多媒體技術(shù)應(yīng)用教程之圖形圖像處理技術(shù)

多媒體技術(shù)應(yīng)用教程陳永強，張聰主編胡兵，崔樹芹，蘇勇參編電子工業(yè)出版社2011.8第三章圖形圖像處理技術(shù)3.1圖形圖像基本原理

3.1.1人類視覺特性

3.1.2計算機圖形

3.1.3數(shù)字圖像3.2常用圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1JPEG

3.2.2JPEG20003.3常用圖形圖像處理軟件

3.3.1繪圖設(shè)計軟件AutoCAD

3.3.2圖像處理軟件Photoshop3.4圖形圖像處理實驗

3.4.1AutoCAD實驗

3.4.2Photoshop實驗2第三章圖形圖像處理技術(shù)3.1圖形圖像基本原理3.1.1人類視覺特性3.1.2計算機圖形3.1.3數(shù)字圖像3計算機圖形學(xué)、圖像處理是計算機理論與應(yīng)用領(lǐng)域的2個分支學(xué)科，其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖形圖像處理指的是使用圖形圖像輸入/輸出設(shè)備、圖形圖像算法與軟件在計算機上處理和生成靜態(tài)或動態(tài)的圖形圖像。

43.1.1人類視覺特性眼睛對光的感覺被稱為光覺，對顏色的感覺被稱為色覺，它們是眼睛的基本特性。1．光覺2．色覺

53.1.1人類視覺特性1．光覺視覺系統(tǒng)要產(chǎn)生光感覺，就需要有一定量的光進入眼球，我們把產(chǎn)生光覺的最小亮度稱為光覺門限或光覺閾。光覺門限與刺激面積有密切關(guān)系，這種關(guān)系可以使用里克（Ricco）定理和里波（Riper）定理來描述。63.1.1人類視覺特性2．色覺人們對色覺的普遍認(rèn)識是：光線波長的不同而產(chǎn)生了不同的顏色感覺。色覺是視覺系統(tǒng)的基本機能，對于圖像和物體的檢測具有重要意義。對人眼而言，可見光線的波長在380～780mμ范圍內(nèi)，一般可分辨出包括紫、藍、青、綠、黃、橙、紅等7種主要顏色在內(nèi)的120～180種不同的顏色。目前，一般采用“三原色學(xué)說”來解釋色覺機理。

73.1.2計算機圖形1．計算機圖形學(xué)2．計算機圖形與圖形基元3．計算機圖形的表示特點

83.1.2計算機圖形1．計算機圖形學(xué)計算機圖形學(xué)是研究圖形處理技術(shù)（利用計算機來處理圖形）的學(xué)科，包括圖形處理的原理、方法和技術(shù)等內(nèi)容。（1）主要研究內(nèi)容：圖形的生成和表示技術(shù)；圖形的運算方法；圖形輸入/輸出設(shè)備及相應(yīng)的輸入/輸出技術(shù)；圖形系統(tǒng)與支持部件；圖形信息的描述和表示；幾何模型的構(gòu)造技術(shù)與動畫技術(shù)；圖形的實時性與真實感。（2）主要應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計算可視化；圖形用戶界面；計算機輔助設(shè)計；娛樂與計算機動畫；圖形實時繪制與自然景物仿真；計算機藝術(shù)。

