靜態(tài)圖像處理

靜態(tài)圖像處理第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.1圖像的基本知識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2023/5/82第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.1.1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。利用這個原理，我們可以由幾個基本的色彩，配出其他的色彩。人眼的亮暗感覺是相對的。人眼可以在相當寬的一個亮度范圍內(nèi)工作，但是卻不能同時感受到所有的亮度。利用這一點，我們不需要恢復景物的真實亮度，也能給人同樣的亮度感覺。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，顏色的飽和度就會降低。2023/5/83第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四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)出紅綠藍三種波長的光。這三種光的不同比例的相加構(gòu)成了實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+藍色=品紅 綠色+藍色=青色 紅色+綠色+藍色=白色2023/5/84第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四相減混色法在印刷、繪圖時，我們的紙張是不會發(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)生的色彩實際上是色彩顏料吸收了環(huán)境光中的特定波長的光而導致的。我們在相減混色法中使用青色（Cyan）、品紅（Magenta）和黃色（Yellow）作為基色，又叫CMY模型。在實際中我們在產(chǎn)生黑色時，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。2023/5/85第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四相減混色法混色示意圖黃青品紅紅綠黑藍2023/5/86第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2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。計算機的顯示器就是使用RGB模型顯示顏色的。

2023/5/87第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四YUV和YIQ色彩空間對于彩色電視系統(tǒng)，通常把彩色圖像信號，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Y和兩個色差信號R－Y、B－Y即U和V，最后由發(fā)送端將亮度和色差三個信號分別進行編碼，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三個分量在一起就是彩色圖像。2023/5/88第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四YUV與RGB的轉(zhuǎn)換關系亮度公式：Y＝0.3R+0.59G+0.11B2023/5/89第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四HIS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)表示顏色的亮度。這種表示法又叫畫家表示法。如果S和I都設置為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,顏色就會變暗，相當于加入了黑色。利用這種彩色空間，我們?nèi)菀走x擇需要的顏色。2023/5/810第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.1.3圖像的顯示和存儲可以用一定長度的二進制數(shù)來分別表示色彩的紅綠藍三分量的強度值。對于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。對于一幅具體的圖像，它使用的顏色可能遠遠少于224種，這樣，我們通常將它用到的顏色做成一個表（調(diào)色板），在圖像的各像素中只記錄像素顏色對應的調(diào)色板中的顏色索引號。這種圖像存儲方式構(gòu)成的圖像我們稱為偽彩色(PseudoColor)圖像，我們把這種做顏色索引表的過程叫索引顏色。2023/5/811第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四其他影響圖像存儲的因素創(chuàng)建圖像時，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。2023/5/812第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四常用的圖像文件格式

