨率（ppi, pixel per inch） 指單位長度上存在的描述圖像的像素數(shù)。用每英寸多少點（dots per inch，DPI）來表示。通常用這個參數(shù)衡量圖像的細節(jié)表現(xiàn)能力，數(shù)值越大，圖像包含的細節(jié)就越多。 如果用300DPI來掃描一幅810 的彩色圖像，就得到一幅2400 3000個像素的圖像。9/18/202268第68頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖像分辨率左邊是72

32、ppi的圖像，右邊是300ppi圖像；小插圖縮放比為200%9/18/202269第69頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖像文件的大小圖像的長度（英寸）圖像的分辨率(ppi)= 圖像長度方向的像素數(shù)圖像的寬度（英寸）圖像的分辨率( ppi)= 圖像寬度方向的像素數(shù)9/18/202270第70頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三像素與像素值像素(pixel)：一幅彩色圖像由許多個點組成，每個單個的點稱為像素。每個像素都有一個值，稱為像素值。它表示該點的顏色。一個像素值用RGB三個分量表示。9/18/202271第71頁，共143頁，2022年，5月

33、20日，23點5分，星期三2.像素深度/顏色深度像素深度：存儲每個像素所用的二進制位數(shù)。它決定彩色圖像的每個像素可能有顏色數(shù)或確定灰度圖像的每個像素可能有的灰度等級數(shù)。例如，一幅彩色圖像的每個像素用RGB三個分量表示，若每個分量用8位二進制數(shù)表示，則一個像素用24位表示，稱為像素深度為24bit。每個像素可以是224種顏色的一種。9/18/202272第72頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三不同的顏色深度BlackWhiteGray Scale黑白圖像的顏色深度為1，只能表示出兩種色彩，即黑和白。 灰度圖，圖像顏色深度為8，以256個灰度級的形式表示圖像的層次變化。 9

34、/18/202273第73頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三RGB Color8色圖，圖像顏色深度為3，利用三基色組合可產(chǎn)生8種顏色。 索引16色圖，圖像顏色深度為4，通過建立調(diào)色板，可以任選16種顏色供圖像使用，調(diào)色板中的顏色根據(jù)不同的圖像可以進行改變。 Indexed 16-Color不同的顏色深度9/18/202274第74頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三不同的顏色深度索引256色圖，圖像顏色深度為8，可任選256種顏色供圖像使用。 真彩色圖，圖像顏色深度為24,可表示1670萬種顏色，其像素的色彩數(shù)由3個字節(jié)組成，分別代表R（紅）、G（

35、綠）和B（藍）三色值。 Indexed 256-ColorRGB True Color9/18/202275第75頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖像色彩模式BlackWhite（黑白圖）Gray Scale（灰度圖）RGB Color 8色圖Indexed 16-Color(索引16色圖)Indexed 256-Color(索引256色圖)RGB True Color(真彩色圖)9/18/202276第76頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3.真彩色和偽彩色真彩色（true color）：是指組成一幅彩色圖像的每一個像素值中，有RGB三個基本

36、分量，每個分量直接決定顯示設(shè)備的基色強度。9/18/202277第77頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三偽彩色（pseudo color）：表示彩色圖像的每個像素值不分RGB，把像素值作為彩色查找表的表項入口地址，去查找一個顯示圖像時使用的RGB強度值，用查找出的RGB強度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。9/18/202278第78頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 真彩色和偽彩色圖像之間的差別 9/18/202279第79頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3.4 圖像的種類在計算機系統(tǒng)中，有兩種不同的圖形編碼方法：位圖(bit

37、map)/位映射矢量畫(vector-drawn)/向量圖形9/18/202280第80頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三1. 位圖計算機通過指定每個獨立的點（或像素）在屏幕上的位置來存儲位圖圖像。即位圖圖像是由描述圖像中各個像素點的顏色的數(shù)位集合而成。位圖圖像與分辨率有關(guān)。9/18/202281第81頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖 位圖與像素9/18/202282第82頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三像素與分辨率Pixel（像素）PictureElement 分辨率是用來說明數(shù)字信息的數(shù)量或密度，它與像素、圖像尺

