第6章 圖像與圖形處理技術(shù)

第6章圖像與圖形處理技術(shù)

本章重點(diǎn)：圖像概述圖像顏色與顏色空間數(shù)字圖像處理Photoshop簡介6.1圖像概述

多媒體技術(shù)中得到的數(shù)字化圖形與圖像都是以文件的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的，圖形與圖像不僅包含著輪廓、顏色、明暗等外在顯示屬性，而且還包含著分辨率、文件大小、像素深度等計(jì)算機(jī)技術(shù)的內(nèi)在屬性。按照其在計(jì)算機(jī)中顯示和存儲(chǔ)的原理不同，分為位圖和矢量圖等類型。6.1.1圖像的基本屬性

1.像素深度像素深度也稱為位深度或顏色深度，是指存儲(chǔ)圖像中每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)所占用的二進(jìn)制位數(shù)。圖像中的每一個(gè)像素都要用一位或多位比特來存放與它相關(guān)的顏色、亮度等信息。像素深度決定了彩色圖像中可表現(xiàn)的最多顏色數(shù)目，或者灰度圖像中的最大灰度等級(jí)數(shù)。表示一個(gè)像素的位數(shù)越多，它能表達(dá)的顏色數(shù)目就越多，而它的深度就越深。

像素深度除R、G、B分量用固定位數(shù)表示外，往往還增加一位或幾位作為屬性(attribute)位，用來指定該像素應(yīng)具有的屬性。2.真彩色、偽彩色與直接色（1）真彩色（True-color）：真彩色是指在組成一副彩色圖像的每個(gè)像素值中有R、G、B3個(gè)基色分量，每個(gè)基色分量的值直接決定顯示設(shè)備的基色強(qiáng)度，這樣產(chǎn)生的顏色為真彩色。

（2）偽彩色（Pseudo-color）：偽彩色圖像每個(gè)像素的顏色不是由每個(gè)基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當(dāng)作彩色查找表(colorlook-uptable，CLUT)的表項(xiàng)入口地址，去查找一個(gè)顯示圖像時(shí)使用的R，G，B強(qiáng)度值，用查找出的R，G，B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。（3）直接色（Direct-color）：直接色的獲取是通過每個(gè)像素的R、G、B分量分別作為單獨(dú)的索引值進(jìn)行變換，經(jīng)相應(yīng)的顏色變換表找出各自的基色強(qiáng)度，用變換后的R、G、B強(qiáng)度值產(chǎn)生的顏色。

3.分辨率（1）圖像分辨率:度量一幅圖像的像素密度的指標(biāo)，指圖像中每單位長度含有的像素?cái)?shù)目，其單位是“像素/英寸”，通常使用dpi（dotperinch）來表示。（2）顯示分辨率:指在某一種顯示方式下，顯示屏上能夠顯示出的像素?cái)?shù)目，以水平和垂直的像素?cái)?shù)來表示。（3）掃描分辨率:用掃描儀掃描圖像時(shí)，通常要指定掃描的分辨率，用每英寸包含的點(diǎn)數(shù)dpi（dotsperinch）表示。（4）打印分辨率:指圖像打印時(shí)每英寸可識(shí)別的點(diǎn)數(shù)，也使用dpi為衡量單位。6.1.2圖像的類型計(jì)算機(jī)顯示的圖像從其生成、顯示、處理和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)運(yùn)算機(jī)制角度看，可分為矢量圖（vector）和位圖（bitmap）兩種基本形式。

1.矢量圖矢量圖形是用一系列計(jì)算機(jī)指令集合的形式來描述、記錄和處理一幅圖的。這些指令描述的對(duì)象包括一幅圖中所包含的各圖形元素的位置、顏色、大小、形狀、輪廓和其他一些特性，也可以用更復(fù)雜的形式表示圖像中的曲面、光照、陰影、材質(zhì)等效果。其矢量文件存儲(chǔ)的信息是許許多多的數(shù)學(xué)表達(dá)式和指令。由于矢量圖是計(jì)算生成的，因而顯示精度高、操作靈活性大。圖元對(duì)象可任意放大、縮小而不變形，也不必考慮其對(duì)圖形分辨率的影響。圖6-1是兩幅矢量圖，其中（b）圖是將（a）圖中的局部進(jìn)行了放大，放大后的圖像依然很清晰。這些特征使得矢量圖常常被用來設(shè)計(jì)精細(xì)的線框型圖案、商標(biāo)、標(biāo)志等。存盤后文件的大小與圖形中元素的個(gè)數(shù)和每個(gè)元素的復(fù)雜程度成正比，而與圖形面積和色彩的豐富程度無關(guān)。（a）（b）圖6-1矢量圖和局部放大2.位圖

