【学习】第五章图形图像处理技术

1、2006年08月19日编辑ppt12006年08月19日编辑ppt2本章主要内容本章主要内容5.1颜色的基本知识5.2位图图像与矢量图形5.3 图像的数字化过程5.4 数字图像处理与输出5.5 数字图像分析5.6图形图像文件5.7 图形图像处理软件2006年08月19日编辑ppt35.1 颜色的基本知识5.1.1 颜色的基本概念1、颜色的三要素 一般称一般称亮度、色相和饱和度亮度、色相和饱和度为彩色的三要素。为彩色的三要素。l亮度（亮度（Luminance ）：人眼感觉到的颜色明暗程度，与光的反射：人眼感觉到的颜色明暗程度，与光的反射率相对应。最亮为白色，最暗为黑色；率相对应。最亮为白色，最暗

2、为黑色；l色相（色相（Hue）：）：不同颜色的相貌，不同颜色的相貌，也称色调也称色调，是人眼看一种或多种，是人眼看一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，是决定颜色的基本特性。最基本的波长的光时所产生的彩色感觉，是决定颜色的基本特性。最基本的代表色是红（代表色是红（R）、黄（）、黄（Y）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）、紫（）、紫（P）五种。）五种。此五种颜色在人们的生理和心理方面有明确的特征，色相的心理反此五种颜色在人们的生理和心理方面有明确的特征，色相的心理反应特征是暖色或冷色。色相之间的关系可以用色相环表示，另外，应特征是暖色或冷色。色相之间的关系可以用色相环表示，另外，橙（橙（YR）

3、、黄绿（）、黄绿（GY）、青绿（）、青绿（BG）、青紫（）、青紫（PB）、紫红（）、紫红（RP）称为中间色相。称为中间色相。 l饱和度（饱和度（Saturation）：）：是指颜色的鲜艳程度或纯度。是指颜色的鲜艳程度或纯度。2006年08月19日编辑ppt42、三基色和混色1 1）三基色原理三基色原理2）混色（三基色光按不同比例相加可产生混色光）（三基色光按不同比例相加可产生混色光） 红色红色+ +绿色绿色= =黄色黄色 红色红色+ +蓝色蓝色= =紫色（也称品红）紫色（也称品红） 绿色绿色+ +蓝色蓝色= =青色青色 红色红色+ +绿色绿色+ +蓝色蓝色= =白色白色黄色、紫色和青色分别为红

4、、绿、蓝三色的补色。黄色、紫色和青色分别为红、绿、蓝三色的补色。l各种彩色光，都可由红（各种彩色光，都可由红（R）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）三种颜色光按不同比例相配而成；三种颜色光按不同比例相配而成；l绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。红蓝绿白黄青紫2006年08月19日编辑ppt5 1 1） 混色原理属于混色原理属于“加性加性”颜色形成方法，计算机显颜色形成方法，计算机显示器就是采用这种原理产生颜色的。示器就是采用这种原理产生颜色的。在显示器屏幕的背面在显示器屏幕的背面涂满了能发出不同色光（红、绿、蓝）的化学物点，当电涂满了能发

5、出不同色光（红、绿、蓝）的化学物点，当电子束扫描到这些点时，它们就会发光。电子束按逐行扫描子束扫描到这些点时，它们就会发光。电子束按逐行扫描方式对屏幕上的所有点进行扫描，扫描一遍就会形成一帧方式对屏幕上的所有点进行扫描，扫描一遍就会形成一帧彩色图像。彩色图像。 2 2）对于非专业应用来说，色相和色调的概念较难区）对于非专业应用来说，色相和色调的概念较难区分。有关颜色基本概念可参考相关专业资料，或访问分。有关颜色基本概念可参考相关专业资料，或访问“配配色手册网站色手册网站”，网址是：，网址是： 特别提示：特别提示：2006年08月19日编辑ppt65.1.2 计算机中的颜色模式图5-2 Phot