38、寸等有密切的聯(lián)系，對掃描得到的圖像效果和圖像的輸出影響很大。 在數(shù)字影像領(lǐng)域內(nèi)，其內(nèi)涵和表示方法不是單一的、固定的：輸入分辨率、顯示分辨率、輸出分辨率和圖像分辨率。9/18/202283第83頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三灰度圖和彩色圖灰度圖（gray-scale image）按照灰度等級的數(shù)目來劃分。只有黑白二色的圖像稱為單色圖像（monochrome image）。VGA模式下，水平方向是640個像素，垂直方向是480個像素。對于單色圖像來說，計算存儲圖像的字節(jié)數(shù)如下： 640 480 = 307 200 像素 / 8 = 38 400 字節(jié)9/18/20228

39、4第84頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三單色圖像9/18/202285第85頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三Bitmap graphic9/18/202286第86頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三灰度圖像用灰色按比例顯示圖像，和黑白照片相似。 256級灰度需要使用多少個比特呢？28 = 256一幅640 480的256級灰度圖像需要的存儲空間是307 200個字節(jié)。9/18/202287第87頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三灰度圖像9/18/202288第88頁，共143頁，2022年，5月

40、20日，23點5分，星期三圖像的計算彩色圖像（color image）有16色、256色、16256色或1.670萬色。16色： 640 480 4 / 8 = 153 600 字節(jié) 256色： 640 480 8 / 8 = 307 200 字節(jié) 9/18/202289第89頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三1,670萬種顏色的彩色圖像稱為24位或真彩色圖像。每個像素需要24個比特（3個字節(jié)）來表示。一幅這樣的圖像占用的存儲空間為： 640 480 24 / 8 = 921 600 字節(jié)9/18/202290第90頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星

41、期三彩色圖像9/18/202291第91頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三問題：1 分別用3和4位表示的一幅圖像，問該幅圖像的顏色數(shù)目最多各是多少？2 如果有一幅256色的圖像，問該圖的顏色深度是多少？9/18/202292第92頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三2. 矢量圖像矢量根據(jù)圖像的幾何特性描繪圖像。由一串可重構(gòu)圖像的指令構(gòu)成。這些指令包括描述構(gòu)成該圖形的所有直線、圓、圓弧、矩形、曲線等的位置、維數(shù)和形狀。其中每一個對象都是獨立的個體，它們有各自的顏色、形狀、尺寸及位置坐標等屬性。繪制和顯示這種圖的軟件通常稱為繪圖程序（draw prog

42、rams）。9/18/202293第93頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖9/18/202294第94頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖像與位圖 9/18/202295第95頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖的疊加9/18/202296第96頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖命令舉例RECT 0 , 0 , 200 , 200RECT 0 , 0 , 200 , 200 , RED , BLUE上述對一個彩色正方形的描述中，所用字母、數(shù)字不到30個字節(jié)；如使用位圖，對黑白圖像

43、而言需占用 200 200 / 8 = 5000 B對256色圖像而言需占用 200 200 = 40 KB9/18/202297第97頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖和位圖的比較位圖需占用大量的空間即使圖形復(fù)雜，位圖的刷新速度也比較快矢量圖的數(shù)據(jù)較少當圖形變得復(fù)雜時，用矢量圖計算機要花大量的時間去計算9/18/202298第98頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖欣賞國外名家標志設(shè)計9/18/202299第99頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖欣賞美式矢量圖9/18/2022100第100頁，共143頁

44、，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖欣賞花束9/18/2022101第101頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三矢量圖欣賞風景9/18/2022102第102頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖形和圖像的簡單比較圖像是用像素來描述的數(shù)據(jù)量較大計算機中多數(shù)的圖都是用圖像表示的。圖形是用許多基本圖形（如直線、矩形、圓、多邊形等）來描述的數(shù)據(jù)量較小，處理容易圖形用來表示包含有許多細節(jié)的照片之類有困難9/18/2022103第103頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3.6 圖像文件格式數(shù)字化圖像、圖形信息，都是以文件的

45、形式存儲到計算機的存儲器中。稱為靜態(tài)圖像文件格式。9/18/2022104第104頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖像文件的內(nèi)容圖像數(shù)據(jù)存儲圖像實際上存儲的是一個二維數(shù)組，數(shù)組中的值就是圖像中對應(yīng)點的數(shù)據(jù)。對于二值圖像，這個值只有一個二進制位；對于彩色圖像這個值可以有如下幾種組合：9/18/2022105第105頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖像文件的內(nèi)容圖像數(shù)據(jù)表示像素顏色中紅、綠、藍顏色強度分量的三個數(shù)值；表示在紅、綠、藍顏色表中索引值的三個數(shù)值；一個三元組顏色表的索引值；其他能表示顏色的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的索引號；每種顏色的4到5個光譜采樣值。