位圖圖像，亦稱為點(diǎn)陣圖像，是由稱作像素的單個(gè)點(diǎn)組成的。它是把一幅彩色圖分成許許多多的像素，每個(gè)像素用若干個(gè)二進(jìn)制位來指定該像素的顏色、亮度和屬性。因此一幅圖由許許多多描述每個(gè)像素的數(shù)據(jù)組成，這些數(shù)據(jù)通常稱為圖像數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)作為一個(gè)文件來存儲(chǔ)，這種文件稱為圖像文件。圖像文件中的每一個(gè)元素（像素）與顯示器上的顯示點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，故顯示器上顯示的圖像稱之為位圖映射圖像。

擴(kuò)大位圖尺寸的方法是增多單個(gè)像素，從而是線條和形狀顯得參差不齊。然而，如果從稍遠(yuǎn)的位置觀看，位圖圖像的顏色和形狀又顯得是連續(xù)的?？s小位圖尺寸也會(huì)使原圖變形，因?yàn)樗峭ㄟ^減少像素使整個(gè)圖像變小的。同樣，由于位圖圖像是以排列的像素集合體的形式創(chuàng)建的，所以位圖不易進(jìn)行空間上的變換和修改。圖6-2（a）、（b）兩幅圖像分別顯示了同樣一幅圖像作為位圖文件的顯示和放大，放大后圖像明顯模糊不清。（a）（b）圖6-2位圖和局部放大位圖文件占據(jù)的存儲(chǔ)空間一般比較大。影響位圖文件大小的因素主要是圖像分辨率和像素深度。分辨率越高，就是組成一幅圖的像素越多，則圖像文件越大；像素深度越深，就是表達(dá)單個(gè)像素的顏色和亮度的位數(shù)越多，圖像文件就越大。位圖圖像適合表現(xiàn)比較細(xì)致、層次和色彩比較豐富，包括大量細(xì)節(jié)的圖像。

矢量圖與點(diǎn)位圖相比，顯示點(diǎn)位圖文件比顯示矢量圖文件要快；矢量圖側(cè)重于“繪制”，而點(diǎn)位圖偏重于去“復(fù)制”。通過軟件，矢量圖可以輕松地轉(zhuǎn)化為點(diǎn)陣圖，而點(diǎn)陣圖轉(zhuǎn)化為矢量圖就需要經(jīng)過復(fù)雜龐大的數(shù)據(jù)處理，而且生成的矢量圖的質(zhì)量也不能和原來的圖形比擬。6.1.3圖像的格式1.BMP圖像文件BMP是英文Bitmap（位圖）的簡寫，它是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，能夠被多種Windows應(yīng)用程序所支持。BMP位圖文件默認(rèn)的文件擴(kuò)展名是bmp。這種格式的特點(diǎn)是包含的圖像信息較豐富，但由此導(dǎo)致了它與生俱生來的缺點(diǎn)--占用磁盤空間過大。2.GIF文件格式

GIF（GraphicsInterchangeFormat，圖形交換格式）文件是在上世紀(jì)80年代，由美國一家著名的在線信息服務(wù)機(jī)構(gòu)CompuServe公司針對(duì)當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的限制開發(fā)出的圖形文件格式，便于在不同的平臺(tái)上進(jìn)行圖像交流和傳輸，任何商業(yè)目的的使用均需CompuServe公司授權(quán)。GIF圖像是基于顏色列表的（存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是該點(diǎn)的顏色對(duì)應(yīng)于顏色列表的索引值），采用LZW壓縮方法來存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。GIF文件內(nèi)部分成許多存儲(chǔ)塊，用來存儲(chǔ)多幅圖像或者是決定圖像表現(xiàn)行為的控制塊，用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫和交互式應(yīng)用。2.GIF文件格式