6、oShop中的四种颜色模式图示LAB模式HSB模式RGB模式CMYK模式 颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色的一组规则。利用不颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色的一组规则。利用不同的规则，可形成不同的颜色模式。在多媒体计算机的图像处理过程中，同的规则，可形成不同的颜色模式。在多媒体计算机的图像处理过程中，通常使用通常使用RGBRGB、HSBHSB、LabLab、CMYKCMYK等多种颜色模式。下图是等多种颜色模式。下图是PhotoshopPhotoshop软件软件中常用的四种彩色模式的表示与调整方法。中常用的四种彩色模式的表示与调整方法。 2006年08月19日编辑ppt71、RG

7、B颜色模式 所谓所谓RGBRGB颜色模式，就是用红（颜色模式，就是用红（R R）、绿（）、绿（G G）、蓝（）、蓝（B B）三种基本颜色来表示任意彩色光。根据三基色原理，在三种基本颜色来表示任意彩色光。根据三基色原理，在RGBRGB颜颜色模式中，任意彩色光色模式中，任意彩色光F F的配色方程可写成：的配色方程可写成： F= rR+gG+bBF= rR+gG+bB 其中其中r r、g g、b b分别代表对应色的分别代表对应色的比例系数，比例系数，rRrR、gGgG、bBbB分别分别代表代表F F色光的红绿蓝三色分量。色光的红绿蓝三色分量。 在在MPCMPC中，使用最多的是中，使用最多的是RGBR

8、GB颜色模式颜色模式，因为，因为MPCMPC彩色监彩色监视器的输入需要视器的输入需要RGBRGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在屏幕上合成所需的任意颜色。所以例，在屏幕上合成所需的任意颜色。所以显示输出一定要转显示输出一定要转换成换成RGBRGB颜色模式颜色模式。 2006年08月19日编辑ppt82、HSB颜色模式 HSB HSB颜色模式实际上是依据人眼的视觉特征，用颜色的颜色模式实际上是依据人眼的视觉特征，用颜色的三要素亮度、色相、饱和度来描述颜色的基本特征，如图三要素亮度、色相、饱和度来描述颜色的基本特征，如图5-35-3。图5-3 HSB彩色模

9、式图示 H：色相：色相 S：饱和度：饱和度 B：亮度：亮度 D：所有色相：所有色相 SBDHl色相色相：就是颜色。：就是颜色。在在 0 0 到到 360 360 度的度的标准色轮上，按位标准色轮上，按位置度量色相置度量色相。平时。平时把色相用颜色名称把色相用颜色名称标识，如红色、橙标识，如红色、橙色等。色等。2006年08月19日编辑ppt9l饱和度饱和度：是指颜色的强度或纯度，表示色相中灰色分：是指颜色的强度或纯度，表示色相中灰色分量所占的比例，它使用量所占的比例，它使用从从 0%0%（灰色）至（灰色）至 100%100%（完全（完全饱和）的百分比来度量饱和）的百分比来度量。在标准色轮上，饱

10、和度从中。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。心到边缘递增。 l亮度亮度：是颜色的相对明暗程度，通常使用：是颜色的相对明暗程度，通常使用从从 0%0%（黑（黑色）至色）至 100%100%（白色）的百分比来度量（白色）的百分比来度量。 在图像处理和计算机视觉中大量算法都基于在图像处理和计算机视觉中大量算法都基于HSBHSB颜色模颜色模式，只要对亮度信号操作就可获得良好效果。因此，式，只要对亮度信号操作就可获得良好效果。因此，利用利用HSBHSB颜色模式中可以大大简化图像分析和处理的工作量。颜色模式中可以大大简化图像分析和处理的工作量。 2006年08月19日编辑ppt103、CMY颜色模式