46、9/18/2022106第106頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖像文件的內(nèi)容識別信息文件識別信息：包括圖像文件的識別碼與版本識別碼，用于判斷這個文件應(yīng)為哪種文件格式；圖像識別信息：如圖像的長、寬、色彩深度、調(diào)色板數(shù)據(jù)、作者姓名等。9/18/2022107第107頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三位圖圖像及其格式 圖像是由一些排成行和列的點組成的，通常稱為位圖或點陣圖。圖像文件在計算機中的存儲格式有多種，常用的位圖圖像格式有BMP、PCX、GIF、TIFF、JPEG、TGA、PSD等。 9/18/2022108第108頁，共143頁，2022年

47、，5月20日，23點5分，星期三1BMP格式位圖是現(xiàn)在最常用的表示方法，是Windows系統(tǒng)下的標準位圖格式，具有多種分辨率。其結(jié)構(gòu)簡單，未經(jīng)過壓縮，一般圖像文件會比較大。它最大的好處就是能被大多數(shù)軟件“接受”，可稱為通用格式。9/18/2022109第109頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三BMP是bitmap的縮寫，即為位圖圖片。位圖圖片是用一種稱作“像素”的單位存貯圖像信息的。這些“像素”其實就是一些整齊排列的彩色（或黑白）點，如果這些點被慢慢放大，您就會看到一個個的“像素”中添充著自己的顏色，這些“像素”整齊地排列起來，就成為了一幅BMP圖片，并以.bmp（.r

48、le，.dib等）為擴展名。9/18/2022110第110頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三“位圖表示”是將一幅圖像分割成柵格，柵格的每一點（象素）的亮點值都單獨記錄。位圖區(qū)域中數(shù)據(jù)點的位置確定了數(shù)據(jù)點表示的像素。位圖比較適合于具有復(fù)雜的顏色、灰度等級或形狀變化的圖像，如照片、繪圖和數(shù)字化了的視頻圖像。有些圖像原來就是按照位圖格式組織的，比如計算機屏幕顯示。 9/18/2022111第111頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三BMP圖片9/18/2022112第112頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三2PCX格式PCX圖像

49、文件最先出現(xiàn)在ZSOFT公司推出的名叫PC Paintbrush的用于繪畫的商業(yè)軟件包中，PCX是最早支持彩色圖像的一種文件格式，最高可達24位彩色。PCX采用行程編碼方案來對數(shù)據(jù)進行壓縮，占用磁盤空間較少，并具有壓縮及全彩色的優(yōu)點。 9/18/2022113第113頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三法國影星阿佳妮伊莎貝拉一幅PCX文件格式的圖像9/18/2022114第114頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3GIF格式（圖形交換格式）GIF圖像文件格式是最先使用在網(wǎng)絡(luò)中用于圖形數(shù)據(jù)的在線傳輸，特別是應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)頁中。GIF是主要為數(shù)據(jù)流而

50、設(shè)計的一種傳輸方式，而不只是作為文件的存儲格式，它具有順序的組織形式。GIF分為靜態(tài)GIF和動畫GIF兩種，支持透明背景圖像，適用于多種操作系統(tǒng)，體型很小，網(wǎng)上很多小動畫都是GIF格式。9/18/2022115第115頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三GIF格式圖片9/18/2022116第116頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三GIF是將多幅圖像保存為一個圖像文件，從而形成動畫，所以歸根到底GIF仍然是圖片文件格式。GIF是經(jīng)過無損壓縮的圖像文件格式，大多用在網(wǎng)絡(luò)傳輸上，速度要比傳輸其他圖像文件格式快得多。GIF最大缺點是最多只能處理256種色

51、彩，故不能用于存儲真彩色的圖像文件。 9/18/2022117第117頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三4 TIF格式標記圖像文件格式TIFF是圖像文件格式中最復(fù)雜的一種，它是一種多變的圖像文件格式，圖像格式的存放靈活多變，它的優(yōu)點是獨立于操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)。 9/18/2022118第118頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三存儲的圖像質(zhì)量高，但占用的存儲空間也非常大，信息較多，有利于原稿階調(diào)與色彩的復(fù)制。tiff文件被用來存儲一些色彩絢麗、構(gòu)思奇妙的貼圖文件，它將3DS、Macintosh、PhotoShop有機地結(jié)合在一起。 9/18/202

