第三章图像处理

1、第三章第三章 图像处理图像处理3.1 图形图像的基本概念图形图像的基本概念 3.1.1 图形与图像图形与图像 图像图像是自然界中的景物通过视觉感官在大脑中留下的印记。随着计算机技术的发展，图像经过数字化后保存在计算机中，并被计算机处理。通常也将计算机处理的数字化图像简称为图像。 图像由像素点构成，每个像素点的颜色信息采用一组二进制数描述，因此图像又称为位图。图像的数据量较大，适合表现自然景观、人物、动植物等引起人类视觉感受的事物。 图形图形是计算机对图像进行的一种抽象，也称为矢量图，它使用点、直线和曲线来描述，这些直线和曲线由计算机通过某种算法计算获得。图形文件保存的是绘制图形的各种参数，信息

2、量较小，占用空间小。对图形进行放大、缩小或旋转等操作都不会失真。图形一般用来表达比较小的、易于用直线、曲线表现的图像，不适合表现色彩层次丰富的逼真图像。 3.1.2 色彩基本知识色彩基本知识 色彩可用色调色调、明度明度和饱和度饱和度三个特征来综合描述，这三个特性就是色彩的三要素。 色调色调也称色相，指色彩的相貌和特征。自然界中色彩的种类很多，色相就是色彩的种类和名称，例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色。10色色相环 颜色有深浅、明暗的变化，这些颜色变化就是明度明度。明度是指光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。 色彩的明度变化包括三种情况：一是不同色相之间的明度变化。例如：白比黄亮、黄比橙亮、

3、橙比红亮、红比紫亮、紫比黑亮；二是在某种颜色中添加白色，亮度会逐渐提高，饱和度也增加，添加黑色亮度就变暗，饱和度也降低；三是相同的颜色，因光线照射的强弱不同也会产生不同的明暗变化。 饱和度饱和度指的是颜色的纯度，也就是鲜艳程度。原色是纯度最高的色彩。颜色混合的次数越多，纯度越低，反之，纯度越高。亮度和饱和度与光波的幅度有关。饱和度还和明度相关，例如在明度太大或太小时，颜色就越接近白色或黑色，饱和度就偏低。 3.1.3 图像色彩模型图像色彩模型 自然界中的色彩千变万化，要准确地表示某一种颜色就要使用色彩模型。常用的色彩模型有HSB、RGB、CMYK以及CIE Lab等。 针对不同的应用可以选择不

4、同的色彩模型，例如RGB模型用于数码设计、CMYK模型用于出版印刷。了解各种色彩模型有助于在图像素材处理中准确把握色彩。 1.HSB模型模型 HSB指色相(Hue)、饱和度(Saturation)、明度(Brightnes)，也就是说HSB模型用色彩的三要素来描述颜色。由于HSB模型能直接体现色彩之间的关系，所以非常适合于色彩设计，绝大部分的图像处理软件都提供HSB色彩模型。 HSB色彩模型 2.RGB模型模型 RGB指红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三原色。RGB模型分别记录R、G、B三种颜色的数值并将它们混合产生各种颜色。 RGB色彩模型的混色方式是加色方式，这种方式运用于光

5、照、视频和显示器。在计算机中，每种原色都用一个数值表示，数值越高，色彩越明亮。R、G、B都为0时是黑色，都为255时是白色。加色（RGB）模型 RGB是使用计算机进行图像设计中最直接的色彩表示方法。计算机中的24位真彩图像，就是采用RGB模型，24位表示图像中每个像素点颜色使用3个字节记录，每个字节分别记录红、蓝、绿中的一种颜色值。 在电脑中利用RGB数值可以精确取得某种颜色。RGB虽然表示直接，但是R、G、B数值和色彩的三属性没有直接的联系，不能揭示色彩之间的关系，在进行配色设计时，不适合使用RGB模型。现在的大多数图像处理软件的调色板都提供RGB和HSB两种模型选择色彩。 3.CMYK模型