GIF格式的特點(diǎn)是壓縮比高，磁盤空間占用較少，圖像文件短小，下載速度快，所以這種圖像格式迅速得到了廣泛的應(yīng)用。最初的GIF只是簡單地用來存儲(chǔ)單幅靜止圖像（稱為GIF87a），后來隨著技術(shù)發(fā)展，可以同時(shí)存儲(chǔ)若干幅靜止圖象進(jìn)而形成連續(xù)的動(dòng)畫，使之成為當(dāng)時(shí)支持2D動(dòng)畫為數(shù)不多的格式之一（稱為GIF89a）目前Internet上大量采用的彩色動(dòng)畫文件多為這種格式的文件，。GIF圖像最大不能超過64MB，顏色最多為256色（8bit），故不能用于存儲(chǔ)真彩色的圖像文件。3.JPEG格式

JPEG由聯(lián)合照片專家組（JointPhotographicExpertsGroup）開發(fā)的靜態(tài)圖像壓縮文件，文件的擴(kuò)展名為.jpg或.jpeg，其壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，獲取得極高的壓縮率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動(dòng)的圖像，換句話說，就是可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像質(zhì)量。4.TIFF格式

TIFF（TagImageFileFormat，標(biāo)記圖像文件格式）是Mac中廣泛使用的圖像格式，它由Aldus和微軟公司共同開發(fā)設(shè)計(jì)，最初是出于跨平臺(tái)存儲(chǔ)掃描圖像的需要而設(shè)計(jì)的。目前在Mac和PC機(jī)上移植TIFF文件也十分便捷，因而TIFF現(xiàn)在也是微機(jī)上使用最廣泛的圖像文件格式之一。它的特點(diǎn)是存儲(chǔ)的圖像質(zhì)量高、占用的存貯空間大。正因?yàn)樗鎯?chǔ)的圖像細(xì)微層次的信息非常多，故而非常有利于原稿色彩的復(fù)制。5.PSD格式

PSD（PhotoshopDocument）圖像文件格式是Adobe公司的圖像處理軟件Photoshop的專用格式。PSD其實(shí)是Photoshop進(jìn)行平面設(shè)計(jì)的一張"草稿圖"，它里面包含有各種圖層、通道、遮罩等多種設(shè)計(jì)的樣稿，以便于下次打開文件時(shí)可以修改上一次的設(shè)計(jì)。6.PNG格式

PNG（PortableNetworkGraphics，可移植的網(wǎng)絡(luò)圖形）是一種新興的網(wǎng)絡(luò)圖像格式。它是為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的一種圖像文件格式，用于取代格式較為簡單、專利限制嚴(yán)格的GIF圖像文件格式。

PNG是目前保證最不失真的格式，兼有GIF和JPG的色彩模式；它的另一個(gè)特點(diǎn)能把圖像文件壓縮到極限以利于網(wǎng)絡(luò)傳輸，但又能保留所有與圖像品質(zhì)有關(guān)的信息；第三個(gè)特點(diǎn)是顯示速度很快，只需下載1/64的圖像信息就可以顯示出低分辨率的預(yù)覽圖像；第四，PNG同樣支持透明圖像的制作，透明圖像在制作網(wǎng)頁圖像的時(shí)候很有用，我們可以把圖象背景設(shè)為透明，用網(wǎng)頁本身的顏色信息來代替設(shè)為透明的色彩，這樣可讓圖像和網(wǎng)頁背景很和諧地融合在一起。7.PCX格式

PCX格式是ZSOFT公司在開發(fā)圖像處理軟件Paintbrush時(shí)開發(fā)的一種格式，PCX圖像文件格式與特定圖像顯示硬件密切相關(guān)，一般為256色或16色，最高可表現(xiàn)24bit圖形（圖像）。存儲(chǔ)方式通常采用RLE壓縮編碼，占用磁盤空間較少。8.TGA格式