BMP GIF

TIFF

PNG

JPEG

PCX

PSD2023/5/813第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.2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)2023/5/814第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.2.1圖像壓縮的原理相關性壓縮在場景不變時，兩幀畫面之間實際上只有一些細小的差別。在同一幀內(nèi)，相鄰像素之間也具有一定的相關性。去除圖像的相關性，這樣就有效減少了圖像的冗余，達到了壓縮數(shù)據(jù)的目的。2023/5/815第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四非相關性壓縮在不同的情況下，人對信號失真的分辨能力是不一樣的。當觀看運動圖像時，人對灰度等級和細節(jié)的分辨能力均會降低。對于圖像的細節(jié)，人眼的色彩感覺又不太敏感。當人眼對圖像的某種特性的感受性提高時，那么對圖像其他特性的感受性就會降低?？梢栽试S圖像編碼的一些更大的失真，從而達到減小數(shù)據(jù)量的目的。人們采用了自適應技術(shù)，可以根據(jù)圖像的每一局部特點來決定采樣的頻率和量化的精度。2023/5/816第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.2.2經(jīng)典編碼技術(shù)預測編碼原理用像素前值對新的像素值進行預測，并得到實際信號與預測信號之間的差值。可以想象，圖像的相關性越高，預測的精度也就越高，那么差值也就越小，如果對差值進行編碼，就可以達到減小比特數(shù)的目的。算法增量調(diào)制（DeltaModulationDM）差分脈沖調(diào)制（DifferentialPulseCodeModulationDPCM）2023/5/817第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四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相關性的圖像，經(jīng)過變換之后，相關性被去除了，在變換域我們對圖像進行量化和壓縮就達到了減小數(shù)據(jù)量的目的。算法主要成分變換（K-L變換）傅利葉變換阿達馬變換哈爾變換離散余弦變換（DCT變換）2023/5/818第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.2.3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，沒有考慮人的生理和心理特性。為了進一步提高壓縮效率，各國學者對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，我們可以設計出更好的編碼方案，這就是第二代編碼技術(shù)。算法將人眼的空間頻率響應特性應用到DCT中，對DCT系數(shù)進行加權(quán)，就可以得到更好的壓縮效果。運動補償。自適應預測編碼和自適應變換編碼。子帶編碼（SBC）。2023/5/819第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.3圖像編碼技術(shù)的國際標準4.3.1圖像編碼技術(shù)標準概況4.3.2JPEG標準4.3.3MPEG標準2023/5/820第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.3.1圖像編碼技術(shù)標準概況制定了相關的標準的國際組織國際標準化組織（ISO）國際電工委員會（IEC）國際電信聯(lián)盟（ITU）下屬國際電報電話咨詢委員會（CCITT）2023/5/821第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四H.261視頻壓縮編碼1984年，CCITT針對ISDN成立了研究會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CCITTH.261草案，該草案在1990年被批準成為正式的標準。H.261視頻壓縮編碼標準是第一個在國際上有廣泛影響的視頻壓縮編碼標準，其后的MPEG標準的壓縮編碼算法從原理和框圖都與H.261視頻壓縮編碼標準為藍本。2023/5/822第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四JPEG1986年，ISO與CCITT共同成立了聯(lián)合圖片專家組（JointPhotographicExpertsGroupJPEG）。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準。2023/5/823第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四MPEG-11991年運動圖像專家組（MovingPictureExpertsGroupMPEG）提交了ISO1172標準。該標準是一個用于數(shù)字媒體存貯的碼率為1.5Mbit/s的活動圖像及其聲音編碼標準。1992年，該標準通過，這就是我們常說的MPEG-1標準。該標準在影視領域得到了廣泛的應用，我國的VCD就采用了MPEG-1標準。2023/5/824第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四MPEG-21992年7月，MPEG開始制定MPEG-2。1993年11月產(chǎn)生了ISO/IEC13818MPEG-2草案，也就是活動圖像及其聲音通用編碼草案。1994年通過該標準。這個標準的視頻編碼部分就是ITUH.262標準。MPEG-2被廣泛地應用到高清晰度電視、DVD、數(shù)字電視等多媒體領域。2023/5/825第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四MPEG-3/4專門針對高清晰度電視的MPEG-3標準，由于MPEG-2已經(jīng)是一個通用的標準，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訊碼率（一般要求低于64Kbit/s）的標準。H.263和MPEG-4是這方面的兩個標準。2023/5/826第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四MPEG-71996年，啟動了MPEG-7的制定工作，其目的是制定一套標準，用來描述各種多媒體信息和它們之間的關系，我們稱為多媒體內(nèi)容描述接口。2023/5/827第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2JPEG標準JPEG標準是一個用于數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)壓縮編碼標準．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：以預測技術(shù)為基礎的無損壓縮算法基于離散余弦變換的有損壓縮算法2023/5/828第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.3.3MPEG標準MPEG-1視頻壓縮標準。“數(shù)字存貯媒介的碼率高達1.5Mbit/s的活動圖像及其伴音的編碼方案”。