11、CMYCMY颜色模式是采用青（颜色模式是采用青（CyanCyan）、品红（）、品红（MagentaMagenta）、）、黄（黄（YellowYellow）三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法）三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。它。它通过颜料未吸收而反射出来的光线来判断颜色的，其原理称通过颜料未吸收而反射出来的光线来判断颜色的，其原理称为为“减色减色”原理原理。因为。因为所有的颜料都加入后才能成为纯黑，所有的颜料都加入后才能成为纯黑，当颜料减少时才开始出现色彩，颜料全部除去后才成为白色当颜料减少时才开始出现色彩，颜料全部除去后才成为白色。 虽然理论上利用虽然理论上利用CMYCMY三基色混合可

12、以制作出所需要的各种三基色混合可以制作出所需要的各种色彩，但实际上色彩，但实际上同量的同量的CMY CMY 混合后并不能产生完善的黑色或混合后并不能产生完善的黑色或灰色灰色，因此在，因此在印刷时必须加上一个黑色（印刷时必须加上一个黑色（BlackBlack），），由于字母由于字母B B已经用来表示蓝色，因此黑色选用单词已经用来表示蓝色，因此黑色选用单词BlackBlack的最后一个字的最后一个字母母“K”K”来表示，这样来表示，这样又称为又称为CMYKCMYK颜色模式颜色模式。2006年08月19日编辑ppt11 四色印刷是依据四色印刷是依据CMYKCMYK彩色模式表示原理发展而来的，彩色模式

13、表示原理发展而来的，所以，所以，彩色打印和彩色印刷都是采用彩色打印和彩色印刷都是采用CMYKCMYK彩色模式实现彩色模式实现彩色输出的彩色输出的。因此，当要。因此，当要将将MPCMPC上的显示图像通过彩色上的显示图像通过彩色打印机输出时，系统会自动将打印机输出时，系统会自动将RGBRGB彩色模式转换为彩色模式转换为CMYKCMYK彩色模式表示彩色模式表示。从理论上讲，。从理论上讲，RGBRGB与与CMYCMY彩色模式是互补彩色模式是互补的，可以互相转换，但实际上因为发射光与反射光的性的，可以互相转换，但实际上因为发射光与反射光的性质完全不同，显示器上看到的颜色不可能精确地在打印质完全不同，显示

14、器上看到的颜色不可能精确地在打印机上复制出来，因此机上复制出来，因此同一彩色图像的显示与打印颜色会同一彩色图像的显示与打印颜色会有细微差别。有细微差别。 特别提示：2006年08月19日编辑ppt124、Lab颜色模式 LabLab颜色模式分别颜色模式分别用亮度或光亮度分量用亮度或光亮度分量 (L) (L) 和两个色和两个色度分量（度分量（a a、b b）来表示颜色，）来表示颜色，a a 分量表示从绿到红，分量表示从绿到红， b b 分量分量表示从蓝到黄，表示从蓝到黄，如图如图5-45-4所示。具体取值范围是：所示。具体取值范围是：L L在在0 0到到100100之间，之间，a a和和b b都

15、在都在-128-128+127+127之间。之间。 LabLab颜色模式可以表示的颜颜色模式可以表示的颜色最多，颜色更为明亮且与光色最多，颜色更为明亮且与光线和设备无关线和设备无关, ,不管使用什么设不管使用什么设备（如显示器、打印机、计算备（如显示器、打印机、计算机或扫描仪）创建或输出图象，机或扫描仪）创建或输出图象，这种颜色模型产生的颜色都保这种颜色模型产生的颜色都保持一致。持一致。亮度L=100（白）亮度L=0（黑）a分量b分量图图5-4 Lab5-4 Lab彩色模式图示彩色模式图示2006年08月19日编辑ppt135、Photoshop中的其他几种颜色模式 1）索引模式 索引模式最多

16、使用索引模式最多使用256256种颜色，当图像被转换为索引种颜色，当图像被转换为索引模式时，通常会构建一个调色板存放并索引图像中的颜色。模式时，通常会构建一个调色板存放并索引图像中的颜色。 2）灰度模式 灰度模式最多使用灰度模式最多使用256256级灰度来表现图像，图像中的每级灰度来表现图像，图像中的每个像素有一个个像素有一个0 0（黑色）到（黑色）到255255（白色）之间的亮度值，（白色）之间的亮度值，如图如图5-55-5上半部所示上半部所示。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（表示（0%0%表示白色，表示白色，100%100%表示黑色）。表示黑