93.1.2計算算機圖形2．計算機圖形形與圖形基元元計算機圖形是一個廣義的的概念，它既既包括了描述述圖形，也包包括了自然圖圖形。從構(gòu)成圖形的的要素來看，，圖形是由點、線、面面、體等幾何何要素以及明明暗、灰度、、色彩等非幾幾何要素構(gòu)成的。可以這樣來描描述計算機圖形：它是從客觀觀世界的物體體中抽象出來來的、具有灰灰度或色彩以以及具有形狀狀的圖或形。。事實上，這這樣的定義也也涵蓋了“圖圖像”這一概概念。103.1.2計算算機圖形2．計算機圖形形與圖形基元元圖形基元指的是最基本本的圖形元素素。在計算機機圖形學(xué)中，，它實際上包包括兩層含義義，即靜態(tài)含含義和動態(tài)含含義。靜態(tài)含義指的是圖形基基元的邏輯意意義，即前面面所述的基本本圖形單元在在計算機內(nèi)的的表示；動態(tài)含義指的是顯示輸輸出圖形基元元的過程（被被稱為輸出基基元或圖形輸輸出原語），，即在輸出設(shè)設(shè)備的指定位位置使用最基基本的輸出原原語來生成確確定的圖形幾幾何結(jié)構(gòu)。113.1.2計算算機圖形3．計算機圖形形的表示特點點在圖形系統(tǒng)中中，計算機圖圖形是以指令的形式來存放放的。計算機通過指令和數(shù)學(xué)公式來建立矢量的的計算機圖形形。123.1.2計算算機圖形3．計算機圖形形的表示特點點矢量圖形式表表示的計算機機圖形特點：：（1）圖形縮放不不變形（2）局部編輯特特性（3）存儲空間小小13圖3-1一幅計算機圖圖形3.1.3數(shù)字字圖像根據(jù)記錄方式式的不同，圖圖像可以分為為兩大類：模擬圖像和數(shù)字圖像，前者通過某某種物理量（（如光和電））的強弱變化化來記錄圖像像上各點的灰灰度信息，后后者則是使用用數(shù)字來記錄錄圖像灰度信信息的。數(shù)字圖圖像是一種種可以以在計計算機機中顯顯示、、編輯輯、保保存和和輸出出的圖圖像。。3.1.3數(shù)數(shù)字圖圖像1．?dāng)?shù)字字圖像像處理理2．灰度度與圖圖像數(shù)數(shù)據(jù)的的表示示3．位圖圖圖像像的表表示特特點4．矢量量圖與與位圖圖文件件的對對比3.1.3數(shù)數(shù)字圖圖像1．?dāng)?shù)字字圖像像處理理（1）主要研研究內(nèi)內(nèi)容：圖像像信息息的獲獲取、、存儲儲、傳傳輸、、處處理、、輸出出與顯顯示。。（2）典型的的應(yīng)用用領(lǐng)域域：遙感感圖像像處理理、醫(yī)醫(yī)學(xué)應(yīng)應(yīng)用、、圖像像通信信領(lǐng)域域、安安全保保障領(lǐng)領(lǐng)域、、教學(xué)學(xué)與科科研領(lǐng)領(lǐng)域。。3.1.3數(shù)數(shù)字圖圖像2．灰度度與圖圖像數(shù)數(shù)據(jù)的的表示示灰度是指圖圖像上上各點點處的的顏色色深淺淺程度度的信信息。。對于單色黑黑白圖圖像來說，，灰度度即是是黑白白程度度等級級；對于彩色圖圖像來說，，因為為任何何彩色色圖像像都可可以分分解成成紅、、綠、、藍三三種單單色圖圖像，，所以以彩色色圖像像的灰灰度指指的是是這三三種單單色圖圖像的的灰度度。3.1.3數(shù)數(shù)字圖圖像2．灰度度與圖圖像數(shù)數(shù)據(jù)的的表示示數(shù)字圖圖像在在計算算機上上是以以位圖的形式式存在在的，，位圖是一個個矩形形點陣陣，上上面的的每一一個點點被稱稱為像像素。。像素是數(shù)字字圖像像中的的基本本單位位，一一幅m×n大小的的圖像像由m×n個明暗暗不等等的像像素組組成。。實際際上，，像素素所具具有的的明暗暗程度度就是是由灰灰度值值(GrayLevel)來標(biāo)識識的。。3.1.3數(shù)數(shù)字圖圖像3．位圖圖圖像像的表表示特特點位圖圖圖像適適合表表現(xiàn)具具有細細致層層次和和豐富富色彩彩等特特點的的圖像像。。位圖圖圖像文文件較較大，，需消消耗大大量的的存儲儲空間間。位圖圖圖像的的編輯輯也比比較困困難。。位圖圖圖像缺缺乏靈靈活性性。。3.1.3數(shù)數(shù)字圖圖像4．矢量量圖與與位圖圖文件件的對對比圖形圖圖像文文件大大致上上可以以分為為兩大大類：：一類類為位圖（（又稱稱光柵柵或像像素圖圖）文文件；另一一類稱稱為描繪類類、矢矢量類類或面面向?qū)ο髨D圖形圖圖像文文件。前者者以點點陣形形式描描述圖圖形圖圖像，，后者者是以以數(shù)學(xué)學(xué)方法法描述述的一一種由由幾何何元素素組成成的圖圖形圖圖像。。3.1.3數(shù)數(shù)字圖圖像4．矢量量圖與與位圖圖文件件的對對比類別矢量圖位圖表示原理用數(shù)學(xué)方法描述通過采樣、量化等步驟文件大小體積小體積大靈活性旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、傾斜等變換操作容易，且不變形、不失真操作不容易，易變形、失真色彩單一缺乏變化豐富逼真適用類型簡單的幾何圖形較復(fù)雜的圖像（如照片）表3-13.1.3數(shù)數(shù)字圖圖像4．