TGA（TaggedGraphics）文件是由美國Truevision公司為其顯示卡開發(fā)的一種圖像文件格式，已被國際上的圖形、圖像工業(yè)所接受。TGA的結(jié)構(gòu)比較簡單，屬于一種圖形、圖像數(shù)據(jù)的通用格式，在多媒體領(lǐng)域有著很大影響，是計(jì)算機(jī)生成圖像向電視轉(zhuǎn)換的一種首選格式。6.2圖像顏色與顏色空間

顏色是人類視覺系統(tǒng)對(duì)可見光的一種感知結(jié)果。人們?cè)谟^察事物時(shí)，視覺的第一印象乃是色彩的感覺。對(duì)顏色的描述有許多不同的方法，通常用顏色空間來描述。顏色空間是一種形象化表示顏色的數(shù)學(xué)模型，人們用它來指定和產(chǎn)生顏色。6.2.1顏色的來源

物體顏色的來源有兩種，一種是發(fā)光體所呈現(xiàn)的顏色，例如霓紅燈、顯示器等所發(fā)出的彩色光；另一種是不發(fā)光物體所反射或透射的顏色。那些本身不發(fā)光的物體，在外界光線照射下，能有選擇地吸收一些波長的光，而反射或透射另一些波長的光，從而使物體呈現(xiàn)一定的顏色。例如，綠色植物反射綠色光而吸收其它顏色的光，因而呈現(xiàn)綠色。6.2.2顏色的描述

從物理學(xué)角度來說，人們認(rèn)為人的視覺感知到的顏色由光波的頻率決定。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380～780nm之間。此范圍內(nèi)不同波長的光作用于人眼后引起的顏色感覺，不同波長的光與顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖6-3所示。圖6-3光譜色1.色調(diào)

色調(diào)，也稱為色相，反映顏色的種類，如紅色，藍(lán)色，黃色等，就是指的色調(diào)。色調(diào)取決于該種顏色的主要波長，是最容易把顏色區(qū)分開來的一種屬性。按照波長從長到短的順序，對(duì)應(yīng)的色調(diào)依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。在這個(gè)次序中，當(dāng)人們混合相鄰色時(shí)，就可以獲得在這兩種顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。如右圖所示。2.飽和度

飽和度即顏色的純度，是描述顏色深淺程度的物理量。對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越高則顏色越深或者說越純，如深藍(lán)等；飽和度越低，則說明它呈現(xiàn)的顏色越淺，如淺綠色等。高飽和度的彩色光可以通過摻入白光而被沖淡，變成低飽和度的彩色光。如右圖所示。3.亮度

用來描述色光的明暗變化強(qiáng)度的物理量被稱為亮度。亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感覺，是色光能量的一種描述。對(duì)于色調(diào)和飽和度已經(jīng)固定的光，當(dāng)它的全部能量增強(qiáng)時(shí)，感覺明亮；反之則感覺暗淡。對(duì)于同一物體照射的光越強(qiáng)，反射光也越強(qiáng)，人眼感覺也越亮；對(duì)于不同物體在相同照射條件下，反射越強(qiáng)者看起來越亮。6.2.3三基色原理

三基色原理認(rèn)為自然界中豐富多彩的顏色絕大部分都能分解為互相獨(dú)立的紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三種基色光；反之用互相獨(dú)立的三種不同顏色的基色光，按不同的比例混合后，可以組合出自然界絕大部分的彩色。在這里，R、G、B三基色相互獨(dú)立的含義是指，任何一種基色都不能由另外兩種基色混合而產(chǎn)生。6.2.4相加混色與相減混色1.相加混色相加混色是各基色的光譜成分互相疊加來實(shí)現(xiàn)混色的，如RGB模型。相加混色適合于顯示器等發(fā)光物體，彩色電視就是利用紅、綠、藍(lán)三基色相加產(chǎn)生各種不同的彩色。

圖6-4相加混色1.相加混色

為了實(shí)現(xiàn)相加混色，除了將紅、綠、藍(lán)三種不同的基色，同時(shí)投射到某一全反射面產(chǎn)生相加混色外，還可以利用人眼的某些視覺特性實(shí)現(xiàn)相加混色。

