多媒体技术基础与应用(第3版)鄂大伟cha(1).ppt

第5章 数字图像处理技术,5.1 数字图像处理概述 5.2 数字图像处理的主要研究内容 5.3 图像与图像数字化过程 5.4 图像处理中的色彩学知识 5.5 位图绘画与编辑 5.6 图像文件格式与图像处理软件,5.1 数字图像处理概述,5.1.1 廓清数字图像的概念,图5-1 图像的分类,5.1.2 图像的数字化 数字化(digitizing)是将一幅图像从其原来的形式转换为数字形式的处理过程。“转换”是非破坏性的，因原始图像未被破坏掉。数字化的逆过程是显示(display)，即由一幅数字图像生成一幅可见的图像，常用的等价词有“回放”和“图像重建”。 扫描(scanning)指对一幅图像内给定位置的寻址，在扫描过程中被寻址的最小单元是图像元素(picture element)即像素(pixel)，对摄影图像的数字化就是对胶片上一个个小斑点的顺序扫描。矩形扫描网格常称为光栅。 采样(sampling)是指在一幅图像的每个像素位置上测量灰度值。采样通常是由一个图像传感元件完成，它将每个像素处的亮度转换成与其成正比的电压值。,量化(quantization)是将测量的灰度值用一个整数表示。由于数字计算机只能处理数字。因此必须将连续的测量值转化为离散的整数。在图像传感器后面经常跟随一个模数转换器(ADC)，将电压值转化成一个整数。,图5-2 图像的数字化,5.1.3电磁波谱 光是电磁波，但并不是所有电磁波都能引起视觉，就像声音是机械波，但并不是所有机械波都能引起听觉一样。人眼可以感受到的电磁波称为“可见光”。它在整个电磁波谱中仅占很小的部分，可见光波的波长约为400700（nm）。在可见光波范围以外，还存在着大量的看不见的射线，如红外线、紫外线、X射线、射线等，它们也是电磁波。,图5-3 电磁波谱,5.1.4 图像感知和获取,(c) 矩阵传感器,(b) 线性传感器,(a) 单个成像传感器,图5-4 3种传感器装置的结构类型,图5-5 线状传感器常用于航空成像,5.1.5 图像的表示 1.空间图像与平面图像的形式化表示 2.二维平面图像的矩阵表示,5.1.6 数字图像处理系统,图5-7 数字图像处理系统,图5-8 数字图像处理与其他相关学科的关系,5.2 数字图像处理的主要研究内容,1.图像数字化 2.图像增强,原图,图5-9 直方图的均衡化的结果,直方图均衡化后的结果,3图像几何变换 4图像恢复,原图像,受到噪声干扰的图像,去噪处理后的图像 （Wiener滤波）,图5-10 用滤波方法恢复图像的质量,5图像重建 6图像隐藏 7图像变换,图5-11 将空间域的图像通过变换转换到频率域,8图像编码 9图像识别与理解,图5-12 美国警方采用图像识别系统辨别罪犯， 该系统每分钟以1500万画面的速率进行面部匹配,5.3 图像与图像数字化过程,5.3.1 图像的采样,图5-13 图像采样就是在水平方向和垂直 方向上等间隔地将图像分割成矩形网状结构,图5-14 不同采样精度所获得的图像分辨率不同,5.3.2 图像量化 度图像是指每个像素由一个量化的灰度来描述的图像。所谓的灰度 级，是指在显示图像时，将最暗像素点的值到最亮像素点的值的区 间，分成若干个级别，然后对亮度用某种码字来进行表示。灰度级 是以比特位为单位来描述的，灰度图像示例如图5-15所示。,1 bit(2级灰度),5 bit(32级灰度),4 bit(16级灰度),3 bit(8级灰度),2 bit(4级灰度),图5-15 不同灰度级别的图像效果,5.4 图像处理中的色彩学知识,5.4.1 认识色彩,图5-17 太阳光经三菱镜 后会产生色散现象,图5-18 物体呈现出的颜色是 光的反射或透射作用的结果,5.4.2 色彩的三要素,图5-19 色调环,图5-20 掺入白光对饱和度的影响,5.4.3 色彩模型 1.