6、模型 CMYK模型包括青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）和黑（Black，为避免与蓝色混淆，黑色用K表示）。彩色打印、印刷等应用领域采用打印墨水、彩色涂料的反射光来显现颜色，是一种减色方式。CMYK模型包括青、品红和黄三色，使用时从白色光中减去某种颜色，产生颜色效果。另外印刷行业使用黑色油墨产生黑色，所以CMYK模型中增加了黑色。图2.6 减色（CMYK 模型）减色（CMYK ）模型 4.CIE Lab模型模型 CIE Lab颜色模型基于人对颜色的感觉。Lab颜色理论认为，在一个物体中，红色和绿色两种原色不能同时并存，黄色和蓝色两种原色也不能同时并存。因此Lab色彩模型

7、用三组数值表示色彩： L ： Lightness 亮度数值，从0到 100。 a ： 红色和绿色两种原色之间的 变化区域，数值从-120到+120。 b ： 黄色到蓝色两种原色之间的变 化区域，数值从-120到+120。Lab模型 3.1.4 图像分辨率和颜色深度图像分辨率和颜色深度 图像由像素点组成，影响图像质量的因素主要包括分辨率分辨率和颜色深度颜色深度。 分辨率分辨率表示图像中像素点的密度，单位是dpi（Dot Per Inch），表示每英寸长度上像素点的数量。图像分辨率越高，包含的像素越多，表现细节就越清楚。但分辨率高的图像占用磁盘空间大，传送和显示速度慢，所以应该根据实际情况选择合适

8、的图像分辨率。分辨率对图像质量的影响 数字化图像中每个像素点的颜色都要用二进制数据表示。表示一个像素需要的二进制数的位数叫做颜色深度。彩色或灰度图像的颜色可以使用4位、8位、16位、24位和32位二进制数来表示。颜色深度是图像的另一个重要指标，颜色深度越高，可以描述的颜色数量就越多，图像的质量越好。 图像的颜色深度与图象质量 图像包含像素越多、颜色深度越大，包含的数据量越大，图像质量就越好，占用的空间也越大。 一幅未经压缩的图像占用的存储空间可以使用以下公式计算： （长度分辨率）（宽度分辨率）颜色深度/8 例如：一幅长10厘米、宽8厘米，分辨率为300dpi的24位颜色深度的图像占用的存储空间

9、为：（100.3937300）（80.3937300）24/83.19MB 3.1.5 常用图像格式常用图像格式 1.BMP格式格式 BMP文件是标准的Windows和OS/2的图像位图格式。BMP与硬件设备无关，采用位映射存储格式，图像深度可以选择lbit、4bit、8bit及24bit，不采用其他任何压缩。BMP格式通用性好，Windows环境下运行的所有图像处理软件都支持BMP图像文件格式，但由于BMP格式未经过压缩，图像占用空间较大。 2.GIF格式格式 GIF（Graphics Interchange Format）是图像交换格式。GIF格式只支持256种颜色，采用无损压缩存储，在不

10、影响图像质量的情况下，可以生成很小的文件。GIF支持透明色，可以使图像浮现在背景之上。GIF格式的压缩比高，磁盘空间占用较少。为了便于网络传输，GIF图像格式采用渐显方式，在图像传输过程中，用户可以先看到图像的大致轮廓，然后再逐步看清图像中的细节部分。 最初的GIF只用来存储单幅静止图像，随着技术发展，GIF也可以同时存储若干幅静止图像进而形成连续的动画。虽然GIF图像的颜色深度较低，图像质量不高，但GIF图像文件短小、下载速度快、可以存储简单动画，所以GIF格式在网络上广泛应用。 3.JPEG格式格式 JPEG图像文件格式是目前应用范围非常广泛的一种图像文件格式。JPEG是Joint Pho

11、tographic Experts Group(联合图像专家组)的缩写，JPEG格式是按照该专家组制定的DCT压缩标准进行压缩的图像文件格式。JPEG格式采用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同时展现生动的图像。JPEG格式具有调节图像质量的功能，允许采用不同的压缩比例对文件进行压缩，JPEG的压缩比率通常在10：1到40：1之间，压缩比越大，图像质量就越低，压缩比越小，图像质量就越好。JPEG格式对色彩的信息保留较好，压缩后的文件较小，下载速度快，在因特网上广泛应用。 4.TIFF格式格式 TIFF（Tagged Image File Format）是标记图像文件格式。TI