17、色）。2006年08月19日编辑ppt14 3）位图模式 位图模式只有黑色与白色两种颜色，每个像素用位图模式只有黑色与白色两种颜色，每个像素用1 1位位二进制数表示，二进制数表示，“0”0”表示黑色，表示黑色，“1”1”表示白色。位图模式表示白色。位图模式主要用于早期不能识别颜色和灰度的设备。如果需要表示灰主要用于早期不能识别颜色和灰度的设备。如果需要表示灰度，则需要通过点的抖动来模拟（度，则需要通过点的抖动来模拟（如图如图5-55-5下半部所示下半部所示）。）。位图模式通常用于文字识别，如果扫描需要使用位图模式通常用于文字识别，如果扫描需要使用OCROCR（光学（光学文字识别）技术识别的图像

18、文件，须将图像转化为位图模式。文字识别）技术识别的图像文件，须将图像转化为位图模式。 2006年08月19日编辑ppt155.1.3 颜色模式的色域 l色域是一个色系能够显示或打印的颜色域是一个色系能够显示或打印的颜色范围。人眼看到的色谱比任何颜色色范围。人眼看到的色谱比任何颜色模型中的色域都宽。模型中的色域都宽。lLabLab具有最宽的色域，它包括具有最宽的色域，它包括RGBRGB和和CMYKCMYK色域中的所有颜色。色域中的所有颜色。lCMYKCMYK色域较窄，仅包含使用印刷色油色域较窄，仅包含使用印刷色油墨能够打印的颜色。墨能够打印的颜色。lRGBRGB色域包含能在计算机显示器或电色域包

19、含能在计算机显示器或电视屏幕（发出红、绿和蓝光）上所有视屏幕（发出红、绿和蓝光）上所有能显示的颜色。因而一些诸如纯青或能显示的颜色。因而一些诸如纯青或纯黄等颜色不能在显示器上精确显示。纯黄等颜色不能在显示器上精确显示。图5-6 彩色模式的色域2006年08月19日编辑ppt165.2 位图图像与矢量图形5.2.1 位图图像 位图位图是用矩阵形式表示的一种数字图像，矩阵中的元素称是用矩阵形式表示的一种数字图像，矩阵中的元素称为为像素像素，每一个像素对应图像中的一个点，像素的值对应该点，每一个像素对应图像中的一个点，像素的值对应该点的灰度等级或颜色，所有像素的矩阵排列构成了整幅图像。图的灰度等级或

20、颜色，所有像素的矩阵排列构成了整幅图像。图5-75-7给出了二值图像抖动技术显示的位图和对应的灰度位图。给出了二值图像抖动技术显示的位图和对应的灰度位图。 (a) 位图像素模拟(b) 灰度位图图像示例图5-7 位图图像举例2006年08月19日编辑ppt17 图像文件图像文件保存的是组成位图的各像素点的颜色信息，保存的是组成位图的各像素点的颜色信息，颜色的种类越多，图像文件越大。在将图像文件放大、缩颜色的种类越多，图像文件越大。在将图像文件放大、缩小和旋转时，会产生失真。小和旋转时，会产生失真。 位图图像位图图像的放大与缩小是通过增加或减少像素实现的，的放大与缩小是通过增加或减少像素实现的，当

21、放大位图时，就可看见构成整个图像的无数个小方块，当放大位图时，就可看见构成整个图像的无数个小方块，线条和形状也显得参差不齐。同样，缩小位图尺寸也会使线条和形状也显得参差不齐。同样，缩小位图尺寸也会使原图变形。由于位图图像是一个像素矩阵，所以局部移动原图变形。由于位图图像是一个像素矩阵，所以局部移动或其他操作就会破坏原图形状，但这也是数字位图处理的或其他操作就会破坏原图形状，但这也是数字位图处理的途径所在。位图图像的处理质量与整个处理环节所采用的途径所在。位图图像的处理质量与整个处理环节所采用的分辨率密切相关。分辨率密切相关。2006年08月19日编辑ppt185.2.2 矢量图形 (b) 矢量