矢量量圖與與位圖圖文件件的對對比（1）位位圖圖文文件件的的常常見見格格式式：：PCX、TIFF、TGA、BMP、GIF、JPEG、PNG。（2）矢矢量量圖圖文文件件的的常常見見格格式式：：WMF、EMF、EPS、DXF、SWF。第三三章章圖圖形形圖圖像像處處理理技技術(shù)術(shù)3.2常常用用圖圖像像壓壓縮縮標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)3.2.1JPEG3.2.2JPEG2000對于于靜靜止止的的圖圖像像，，已已有有多多個個國國際際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。ISO制定定了了JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)和JBIG（JoinBilevelImageGroup）標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，，ITU制定定了了G3、G4等標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。在這這些些標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中中，，JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)及及其其下下一一代代的的JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)運運用用的的最最為為廣廣泛泛。。3.2.1JPEGJPEG是關(guān)關(guān)于于靜靜止止圖圖像像編編碼碼的的聯(lián)聯(lián)合合專專家家組組名名稱稱的的縮縮寫寫。。該該專專家家組組的的任任務(wù)務(wù)是是開開發(fā)發(fā)一一種種用用于于連續(xù)續(xù)色色調(diào)調(diào)的（（黑黑白白的的或或真真彩彩色色的的））靜止止圖圖像像壓壓縮縮編編碼碼的通通用用算算法法的的國國際際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)可用用于于自自然然景景象象或或任任何何連連續(xù)續(xù)色色調(diào)調(diào)圖圖像像的的數(shù)數(shù)字字?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的壓壓縮縮編編碼碼和和解解碼碼。。3.2.1JPEG1．工工作作方方式式2．編編碼碼算算法法3．壓壓縮縮效效果果3.2.1JPEG1．工工作作方方式式（1）順序序方方式式：圖圖像像被被分分割割為為成成行行成成列列的的小小塊塊，，編編碼碼時時由由左左而而右右、、由由上上而而下下地地逐逐行行逐逐列列對對每每個個小小塊塊進進行行運運算算，，直直到到所所有有小小塊塊都都被被編編碼碼為為止止。。（2）漸進方方式：整個個圖像像首先先以一一種低低于最最終質(zhì)質(zhì)量要要求的的質(zhì)量量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)（如如分辨辨率或或數(shù)據(jù)據(jù)精度度）進進行編編碼，，完成成后再再以較較上次次高一一級的的質(zhì)量量要求求進行行一次次編碼碼，僅僅傳輸輸為改改善質(zhì)質(zhì)量所所需增增加的的那部部分信信息。。3.2.1JPEG2．編碼碼算法法JPEG標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)定了了三種種級別別的編編碼算算法：：基本系系統(tǒng)（BaselineSystem）、擴展系系統(tǒng)（ExtendedSystem）和無失真真系統(tǒng)統(tǒng)（LosslessSystem）。JPEG的基本系系統(tǒng)算算法可以歸歸結(jié)為為以下下幾個個過程程：①通通過DCT降低圖圖像數(shù)數(shù)據(jù)的的相關(guān)關(guān)性。。②利利用人人眼視視覺特特性對對系數(shù)數(shù)進行行自適適應(yīng)量量化。。③對對每個個子塊塊量化化后的的系數(shù)數(shù)矩陣陣進行行z形掃描描，將將系數(shù)數(shù)矩陣陣變換換成符符號序序列。。④用用哈夫夫曼變變長碼碼對符符號進進行熵熵編碼碼。3.2.1JPEG3．壓縮縮效果果彩色自自然景景物和和人像像的測測試圖圖片:壓縮到到0.15位/像素時時，圖圖像可可識別別；壓縮到到0.25位/像素時時，解解碼后后的圖圖像可可評價價為““有用用”；；壓縮到到約0.75位/像素時時，被被認(rèn)為為是““極佳佳”；；壓縮到到約1.5位/像素時時，基基本上上與原原圖像像無法法區(qū)別別。