（1）時(shí)間混色法（2）空間混色法（3）生理混色法2.相減混色相減混色中色彩的顯示不是直接來自于光線的色彩，而是光線被物體吸收掉一部分之后反射回來的剩余光線所產(chǎn)生的，存在光譜成分的相減。在相減混色法中，通常選用青色、品紅、黃色為三種基本色，稱為CMY模型。圖6-5相減混色6.2.5顏色空間1.RGB顏色空間在多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)中，用得最多的是RGB顏色空間模型。因?yàn)橛?jì)算機(jī)和電視機(jī)的彩色顯示器的輸入需要RGB的彩色分量，通過3個(gè)分量的不同比例，在顯示器屏幕上合成所需要的任一顏色。在RGB彩色空間中，任意彩色光F，其配色方程可寫成：F=r[R]+g[G]+b[B]

2.CMYK顏色空間

彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因?yàn)橛∷C(jī)或彩色打印機(jī)只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。由于顏料的化學(xué)特性，實(shí)際上等量的CMY混合后并不能產(chǎn)生真正的黑色，因此在印刷時(shí)通常再加上黑色（Black），這樣又稱為CMYK模式，四色印刷便是由此而來。CMY顏色空間正好與RGB顏色空間互補(bǔ)。3.YUV和YIQ顏色空間在彩色電視系統(tǒng)中不采用RGB顏色空間，而采用YUV或YIQ顏色空間表示彩色圖像。YUV適用于PAL（PhaseAlternationLine，通行倒相制式）和SECAM（法文：Sequentiel

CouleurAMemoire，順序傳送彩色與存儲(chǔ)制式）彩色電視制式，而YIQ適用于美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（NTSC，NationalTelevisionSystemCommittee）彩色電視制式。Y是亮度信號(hào)，U和V則是兩個(gè)色差信號(hào)，分別傳送藍(lán)基色分量和紅基色分量與亮度分量的差值信號(hào)。彩色電視采用YUV顏色空間模型解決彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問題。另外，由于人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨率低于對(duì)亮度細(xì)節(jié)的分辨率，所以給亮度信號(hào)較大的帶寬（6MHz）來傳送圖像的細(xì)節(jié)，而給色差信號(hào)較小的帶寬（1.3MHz）來進(jìn)行大面積涂色。這樣總的傳輸數(shù)據(jù)量與RGB空間相比要明顯小一些，起到壓縮帶寬的作用。而人眼對(duì)數(shù)據(jù)壓縮帶來的畫面變化一般是感覺不到的。YUV和YIQ顏色空間美國、日本等國采用的NTSC制，選用了YIQ顏色空間，Y仍為亮度信號(hào)，I、Q仍為色差信號(hào)，但它們?cè)谏仁噶繄D中與U、V的位置是不同的，如圖6-6所示圖6-6YUV和YIQ顏色空間的關(guān)系3.YUV和YIQ顏色空間

無論采用什么顏色空間來表示的彩色圖形與圖像，由于所有的顯示器都需要RGB值來驅(qū)動(dòng)，所以在顯示每個(gè)像素之前，必須要把彩色分量轉(zhuǎn)換成RGB值。（1）YUV顏色空間與RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.096B

（2）YIQ與RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

Y=0.299R+0.587G+0.114BI=0.596R-0.275G-0.321BQ=0.212R-0.523G+0.311B4.Lab顏色空間Lab模式既不依賴光線,也不依賴于顏料，它是一個(gè)理論上包括了人眼可以看見的所有色彩的顏色空間。Lab顏色空間由3個(gè)量組成：一個(gè)是亮度L；另外兩個(gè)是色彩，用A和B來表示，A包括的顏色是從深綠色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉色（高亮度值）；B則是從亮藍(lán)色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黃色（高亮度值）。5.HSI顏色空間在HIS顏色空間中，人們常用H、S、I三參數(shù)描述顏色特性，其中H表示色調(diào)（Hue），S表示顏色的飽和度（Saturation），I表示光的強(qiáng)度（Intensity）。它從心理學(xué)的角度出發(fā)，更接近人對(duì)彩色的認(rèn)識(shí)和解釋，符合人的主觀感受，因此能夠減少彩色圖像處理的復(fù)雜性,從而增加快速型,是一個(gè)較為理想的工具。6.3數(shù)字圖像處理在實(shí)際應(yīng)用中，我們獲取的原始圖像不是完美的，例如由于噪聲、光照等原因，圖像的質(zhì)量不高，所以需要進(jìn)行處理，以有利于提取我們感興趣的信息。數(shù)字圖像處理的核心是矩陣運(yùn)算。6.3.1數(shù)字圖像處理概述