12、FF格式支持256色、24位真彩色、32位颜色深度，支持具有 alpha 通道的 CMYK、RGB、Lab、索引颜色和灰度图像以及无alpha 通道的位图模式图像。TIFF格式非常灵活，支持几乎所有的绘画、图像编辑和页面版面应用程序。TIFF格式可包含压缩和非压缩像素信息。TIFF采用（LZW）无损压缩算法，压缩比在2：1左右。TIFF 格式可以制作质量非常高的图像，经常用于出版印刷。 5.PSD格式格式 PSD格式是Photoshop图像处理软件的专用文件格式，文件扩展名是.psd。PSD格式支持图层、通道、蒙板和不同色彩模式的各种图像特征，能够将不同的物件以层的方式分离保存，便于修改和制作

13、各种特殊效果。PSD格式采用非压缩方式保存，所以PSD文件占用存储空间较大，但这样可以保留所有原始信息，通常用来保存在图像处理中尚未制作完成的图像。 6.PNG格式格式 PNG(Portable Network Graphic Format)是流式网络图形格式。PNG格式综合了GIF和JPEG格式优点，支持多种色彩模式；采用无损压缩算法减小文件占用的空间；采用GIF的渐显技术，只需下载1/64的图像信息就可以显示出低分辨率的预览图像；支持透明图像的制作，使图像和网页背景能和谐地融合在一起。 3.2 图像的获取图像的获取3.2.1 从素材库获取与网上下载从素材库获取与网上下载使用专业图像素材库。

14、1. 通过因特网搜索。 3.2.2 使用扫描仪扫描素材使用扫描仪扫描素材 扫描仪利用光电转换原理，通过光电管的移动或原稿的移动将黑白或彩色的原稿信息数字化后输入到计算机中。扫描仪工作原理 扫描仪的性能指标主要包括扫描精度扫描精度、色彩深度色彩深度、扫描速度扫描速度等。 扫描精度扫描精度通常用光学分辨率机械分辨率来衡量。 色彩深度色彩深度表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程度的指标，它的单位是bit（位）。色彩深度包含的位数越多，颜色就越逼真，扫描的图象占用的空间就越大。 扫描速度扫描速度指将一页文稿扫入计算机再完成处理总共需要的时间。 在使用扫描仪时只需要根据需要选择合适的分辨率即可。例如，如果扫描

15、结果是用来获得高质量的书、杂志、手册或其它图像质量的文字，则需要根据印刷要求使用较高分辨率；如果扫描的图像只是用来制作在屏幕上显示的多媒体作品，则只需要使用72dpi分辨率，因为屏幕上只能显示大约72dpi质量的图像；如果扫描的图像需要打印，应该根据打印机的最大打印分辨率设置扫描仪分辨率；如果扫描后需要将图像放大，应该使用高分辨率进行扫描；如果扫描后需要将图像缩小，应该用较低分辨率进行扫描。 3.2.3 使用数码相机获取使用数码相机获取 使用数码相机直接拍摄自然影像也是一种简单的获取图像素材的方法。数码相机工作原理 数码相机拍摄的照片质量与相机的CCD像素数量有直接关系。使用数码相机拍照时应该

16、根据需要选择或调整CCD像素数量。如果拍摄的照片用来制作VCD视频，照片选用640480像素，使用30万像素拍摄即可；如果照片用来屏幕演示或制作多媒体作品，图像至少应采用1024768像素，如果要冲印5寸照片，图像应使用1200840像素，以上两种情况至少要使用100万像素进行拍摄；如果要冲印15寸照片，图像应至少为3000 x2000像素，应使用600万以上像素进行拍摄。 3.2.4 屏幕截取屏幕截取 如果多媒体作品中需要使用计算机屏幕上的某些内容，可以通过屏幕截取来获得对应图像。屏幕截取可以使用键盘上的“Print Screen”键，也可以使用截图软件。 使用“Print Screen”键