22、图形举例三(a) 矢量图形举例一(a) 矢量图形举例二 由矢量定义的基本图形元素组成。由矢量定义的基本图形元素组成。按照面向对象的思想，按照面向对象的思想，可以把矢量图元看作一个个图形对象，每个对象都有自己的属可以把矢量图元看作一个个图形对象，每个对象都有自己的属性。都具有相对独立性，可以分别移动或编辑而不会影响其他性。都具有相对独立性，可以分别移动或编辑而不会影响其他对象。因此，对象。因此，矢量图形处理的基本单位是图形对象矢量图形处理的基本单位是图形对象。矢量图形。矢量图形文件存储的是绘制图形中各图元的命令。输出矢量图时，需要文件存储的是绘制图形中各图元的命令。输出矢量图时，需要相应的软件读

23、取这些命令，并将命令转换为组成图形的各个图相应的软件读取这些命令，并将命令转换为组成图形的各个图元。元。2006年08月19日编辑ppt195.2.3 图形图像处理的基本内容 矢量图形处理矢量图形处理是计算机信息处理的一个重要分支，被称是计算机信息处理的一个重要分支，被称为计算机图形学，主要研究二维和三维空间图形的矢量表示、为计算机图形学，主要研究二维和三维空间图形的矢量表示、生成、处理、输出等内容。具体来说，就是利用计算机系统对生成、处理、输出等内容。具体来说，就是利用计算机系统对点、线、面、曲面等数学模型进行存放、修改、处理（包括几点、线、面、曲面等数学模型进行存放、修改、处理（包括几何变

24、换、曲线拟合、曲面拟合、纹理产生与着色等）和显示等何变换、曲线拟合、曲面拟合、纹理产生与着色等）和显示等操作，通过几何属性表现物体和场景。操作，通过几何属性表现物体和场景。 图像处理图像处理是指对位图图像所进行的数字化处理、压缩、是指对位图图像所进行的数字化处理、压缩、存储和传输等内容，具体的处理技术包括图像变换、图像增强、存储和传输等内容，具体的处理技术包括图像变换、图像增强、图像分割、图像理解、图像识别等。处理过程中，图像以位图图像分割、图像理解、图像识别等。处理过程中，图像以位图方式存储和传输，而且需要通过适当的数据压缩方法来减少数方式存储和传输，而且需要通过适当的数据压缩方法来减少数据

25、量，图像输出时再通过解压缩方法还原图像。据量，图像输出时再通过解压缩方法还原图像。 2006年08月19日编辑ppt205.2.4 位图与矢量图的比较与转换 1 1、位图和矢量图的不同：、位图和矢量图的不同： 矢量图形矢量图形处理的基本单位是几何图形对象，文件中处理的基本单位是几何图形对象，文件中存储的是对应的绘制命令和参数，矢量图形文件的数据量存储的是对应的绘制命令和参数，矢量图形文件的数据量很小，能方便的对每个图像元素方便的进行编辑修改；很小，能方便的对每个图像元素方便的进行编辑修改；位位图图像图图像处理的基本单位是像素，文件中存储的是像素，因处理的基本单位是像素，文件中存储的是像素，因而

26、文件的数据量巨大，存储和传输时需要进行必要的数据而文件的数据量巨大，存储和传输时需要进行必要的数据压缩，且不便于编辑修改。压缩，且不便于编辑修改。 矢量图形矢量图形常用的技术标准有常用的技术标准有GKSGKS、PHIGSPHIGS、OpenGLOpenGL、WMFWMF、VRMLVRML、CGMCGM、STEPSTEP等。等。位图图像位图图像常用的技术标准有常用的技术标准有JBIGJBIG、JPEGJPEG、TIFFTIFF等。等。2006年08月19日编辑ppt21图5-9 矢量图与位图的硬转换矢量图位图 2 2、转换方法、转换方法 转换方法分为两种：转换方法分为两种：l 一种是通过硬件设备