52、2119第119頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三Painter繪制的彩粉圖(TIF格式)9/18/2022120第120頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三5JPG格式也是應(yīng)用最廣泛的圖片格式之一，它采用一種特殊的有損壓縮算法，將不易被人眼察覺的圖像顏色刪除，從而達到較大的壓縮比(可達到2:1甚至40:1)。9/18/2022121第121頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三可以用不同的壓縮比例對這種文件壓縮，其壓縮技術(shù)十分先進，對圖像質(zhì)量影響不大，因此可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像質(zhì)量。由于它優(yōu)異的性能，所以應(yīng)用非常廣

53、泛，而在Internet上，它更是主流圖形格式。 9/18/2022122第122頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三JPG格式圖片（赫本）9/18/2022123第123頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三JPG格式圖片3D作品護花使者欣賞9/18/2022124第124頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三PSD 圖像處理軟件Photoshop的專用圖像格式，圖像文件一般較大。其存取速度比其它格式快很多，功能也很強大，支持Alpha通道。9/18/2022125第125頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三

54、PNG是一種新興的網(wǎng)絡(luò)圖形格式，采用無損壓縮的方式，與JPG格式類似,網(wǎng)頁中有很多圖片都是這種格式，壓縮比高于GIF，支持圖像透明，可以利用Alpha通道調(diào)節(jié)圖像的透明度。Fireworks的默認格式就是PNG。 9/18/2022126第126頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三PNG格式圖片9/18/2022127第127頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三PDF（可移植文檔格式）使用稱為Adobe Acrobat的程序能夠打開PDF文檔，進行放大縮小、單擊突出顯示等操作。PDF是Postscript打印語言的變種，用戶只能在屏幕上查看用電子方法

55、產(chǎn)生的文檔。9/18/2022128第128頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖形格式圖形格式是用圖形元素及其屬性來描述的。圖形元素包括直線、矩形、圓、橢圓及用文本描述的二維或三維物體。支持哪些圖元取決于具體的圖形軟件包，而圖形的外觀還受到如線型、線寬、顏色這樣的圖元屬性的影響。9/18/2022129第129頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三圖形元素及其屬性表現(xiàn)的是高層信息，因為圖形不是用像素矩陣表示的。在圖像處理過程中有時需要將這種高層表現(xiàn)形式還原為低層表現(xiàn)形式即位圖。9/18/2022130第130頁，共143頁，2022年，5月20日，2

56、3點5分，星期三矢量圖形及其格式 常用的矢量圖格式有WMF、DRW、CDR、DXF、FLI、FLC、CG、EMF等。 DXF 三維模型設(shè)計軟件AutoCAD的專用格式，文件小，所繪制的圖形尺寸、角度等數(shù)據(jù)十分準確，是建筑設(shè)計的首選。CDR 著名的圖形設(shè)計軟件-CorelDRAW的專用格式，屬于矢量圖像，最大的優(yōu)點體重很輕，便于再處理。 9/18/2022131第131頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三DWG 是AutoCAD中使用的一種圖形文件格式。WMF 是Microsoft Windows中常見的一種圖元文件格式，它具有文件短小、圖案造型化的特點，整個圖形常由各個獨

57、立的組成部分拼接而成，但其圖形往往較粗糙，并且只能在Microsoft Office中調(diào)用編輯。EMF 是由Microsoft公司開發(fā)的Windows 32位擴展圖元文件格式。其目的是要彌補WMF文件格式的不足，使得圖元文件更加易于使用。 9/18/2022132第132頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三3.7 動畫和數(shù)字視頻1.動畫的工作原理“視覺留存” ：人類的眼睛具有一種“視覺留存”的生物現(xiàn)象。在觀察過物體之后，物體的映象將在人眼的視網(wǎng)膜上保留一短暫的時間。這樣，一系列的、每次變化很小、很快的圖像會使人們在視覺上產(chǎn)生一種物體在連續(xù)運動的錯覺。9/18/2022133第133頁，共143頁，2022年，5月20日，23點5分，星期三2.動畫技術(shù)動