17、能够截取整个桌面或当前窗口图像，并将其存放在系统剪贴板中，将剪贴板中的图片粘贴到Windows画图工具中就能够保存下来。使用这种方法虽然功能有限，但简单、方便，不需要另外安装软件。 SnagIt截图软件不仅可以截取窗口、屏幕，还可以截取按钮、工具条、输入栏、不规则区域等。另外，SnagIt还能截取动态画面，并保存为AVI视频文件。使用DirectX应用程序接口 ，SnagIt还可以截取VCD、DVD视频和3D游戏画面。 SnagIt在捕获图片后，还可以在预览窗口中为捕获的图片添加特殊边缘效果、设置聚光和放大、设置透视和修剪、添加水印、设置边界和字幕。 3.3 图像浏览与图像管理图像浏览与图像管

18、理 3.3.1 图像浏览与管理工具图像浏览与管理工具ACDSee 制作多媒体作品时需要采集很多图像素材。这些图像素材应该按用途分文件夹存放，便于以后查找使用。对图像文件的浏览、管理可以使用ACDSee、Ember等软件。3.3.2 图像浏览图像浏览ACDSee的最基本用途是浏览图像。在“ACDSee查看器”窗口和“缩略图列表预览”窗口都可以预览图像。“缩略图列表预览”窗口适合查看文件夹下的多个文件，预览图像较小，“ACDSee查看器”窗口只查看选定的一个文件，预览效果较好。有些图像采集后不能满足多媒体作品的需要，需要对图像亮度、对比度、颜色、大小进行调整。使用ACDSee的查看器窗口的编辑任务

19、工具栏中的各种工具可以调整图像属性。ACDSee还提供一些滤镜，使用这些滤镜可以给图像添加多种特殊效果。 ACDSee是一个专业的图像浏览软件，它功能非常强大，几乎支持目前所有的图像文件格式，是目前最流行的图像浏览、管理工具。使用ACDSee浏览图像方便、操作简单、效率高，可以同时浏览多幅图像，能实现调整图像亮度、对比度、颜色、大小及图像文件格式转换等功能。 3.3.3 图像管理图像管理 为了减小存储空间和加快传输速度，在多媒体作品和网页中使用的图片素材体积都不能太大，这就需要修改图片的大小或转换文件格式。ACDSee提供批量修改功能，能够对选定的多个文件集中进行修改大小、旋转、调整暴光度、转

20、换格式、改名等操作。 3.4 图像绘制图像绘制 3.4.1 Windows画图程序画图程序 画图程序是Windows附件中的一个绘图工具，使用画图程序能够快速绘制一些简单的图像、为图像添加文字。画图工具是Windows自带的应用程序，不需要安装，使用简单方便，但功能比较有限，只能完成一些基本图像绘制功能。 3.4.2 绘制简单图像绘制简单图像 画图程序工具箱包括选择、填充、橡皮、取色、放大镜、铅笔、笔刷、喷枪、文字、直线、曲线、矩形、多边形、椭圆、圆角矩形等绘图工具 ，在选定工具后，可以在工具箱下方的属性栏中设置相关工具属性，在颜料盒中选择工具颜色，然后在绘图区中绘制由直线、曲线、矩形、椭圆等

21、基本图形组成的图像。 3.4.3 转换图像文件格式转换图像文件格式 画图程序支持BMP、JPEG、GIF、TIF、PNG等多种图像格式，使用画图的另存功能可以进行图像格式转换。 3.5 图像处理图像处理 3.5.1 图像处理工具图像处理工具Photoshop Photoshop具有强大的图像处理功能，能够完成图像合成、图像绘制、图像色彩校正、文字艺术效果制作等工作。Photoshop具有广泛的兼容性，支持多种图像格式和色彩模式，采用开放式结构，能够外挂其它处理软件和图像输入输出设备。Photoshop还带有多种内置滤镜，并支持第三方滤镜，利用这些滤镜可以制作出多种特殊效果。 3.5.2 创建选