27、实现的转换，如图一种是通过硬件设备实现的转换，如图5-95-9所示。所示。l 另一种是通过文件格式的转换。另一种是通过文件格式的转换。2006年08月19日编辑ppt225.2.5 图像的主要参数1、分辨率 用于衡量图像细节的表现能力。在图形图像处理中，常用于衡量图像细节的表现能力。在图形图像处理中，常涉及的分辨率概念有以下几种。涉及的分辨率概念有以下几种。 1 1）图像分辨率）图像分辨率：指：指单位图像线性尺寸中所单位图像线性尺寸中所包含的像素数目，通常包含的像素数目，通常以像素英寸（以像素英寸（ppippi）为）为计量单位。图计量单位。图5-105-10是是PhotoShopPhotoSh

28、op中图像分辨率中图像分辨率与图像尺寸的关系示意与图像尺寸的关系示意图。图。 图像分辨率图像输出尺寸图像像素尺寸图5-10 图像分辨率与图像尺寸2006年08月19日编辑ppt23 2 2）显示分辨率）显示分辨率：指显示器上每单位长度显示的像素或点：指显示器上每单位长度显示的像素或点的数目，通常以点英寸（的数目，通常以点英寸（dpidpi）为计量单位。）为计量单位。PCPC显示器典型显示器典型的分辨率为的分辨率为96 dpi96 dpi。当图像的分辨率高于显示器的分辨率时，。当图像的分辨率高于显示器的分辨率时，图像在屏幕上显示的尺寸比实际的打印尺寸大。图像在屏幕上显示的尺寸比实际的打印尺寸大。

29、 人们通常所理解的显示分辨率与所用的显示模式有关，显人们通常所理解的显示分辨率与所用的显示模式有关，显示模式不同，屏幕纵、横向的像素点个数也就不同，单位长度示模式不同，屏幕纵、横向的像素点个数也就不同，单位长度像素点的数目也就不同。同一图像的显示尺寸会随着分辨率的像素点的数目也就不同。同一图像的显示尺寸会随着分辨率的增大而变小。如图增大而变小。如图5-115-11所示。所示。 图5-11 同一图片在不同分辨率下的显示尺寸2006年08月19日编辑ppt24 3 3）打印机分辨率）打印机分辨率：是指打印机每英寸产生的油墨点数：是指打印机每英寸产生的油墨点数, , 单位是单位是dpidpi（dot

30、 per inchdot per inch）指每平方英寸上印刷的网点数。）指每平方英寸上印刷的网点数。大多数激光打印机的输出分辨率为大多数激光打印机的输出分辨率为600dpi600dpi，高档的激光照排，高档的激光照排机在机在1200dpi1200dpi以上。需要说明的是，印刷上计算的网点大小以上。需要说明的是，印刷上计算的网点大小（DotDot）和计算机屏幕上显示的像素（）和计算机屏幕上显示的像素（PixelPixel）是不同的。）是不同的。 4 4）扫描分辨率）扫描分辨率：是指每英寸扫描所得到的点，单位也：是指每英寸扫描所得到的点，单位也是是dpidpi。它表示一台扫描仪输入图像的细微程度

31、，数值越大，。它表示一台扫描仪输入图像的细微程度，数值越大，表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量也表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量也越好。越好。 2006年08月19日编辑ppt252、颜色深度 位图图像中各像素的颜色信息是用二进制数据来描述的，位图图像中各像素的颜色信息是用二进制数据来描述的，二进制的位数就是位图图像的颜色深度。颜色深度决定了图二进制的位数就是位图图像的颜色深度。颜色深度决定了图像中可以出现的颜色的最大个数。目前，颜色深度有像中可以出现的颜色的最大个数。目前，颜色深度有1 1、4 4、8 8、1616、2424和和3232几种。当图像的颜色深度