與模擬圖像處理相比，數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)首先表現(xiàn)在具有良好的再現(xiàn)性，它不會(huì)因圖像的存儲(chǔ)、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。只要圖像在數(shù)字化時(shí)準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過程始終能保持圖像的再現(xiàn)。其次，處理精度高，按目前的技術(shù)，幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組，這主要取決于圖像數(shù)字化設(shè)備的能力。6.3.2圖像的增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)就是采用一系列技術(shù)去增強(qiáng)圖像中用戶感興趣的信息，其目的主要有兩個(gè)：一是改善圖像的視覺效果，提高圖像成分的清晰度；二是使圖像變得更有利于計(jì)算機(jī)處理。在圖像增強(qiáng)中，直方圖修正法是一種常用的灰度增強(qiáng)算法。圖6-7（a）圖顯示一幅灰度圖像，（b）圖顯示了其亮度直方圖。（a）（b）圖6-7圖像及其灰度直方圖6.3.2圖像的增強(qiáng)灰度擴(kuò)展可以將感興趣的灰度范圍拉開，使得該范圍內(nèi)的像素亮的越亮，暗的越暗，從而達(dá)到增強(qiáng)對(duì)比度的目的。具體到圖6-7，就是將直方圖均勻拉伸到整個(gè)0～255的范圍內(nèi)。這樣處理后，原圖像中亮度的最小值映射為0，最大值映射為255，其余的中間值也同樣變換。結(jié)果如圖6-8所示。（a）（b）圖6-8經(jīng)過灰度擴(kuò)展之后的圖像及其灰度直方圖

而直方圖均衡化是一種最常用的直方圖修正。它是把給定圖像的直方圖分布改造成均勻直方圖分布。由信息學(xué)的理論來解釋，具有最大熵(信息量)的圖像為均衡化圖像。直觀地講，直方圖均衡化導(dǎo)致圖像的對(duì)比度增加。由于直方圖均衡化涉及到很多概率和數(shù)學(xué)的知識(shí)，具體的細(xì)節(jié)這里就不介紹了。圖6-9是經(jīng)過均衡化之后的結(jié)果。（a）（b）圖6-9直方圖均衡化后的結(jié)果6.3.3圖像的幾何變換1.平移以原圖像左上角頂點(diǎn)為原點(diǎn)，向右為X軸正向，向下為Y軸正向。設(shè)原圖像中任一像素點(diǎn)p的初始坐標(biāo)為（x,y）,經(jīng)過平移Δx和Δy后，p的坐標(biāo)變?yōu)椋╩,n），這兩個(gè)坐標(biāo)的關(guān)系是m=x+Δx；n=y+Δy。以矩陣的形式可表示為:因?yàn)槲覀兿胫赖氖瞧揭坪蟮膱D像中每個(gè)像素的顏色，所以我們更關(guān)心其逆變換矩陣：由此變換矩陣我們可求得平移后的圖像中左上角像素點(diǎn)的RGB值。平移后的圖像有兩種處理方法，以圖6-10（a）為例。一種是允許圖像移出畫面，矩陣的大小不變，移走的部分以某種方式填充，結(jié)果如圖6-10（b）所示；另一種是移動(dòng)后，對(duì)圖像進(jìn)行放大，使其可以全部顯示內(nèi)容，這種做法需要擴(kuò)大矩陣，結(jié)果如圖6-10（c）所示。（a）(c)（b）圖6-10圖像的平移2.旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)圖像需要設(shè)定一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心，通常的做法是以圖像的中心為圓心旋轉(zhuǎn)，如圖6-11（b）為圖6-11（a）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度后的圖像?？梢钥闯?，旋轉(zhuǎn)后圖像尺寸變大了。另一種做法是不讓圖像變大，旋轉(zhuǎn)出的部分被裁剪掉。如圖6-11（c）所示。（b）（c）圖6-10圖像的旋轉(zhuǎn)（a）采用第一種做法，給出變換矩陣：其中，α是旋轉(zhuǎn)的角度，w和h是原圖像的寬度和高度，w’和h’是旋轉(zhuǎn)后圖像的寬度和高度。逆變換為：3.鏡像和轉(zhuǎn)置鏡象(mirror)分水平鏡象和垂直鏡象兩種。水平鏡像是將矩陣的第一列和最后一列對(duì)調(diào)，第二列和倒數(shù)第二列對(duì)調(diào)，依此類推：垂直鏡像則是交換行值。轉(zhuǎn)置(transpose)是指將行列坐標(biāo)對(duì)換，轉(zhuǎn)置和旋轉(zhuǎn)90度是有區(qū)別的，轉(zhuǎn)置后圖的寬高對(duì)換了。圖6-11（a）的水平鏡像、垂直鏡像和轉(zhuǎn)置效果分別如圖6-12（a）、（b）、（c）所示。圖6-12圖像的鏡像和轉(zhuǎn)置