22、区创建选区 使用Photoshop处理图像时需要先创建图像选区，再对选定的内容进行编辑处理。Photoshop创建选区的基本方式有选框系列工具、套索系列工具和魔棒工具。 选框系列工具包括矩形选框工具、椭圆选框工具、单行选择工具和单列选择工具，用于创建各种不同形状选区。 套索系列工具包括套索工具、多边形套索工具、磁性套索工具。套索工具用来在图像中创建不规则选区；多边形套索工具用来在图像中创建多边形选区；磁性套索工具能在图像中勾勒出图像边缘，根据图像边缘创建选区。 魔棒工具用于在图像中选择颜色一致的部分创建选区。 创建选区时可以设置选区边沿的羽化值，羽化值可以设置创建选取边缘的羽化效果。羽化值越大

23、，创建选区的边缘越柔和。 选区创建方式有新选区、添加到选区、从选区中减去和与选区交叉四种。 新选区指创建的选区是一个新选区，原来创建的选区消失。 添加到选区指在原有选区的基础上添加选区，将两个选区合并，相当于逻辑运算中的“并”操作。 从选区中减去指在原有选区中减去新选区内容，将两个选区重叠的部分从原选区中去掉，相当于逻辑运算中的“减”操作。 与选区交叉指保留与原选区交叉的部分，去掉不交叉的部分，相当于逻辑运算中的“交”操作。 Photoshop选框系列工具、套索系列工具和魔棒工具各有特点。在图像中创建选区时，应根据需要选择合适的工具。如果需要创建的选区是矩形或椭圆组成的区域，应使用选框系列工具

24、。如果要创建的选区与其它部分之间有明显的颜色差别，应使用魔棒工具。如果要创建的选区是不规则图形或多边形，应使用套索或多边形套索工具。要创建的选区有明显的轮廓线，应使用磁性套索工具。 3.5.3 图像基本编辑图像基本编辑 Photoshop提供基本的图像编辑功能，例如：改变图像尺寸、形状、图像旋转、图像合成等。 图像大小有像素大小和文档大小之分。像素大小指在图像中包含的像素数量。文档大小指图像实际的宽度和高度。像素大小、文档大小又和分辨率相关，文档宽度（高度）=像素宽度（高度）/分辨率。文档大小相同时，分辨率越高，像素数量越多，占用空间也越大。像素大小相同时，分辨率越高，文档大小越小，占用空间不

25、变。 图像大小调整中，缩小设置比较简单，直接调整像素或文档的宽度和高度即可。放大图像时则需要注意如果将图像放得过大可能因为原始图像分辨率不够出现图像模糊现象。 在保存或输出图像时，同类型图像文件的文件大小与图像质量密切相关，图像品质越高，占用空间越大，图像品质越低，占用空间就越小。一般多媒体作品中对图像质量的要求不会太高，在Photoshop中选择品质为8-10就足以满足需要。 3.5.4 图层的应用图层的应用 Photoshop中的图像可以由多个图层组成。使用图层可以在不影响图像中其他图素的情况下处理某一元素。可以将图层想象成是一张张叠起来的透明纸。如果图层上没有图像，就可以一直看到底下的图

26、层。在图层中可以放置不同的图像元素，多个图层效果叠加在一起，形成图像的合成效果。通过更改图层的顺序和属性，可以改变图像的合成效果。 包含多个图层的图像需要需要选择psd格式保存。Psd格式是Photoshop专用的文件格式，能保存所有图层信息，保存的文件打开后能够分图层进行编辑修改。如果图像要应用到多媒体作品中，则需要保存为多媒体制作软件支持的jpg、gif、bmp、png等格式。Photoshop会先将图像的图层信息合并，再保存为各种通用格式。合并图层后的图像不能再分图层进行编辑修改。 通常在素材处理过程中将图像保存为psd格式以方便修改，在素材处理结束时将图像保存为通用格式以方便使用。 在