3.2.2JPEG20001．新特特性2．基本本框架架和實實現(xiàn)3．核心心算法法4．應(yīng)用用3.2.2JPEG20001．新特特性高壓縮縮率無損壓壓縮漸進傳傳輸感興趣趣區(qū)域域壓縮縮碼流的的隨機機訪問問和處處理容錯性性開放的的框架架結(jié)構(gòu)構(gòu)基于內(nèi)內(nèi)容的的描述述3.2.2JPEG20002．基本本框架架和實實現(xiàn)3.2.2JPEG20002．基本本框架架和實實現(xiàn)整個JPEG2000的編碼過過程可概括括：①把把原圖圖像分分解成成各個個成分（亮度度信號號和色色度信信號））。②把把圖像像和它它的各各個成成分分分解成成矩形圖圖像片片。圖像像片是是原始始圖像像和重重建圖圖像的的基本本處理理單元元。③對對每個個圖像像片實實施小波變變換。④對對分解解后的的小波波系數(shù)數(shù)進行行量化并組成成矩形形的編編碼塊塊。⑤對對在編編碼塊塊中的的系數(shù)數(shù)“位位平面面”熵編碼碼。⑥為為使碼碼流具具有容容錯性性，在在碼流流中添添加相相應(yīng)的的標(biāo)識識符。。⑦可可選的的文件件格式式用來來描述述圖像像和它它的各各個成成分的的意義義。3.2.2JPEG20003．核心心算法法（1）小波波變換換（2）量化化（3）熵編編碼3.2.2JPEG20004．應(yīng)用用JPEG2000的應(yīng)用用領(lǐng)域域可概概略分分成兩兩部分分：一是傳統(tǒng)JPEG的市場場，如打打印機機、掃掃描儀儀、數(shù)數(shù)碼相相機等等；再一個個就是是新興應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域，如網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳傳輸、、無線線通信信、數(shù)數(shù)字圖圖書館館、醫(yī)醫(yī)療圖圖像等等。對對JPEG2000熱情最最大的的是數(shù)數(shù)碼相相機廠廠商。。第三章章圖圖形圖圖像處處理技技術(shù)3.3常常用圖圖形圖圖像處處理軟軟件3.3.1繪繪圖設(shè)設(shè)計軟軟件AutoCAD3.3.2圖圖像處處理軟軟件Photoshop圖形圖圖像處處理軟軟件一一般具具有掃掃描輸輸入、、圖形形圖像像編輯輯、打打印輸輸出及及文件件管理理等功功能，，實際際上是是一個個集各各種運運算方方法于于一體體的操操作平平臺，，經(jīng)過過各種種復(fù)雜雜的運運算，，以實實現(xiàn)圖圖形圖圖像數(shù)數(shù)據(jù)的的讀寫寫、處處理、、變換換和壓壓縮保保存等等。3.3.1繪繪圖設(shè)設(shè)計軟軟件AutoCADAutoCAD是由美美國Autodesk公司開開發(fā)的的一個個通用用交互互式繪繪圖與與設(shè)計計軟件件，是是用于于二維維及三三維設(shè)設(shè)計、、繪圖圖的系系統(tǒng)工工具，，用戶戶可以以使用用它來來創(chuàng)建建、瀏瀏覽、、管理理、打打印、、輸出出、共共享設(shè)設(shè)計圖圖形，，具有有易于于掌握握，使使用方方便，，體系系結(jié)構(gòu)構(gòu)開放放等特特點。2009年3月，Autodesk公司推推出AutoCAD2010簡體中中文版版。3.3.1繪繪圖設(shè)設(shè)計軟軟件AutoCAD1．功能能介紹紹2．編輯輯環(huán)境境3．基本本操作作3.3.1繪繪圖設(shè)設(shè)計軟軟件AutoCAD1．功能能介紹紹1）繪圖圖功能能2）編輯輯功能能3）設(shè)置置功能能4）輔助助功能能5）文件件管理理功能能6）三維維功能能7）數(shù)據(jù)據(jù)庫的的管理理與連連接8）開放放式體體系結(jié)結(jié)構(gòu)3.3.1繪繪圖設(shè)設(shè)計軟軟件AutoCAD2．編輯環(huán)境境AutoCAD2010簡體中文版版提供了二二維草圖與與注釋、三三維建模和和AutoCAD經(jīng)典三種工工作空間模模式。圖3-3二維草圖與與注釋空間間圖3-4三維建?？湛臻g圖3-5AutoCAD經(jīng)典工作空空間3.3.1繪繪圖設(shè)計軟軟件AutoCAD3．基本操作作（1）安裝與啟啟動AutoCAD2010（2）選擇工作作空間（3）AutoCAD命令（4）圖形文件件管理（5）確定點（6）繪圖基本本設(shè)置（7）繪制與編編輯二維圖圖形（8）繪制與編編輯三維圖圖形（9）幫助3.3.2圖圖像處理軟軟件PhotoshopPhotoshop是Adobe公司最為出出名的圖像像處理軟件件之一，集集圖像創(chuàng)作作、圖像修修飾、圖形形編輯、彩彩色繪圖、、網(wǎng)頁制作作等于一體體，在圖形形圖像處理理領(lǐng)域擁有有毋庸置疑疑的地位。。