（a）水平鏡像（b）垂直鏡像（c）轉(zhuǎn)置6.3.4更復(fù)雜的數(shù)字圖像處理1.圖像變換2.圖像編碼壓縮3.圖像增強(qiáng)和復(fù)原4.圖像分割5.圖像描述6.圖像分類（識(shí)別）7.顏色6.4Photoshop簡介顏色面板導(dǎo)航器面板圖層面板工具箱工具選項(xiàng)欄工作窗口6.4.2使用Photoshop調(diào)整圖像1.使用亮度/對(duì)比度對(duì)話框調(diào)整亮度與對(duì)比度（1）在Photoshop中打開一幅圖像（2）執(zhí)行“圖像”→“調(diào)整”→“亮度/對(duì)比度”命令打開圖6-14所示的“亮度/對(duì)比度”調(diào)整對(duì)話框。（3）拖動(dòng)窗口中的滑塊，可以調(diào)整圖像的亮度和對(duì)比度。圖6-14亮度與對(duì)比度的調(diào)節(jié)

2.使用色階命令調(diào)整圖像亮度對(duì)比度（1）打開一幅圖像后，選擇“圖像”→“調(diào)整”→“色階”菜單命令，可以打開色階對(duì)話框，如圖6-15。（2）拖動(dòng)對(duì)話框中的滑塊，調(diào)整圖像色彩。圖6-15色階命令窗口

橫軸表示表示了256個(gè)可能的亮度值，縱軸表示了這幅圖像中具有該亮度值的像素個(gè)數(shù)。直方圖下方橫軸上有黑、灰、白3個(gè)可以調(diào)節(jié)的滑塊，向右移動(dòng)最左邊的黑色滑塊時(shí)，會(huì)使它對(duì)應(yīng)的亮度以及小于它的亮度的像素映射為黑色，同樣將最右側(cè)的白色滑塊向左移動(dòng)時(shí)可以使該滑塊對(duì)應(yīng)的亮度以及大于它的亮度的像素映射為白色，通過調(diào)節(jié)這兩個(gè)滑塊，增加了圖像的對(duì)比度。而調(diào)節(jié)中間的灰度滑塊則能改變中間灰度的亮度映射，向左移動(dòng)會(huì)使圖像變亮，向右移動(dòng)會(huì)使圖像變暗。6.4.3Photoshop的圖層與選區(qū)1.選區(qū)的應(yīng)用實(shí)例