27、Photoshop中，使用图层样式能够为图层添加投影、内阴影、内发光、外发光、斜面和浮雕、光泽、颜色叠加、渐变叠加、图案叠加、描边等特殊效果。图层样式应用于图层中的不透明像素，并随着图层内容的改变而改变，适应图层内容。 除了图层样式对话框中可以设置图层样式以外，还可以在样式面板中选择Photoshop预置样式。也可以将自己设计的样式保存在样式面板中，在其它Photoshop文件中使用。 在图层面板中还可以设置图层的不透明度。不透明度决定图层遮蔽或显示其下图层图像的程度。不透明度为 1% 的图层显得几乎是透明的，不透明度为 100% 的图层完全不透明。 图层在混合时还可以设置溶解、变暗、正片叠底

28、、颜色加深、线性加深、叠加、柔光、亮光、强光、线性光、点光、实色混合、差值、排除、色相、饱和度、颜色、亮度等多种图层的混合模式。图层的混合模式实际是按照某种算法混合图层之间的像素。使用不同的图层的混合模式可以产生不同的图层混合效果。 3.5.5 图像色彩调整图像色彩调整 Photoshop具有强大的色彩处理功能，提供图像亮度、对比度、饱和度、色相、色阶等调整工具，改善图像质量或制作特殊色彩效果。 在使用Photoshop进行图像色彩调整时应注意以下问题： 复制图像文件。使用图像的拷贝进行色彩调整，保留原件，需要使用原始状态的图像时可以调出原件。 在调整颜色和色调之前，先消除图像中的所有缺陷，例

29、如污点和划痕。消除图像缺陷的方法将在后面章节介绍。1. 调整图像的颜色或色调时，某些图像信息会被扔掉。所以在调整图像色彩时应谨慎处理。 3.5.6 图像的绘制图像的绘制 在Photoshop中，图像的绘制与修复工具有修补画笔/修补/颜色替换工具、画笔/铅笔工具、仿制图章/图案图章工具、历史记录画笔/历史记录艺术画笔工具、橡皮擦/背景橡皮擦/魔术橡皮擦工具、渐变/油漆桶工具、模糊/锐化/涂抹工具、海绵/加深/减淡工具。 3.5.7 矢量图形绘制与编辑矢量图形绘制与编辑 Photoshop也可以使用矢量图的方法编辑图形。矢量图形实际是用数学方式定义的直线和曲线。使用矢量图形工具可以创建形状图层和工

30、作路径，创建的形状与分辨率无关，所以在调整大小时会保持清晰的边缘。 Photoshop中矢量图形绘制编辑工具有路径选择/直接选择工具、横排文字/直排文字/横排文字蒙板/直排文字蒙板工具、钢笔/自由钢笔/添加锚点/删除锚点/转换点工具、矩形/圆角矩形/椭圆/多边形/直线/自定形状工具。 路径选择工具用来选择移动路径，直接选择工具用来选择并调整路径中的锚点。 横排文字工具、直排文字工具可以向图像中输入水平或垂直放置的文字，横排文字蒙板工具、直排文字蒙板工具可以向图像中输入水平或垂直放置的文字选区。 钢笔工具和自由钢笔工具用来创建路径，添加锚点工具、删除锚点工具和转换点工具可以对路径中的锚点进行调整

31、。 矩形工具、圆角矩形工具、椭圆工具、多边形工具、直线工具、自定形状工具用来创建各种矢量图形。 3.5.8 通道与蒙板通道与蒙板 蒙板是Photoshop的一个重要功能，可以对图像产生遮盖效果，而不会实际影响该图层上的像素。蒙板不能单独存在，必须附加在图像图层上。 在蒙板中，黑色部分表示透明，能显示下方的图层信息，白色部分表示不透明，遮盖下方图层信息。黑色与白色之间的灰度色则根据灰度级别产生不同的不透明效果。 Photoshop中有两种类型的蒙版：图层蒙版和矢量蒙版。 图层蒙版中的内容是位图图像，与分辨率相关，由绘画或选择工具创建。 矢量蒙版与分辨率无关，由钢笔或形状工具创建。 快速蒙板是一种特殊的蒙板，它是选择复杂图像的有效手段。单击工具箱中的以快速蒙板模式编辑按钮，图像进入快速蒙板编辑状态，原来选中的内容维持原样不变，选区以外的内容则被一层半透明的膜遮住。