PhotoshopCS4（CS就是CreativeSuite的意思）于于2008年9月23日正式發(fā)行行。3.3.2圖圖像處理軟軟件Photoshop1．功能介紹紹2．編輯環(huán)境境3．基本操作作3.3.2圖圖像處理軟軟件Photoshop1．功能介紹紹圖像編輯圖像合成校色調(diào)色特效制作3.3.2圖圖像處理軟軟件Photoshop2．編輯環(huán)境境3.3.2圖圖像處理軟軟件Photoshop3．基本操作作（1）基本概念念與基本知知識（2）文件操作作（3）控制頁面面顯示（4）標(biāo)尺、網(wǎng)網(wǎng)格和參考考線（5）圖像的基基本操作（6）圖像的色色彩處理第三章圖圖形圖像處處理技術(shù)3.4圖形圖圖像處理實實驗3.4.1AutoCAD實驗3.4.2Photoshop實驗3.4.1AutoCAD實驗1．實驗?zāi)康牡恼莆胀ㄓ脠D圖形軟件AutoCAD的使用，熟熟悉AutoCAD2010經(jīng)典工作空空間的主界界面、工具具欄及命令令窗口的操操作，能基基本學(xué)會使使用該軟件件進行工程程制圖。2．實驗內(nèi)容容主要應(yīng)用了了工具欄中中的畫線、、平移等操操作，還應(yīng)應(yīng)用了相關(guān)關(guān)的命令窗窗口操作。。希望通過過此例，讀讀者能夠掌掌握一些基基礎(chǔ)繪圖命命令和操作作。3.4.2Photoshop實驗1．實驗?zāi)康牡牧私鈭D像的的基本概念念，熟悉PhotoshopCS4簡體中文版版的主界面面和基本操操作方法，，掌握各種種工具的使使用，掌握握圖層的應(yīng)應(yīng)用技巧，，掌握路徑徑的操作、、圖章和魔魔棒的應(yīng)用用，基本具具備應(yīng)用Photoshop軟件創(chuàng)作設(shè)設(shè)計藝術(shù)作作品的能力力。2．實驗內(nèi)容容首先使用鋼鋼筆工具獲獲取應(yīng)用圖圖像，然后后對獲取到到的圖像進進行適當(dāng)?shù)牡慕M合，最最后使用““曲線”命命令對整幅幅圖像進行行調(diào)整，以以實現(xiàn)最終終效果。謝謝1月-2320:38:3020:3820:381月-231月-2320:3820:3820:38:301月-231月-2320:38:302023/1/520:38:309、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。20:38:3020:38:3020:381/5/20238:38:30PM11、以我獨沈久久，愧君相見見頻。。1月-2320:38:3020:38Jan-2305-Jan-2312、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。20:38:3020:38:3020:38Thursday,January5,202313、乍見翻翻疑夢，，相悲各各問年。。。1月-231月-2320:38:3020:38:30January5,202314、他他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生生白白發(fā)發(fā)，，舊舊國國見見青青山山。。。。05一一月月20238:38:30下下午午20:38:301月月-2315、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。一月238:38下午午1月-2320:38January5,202316、行動出成果果，工作出財財富。。2023/1/520:38:3020:38:3005January202317、做做前前，，能能夠夠環(huán)環(huán)視視四四周周；；做做時時，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿著著以以腳腳為為起起點點的的射射線線向向前前。。。。8:38:30下下午午8:38下下午午20:38:301月月-239、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很多事事情努力力了未必必有結(jié)果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒有。。。20:38:3020:38:3020:381/5/20238:38:30PM11、成成功功就就是是日日復(fù)復(fù)一一日日那那一一點點點點小小小小努努力力的的積積累累。。。。1月月-2320:38:3120:38Jan-2305-Jan-2312、世間成事事，不求其其絕對圓滿滿，留一份份不足，可可得無限完完美。。20:38:3120:38:3120:38Thursday,January5,202313、不知香積積寺，數(shù)里里入云峰。。。1月-231月-2320:38:3120:38:31January5,2023