主要包含三個部分：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)絡上存貯數(shù)字影視的要求。2023/5/829第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四MPEG-2視頻壓縮標準“活動圖像及有關聲音的通用編碼”。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，同時也增加了許多先進的功能。位速率為4Mbit/s-9Mbit/s，最高達15Mbit/s。利用更高的網(wǎng)絡帶寬來支持更高分辨率的圖像壓縮和更好的圖像質(zhì)量。一個相當成功的標準，已經(jīng)被全世界所承認，廣泛地運用到數(shù)字電視、數(shù)字聲音廣播等領域。2023/5/830第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四MPEG-4視頻壓縮標準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。2023/5/831第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四MPEG-7視頻壓縮標準支持多媒體信息基于內(nèi)容檢索的編碼方案。MPEG-7將被運用到包括數(shù)字圖書館、聲像詞典、多媒體目錄服務等領域。2023/5/832第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.4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4.4.4抓圖軟件2023/5/833第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.4.1掃描儀用途原理性能指標掃描分辨率色彩位數(shù)灰度等性能指標2023/5/834第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.4.2視頻采集卡實現(xiàn)視頻模擬信號的數(shù)字化。視頻采集卡不但可以采集靜態(tài)的圖像，也可以實時地采集動態(tài)的連續(xù)畫面（如：PAL或NTSC制的電視畫面）。通過硬件實現(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。2023/5/835第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四視頻采集卡的分類民用級視頻采集卡專業(yè)級視頻采集卡廣播級視頻采集卡2023/5/836第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.4.3數(shù)碼相機原理性能指標分辨率顏色深度存儲能力及存儲介質(zhì)數(shù)據(jù)輸出方式連續(xù)拍攝2023/5/837第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.4.4抓圖軟件利用軟件截取計算機顯示器屏幕上的圖像。分類：追求簡單實用的抓圖軟件，不要求功能全面強大。專業(yè)的抓圖軟件，這類軟件功能全面強大，提供連續(xù)截圖、DirectX截圖等高級功能。2023/5/838第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四常用的抓圖軟件HyperSnap：支持Windows95/98／NT/Win2000環(huán)境，功能強大，使用方便。支持DirectX和3DfxGLIDE游戲，以及DVD影像技術(shù)。其運行界面如圖4.4.2。SnagIt/32：一個小巧的抓圖軟件，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。CaptureProfessional：具有專業(yè)抓圖的功能和專業(yè)處理圖像的能力，省去你打開一個新的圖像編輯器的麻煩。能抓取多種外形圖像，如橢圓形、多邊形等，此外還具有控件、菜單、光標、圖標、多種窗口的抓圖功能。DX-Snap：提供包括DirectX截圖、連續(xù)截圖等很多高級功能。2023/5/839第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.5Photoshop圖像處理技術(shù)4.5.1Photoshop的界面和基本概念4.5.2Photoshop的基本操作4.5.3圖像處理實例4.5.4圖像校正4.5.5應用實例2023/5/840第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.5.1Photoshop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欄和工具參數(shù)選項2023/5/841第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四Photoshop的文件格式默認格式：PSD“存儲為”命令將PSD格式的文件保存為其他格式的文件“存貯為Web所用格式”，將文件保存為Web頁面2023/5/842第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四圖層2023/5/843第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四蒙版2023/5/844第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四切片2023/5/845第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四位圖圖像和矢量圖形2023/5/846第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4.5.2Photoshop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（Ctrl+S）、存儲為(Shift+Ctrl+S)、存儲為Web所用格式(Alt+Shift+Ctrl+S)2023/5/847第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四圖像的顯示放縮工具抓手按鈕活動面板的導航器標尺、網(wǎng)格和參考線2023/5/848第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四編輯圖像創(chuàng)建選區(qū)選框工具組按住shift鍵時表示添加到選區(qū)，按住Alt鍵時表示與從選區(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2023/5/849第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四套索工具組套索工具：建立一個任意形狀的選區(qū)多邊形套索工具：創(chuàng)建多邊形選區(qū)磁性套索工具：選擇一個對象的邊緣魔棒工具：選擇顏色一致的區(qū)域2023/5/850第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)整選區(qū)移動選區(qū)按住Shift鍵拖動鼠標，可以在45度的倍數(shù)方向上移動選區(qū)。使用箭頭鍵以1個像素的增量移動選區(qū)。按住Shift鍵并使用箭頭鍵，以10個像素的增量移動選區(qū)。擴展或收縮選區(qū)2023/5/851第51頁，共58頁，