從一幅圖像中選擇出一個(gè)圖形對(duì)象，制作成一幅新的圖像，具體操作步驟如下：（1）打開一幅圖像，如圖6-16所示，將其中的小狗圖像選擇出來。（2）選擇磁性套索工具沿著小狗圖像的輪廓移動(dòng)，將小狗圖像用螞蟻線框選起來，如圖6-17所示。（3）使用自由套索工具可對(duì)選區(qū)的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行修正，如減去一部分選區(qū)或添加一部分選區(qū)。（4）使用Ctrl+C命令拷貝選區(qū)，選擇“文件”→“新建”命令新建一個(gè)空白文件，選擇Ctrl+V命令粘貼選區(qū)內(nèi)容，結(jié)果如圖6-18所示。圖6-16從圖像中選擇一只小狗圖6-17磁性套索工具圖6-18選擇出的小狗2.圖層的應(yīng)用實(shí)例（1）新打開一幅“顯示器”圖片，如圖6-19所示；再打開一張“牡丹花”圖片，如圖6-20所示。（2）使用工具面板中的移動(dòng)工具將“牡丹花”圖片拖拽復(fù)制到“顯示器”圖片窗口中，兩幅圖片位于同一個(gè)文件中，其圖層分布如圖6-21所示。（3）選中“牡丹花”所在圖層使用“編輯”→“變換”→“扭曲”菜單命令將牡丹花圖片調(diào)整到合適的大小和位置，如圖6-22所示。圖6-19顯示器圖片圖6-20牡丹花圖片

圖6-21圖層分布圖

6-22牡丹花調(diào)整后的效果

（4）回到文件6-18中，文件6-18的圖層分布如圖6-23所示。選中小狗所在圖層，使用移動(dòng)工具將其拖拽復(fù)制到圖6-22所示的文件窗口中，使用“編輯”→“變換”→“縮放”命令將小狗調(diào)整到合適的大小和位置，最終效果圖如圖6-24所示。圖6-23文件6-18的圖層分布圖6-24最終合成效果圖6.4.4Photoshop濾鏡1.使用藝術(shù)化濾鏡，將風(fēng)景照處理成鉛筆畫效果。（1）打開一幅圖像，如圖6-25所示。（2）選擇“濾鏡”→“藝術(shù)效果”→“彩色鉛筆”菜單命令。（3）在彩色鉛筆效果對(duì)話框中設(shè)置鉛筆寬度、描邊壓力、紙張亮度等參數(shù)。最后效果如圖6-26所示。圖6-26應(yīng)用彩色鉛筆濾鏡效果圖

圖6-25風(fēng)景照原圖2.使用扭曲濾鏡處理圖像（1）打開一幅圖像，如圖6-27所示。（2）選擇“濾鏡”→“扭曲”→“擠壓”菜單命令。（3）在“擠壓”效果對(duì)話框中設(shè)置擠壓數(shù)量為55%，效果如圖6-28所示。

圖6-27原圖圖6-28扭曲效果圖6.4.5Photoshop綜合實(shí)例1.制作結(jié)冰字（1）在Photoshop中選擇“文件”→“新建”命令創(chuàng)建一個(gè)空白文件，參數(shù)設(shè)置如圖6-29所示。（2）選擇工具箱中的橫排文本工具（圖6-30），在編輯窗口中輸入文字“冷”，通過文本工具選項(xiàng)欄設(shè)置好字體、字號(hào)等，然后執(zhí)行“圖層”→“向下合并”命令。（3）用魔棒工具選擇文字周圍空白區(qū)域，然后用“濾鏡”→“象素化”→“晶格化”命令使字體產(chǎn)生冰晶效果，單元格大小用10左右（圖6-31）。圖6-31晶格化圖6-29新建文件的參數(shù)設(shè)置圖6-30文本工具（4）使用“選擇”→“反選”命令，反向選取圖像。執(zhí)行“濾鏡”→“雜色”→“添加雜色”命令，在彈出的對(duì)話框里設(shè)置“數(shù)量”為70%左右，“分布”為“高斯分布”(如圖6-32)，使文字冰晶效果更真實(shí)。（5）執(zhí)行“濾鏡”→“模糊”→“高斯模糊”命令，在彈出的“高斯模糊”對(duì)話框中設(shè)置