什么是色彩模型 在进行数字图像处理时，常常会涉及到用几种不同色彩模型（或颜色 模型）来表示图像的颜色。使用色彩模型的目的是尽可能多地及有效 地描述各种颜色，以便需要时能方便地加以选择。各个应用领域一般 使用不同的色彩模型。,图5-21 色彩空间是一个三维的模型,2.色域（Color gamut）,图5-22 三种彩色模型的色域颜色范围,3. RGB模型 4. HSL 模型,图5-23 RGB模型,5.CMYK模型 6. Lab模型,5-25 四色印刷基于C、M、 Y、K四种颜色叠印的原理,图5-26 Lab模型,5.4.4 颜色深度与位平面 位图图像中像素的灰度信息是用若干二进制数据位来表示的，这些数据位的个数称为图像颜色的深度。 颜色深度反映了构成图像的颜色总数目。若图像灰度采用1Bit来表示一个像素，像素灰度的值只有两个，通常用0(白色)或1(黑色)表示，这样的图像称为二值图像，如图5-27所示。黑白模式无法表示层次复杂的图像，只能表示简单的黑白线条图。,图5-27 二值图像与示例,如果图像用8bit来表示一个像素，即将纯黑和纯白间的灰度等级层次等分为256级，就形成了256等级的灰度模式，可以用来模拟黑白照片的图像效果，其灰度效果如图5-28所示。,图5-28 如果图像量化为8比特，共有256种灰度等级,5.4.5 分辨率 1.显示分辨率 2.图像分辨率 3.扫描分辨率 4.打印分辨率,图5-29 不同图像分辨率下实际显示图像的大小,5.5 位图绘画与编辑,5.5.1.位图绘画与数字化绘图板 数字化绘图板是提供绘画创作人员的压感输入型设备，其类型可分 标准型或嵌入显示器型，绘画者手持钢笔状的尖笔在绘图板上或屏 幕上直接作画（图5-30），这完全取代了鼠标的操作。,图5-30 数字化绘图板：用于绘画的标准型和嵌入显示器型,目前，数字化绘图板支持所有常见的专业绘画、绘图及图像处理软件，无论是在插画、动画、3D创作，或者是数码摄影、平面设计、多媒体设计、影视编辑方面的工作，数字化绘图板在许多艺术创作领域中得到广泛使用，很多动画特技或精美的设计效果都是用数字化绘图板画出来的（图5-31）。,图5-31 用数字化绘图板设计创作的作品,5.5.2 基本绘画工具 1.画笔 每一种画笔都有多种变体和特性，还可以设置画笔直径的大小，以及笔尖的角度、圆度和硬度等，这使得画笔变得丰富多彩，满足各种风格的绘图效果需求(图5-32)。,图5-32 画笔笔尖形状与不同笔刷线条,2.选区,图5-33 建立选区（图中的白色虚线部分）并利用选区实现图像的“抠图”,3.颜色与调色板,图5-34 调色板与颜色控制滑块,4.渐变,图5-35 渐变的效果,5.5.3 色彩调整,原图,改变明亮/对比度,改变色彩平衡,改变色相与饱和度,图5-36 图像色彩调整示例,图像色彩调整主要包括直方图分布图、色阶调整、色彩平衡、明亮/对比度、色调和饱和度、色彩校正等。举例来说。色调/饱和度调整可在一个对话框中对滑块进行控制，只要简单地移动滑块就可以改变图片的整体色谱，并可以看到效果（图5-37）。,图5-37 色调/饱和度对话调整框,5.5.4 滤镜,图5-39 天鹅（左图）的碳铅画滤镜效果（右图）,图5-40 鹰的原图像（左图）与水彩滤镜（中图）、 马赛克拼图滤镜（右图）的效果比较,5.5.5图层,图5-41 原图（左）与加入新图层后的效果图（右）,5.5.6通道,图5-42 PhotoShop图像软件中的RGB颜色通道,5.5.7 图层蒙版,图5-43 利用图层蒙版技术，将两张图像 （左图与中图）合成为一张图像（右图）,5.6 图像文件格式与图像处理软件,5.6.1 常用图像文件格式 图像在存储媒体（如磁盘、光盘）中储存格式，称为文件格式。图像文件主要是指位图图像，是由无数个像素点组成的。图像文件的存储格式有多种，如图5-44所示。,图5-44 常见图像格式文件