32、几种。当图像的颜色深度2424时，则称这种时，则称这种表示为真彩色。表示为真彩色。3、颜色模式 图像处理方式与所用的颜色模式（彩色空间）有关。一图像处理方式与所用的颜色模式（彩色空间）有关。一幅图像常用的颜色模式有灰度、幅图像常用的颜色模式有灰度、RGBRGB、HSLHSL、CMYKCMYK、LABLAB等。等。2006年08月19日编辑ppt264、图像尺寸 图像尺寸分为图像尺寸分为像素尺寸像素尺寸和和输出尺寸输出尺寸两种。图像的像素两种。图像的像素尺寸是指数字化图像像素的多少，用横向与纵向像素的乘尺寸是指数字化图像像素的多少，用横向与纵向像素的乘积来表示。描述一幅图像时，这两个参数都要用到

33、。积来表示。描述一幅图像时，这两个参数都要用到。 图像的输出尺寸则是指在给定的输出分辨率下图像输图像的输出尺寸则是指在给定的输出分辨率下图像输出的大小。出的大小。 图像输出尺寸的大小与输出分辨率有直接的关系。图像输出尺寸的大小与输出分辨率有直接的关系。2006年08月19日编辑ppt275、图像的数据量 数据大小与分辨率、颜色深度有关。设图像垂直方向数据大小与分辨率、颜色深度有关。设图像垂直方向的像素数为的像素数为H H，水平像素数为，水平像素数为W W，颜色深度为，颜色深度为C C位，则一幅位，则一幅图像所拥有的数据量大小图像所拥有的数据量大小B B为：为：B B= =H H W W C C

34、/8/8（字节）（字节） 例如，一幅未被压缩的位图图像，如果它的水平像素例如，一幅未被压缩的位图图像，如果它的水平像素为为320320，垂直像素为，垂直像素为240240，颜色深度为，颜色深度为1616位，则该幅图像的位，则该幅图像的数据量为：数据量为：320320 240240 16/8=15360016/8=153600字节字节=150K=150K字节。字节。2006年08月19日编辑ppt285.3 图像的数字化过程 实际上就是对连续图像实际上就是对连续图像f f（x,yx,y）进行空间和颜色离散化）进行空间和颜色离散化的过程，主要经过的过程，主要经过采样采样、量化量化、压缩编码压缩编码

35、三个步骤。三个步骤。 被分割的图像若水平方向有被分割的图像若水平方向有M M个间隔，垂直方向上有个间隔，垂直方向上有N N个个间隔，则一幅图像画面就被采样成间隔，则一幅图像画面就被采样成M x NM x N个像素点构成的离散个像素点构成的离散像素的集合（如图像素的集合（如图5-125-12），），M x NM x N表示采样图像的像素尺寸。表示采样图像的像素尺寸。5.3.1 采样 将二维空间上连续的灰度或色彩信息将二维空间上连续的灰度或色彩信息转化为一系列有限的离散数值的过程。转化为一系列有限的离散数值的过程。 具体方法具体方法是对图像在水平方向和垂直是对图像在水平方向和垂直方向上等间隔地分割

36、成矩形网状结构。所方向上等间隔地分割成矩形网状结构。所形成的矩形微小区域，称之为像素点。形成的矩形微小区域，称之为像素点。MN图5-12 图像的采样2006年08月19日编辑ppt295.3.2 量化 量化是对采样得到的灰度或者颜色样本进行离散化的量化是对采样得到的灰度或者颜色样本进行离散化的过程过程 。基本思想是将图像采样后的灰度或颜色样本值划分。基本思想是将图像采样后的灰度或颜色样本值划分为有限多个区域，把落入某区域中的所有样本用同一值表为有限多个区域，把落入某区域中的所有样本用同一值表示，用有限的离散数值来代替无限的连续模拟量，从而实示，用有限的离散数值来代替无限的连续模拟量，从而实现样

37、本信息的离散化。现样本信息的离散化。 量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量化的色彩（或亮度）值所需的二进制位数，称为量化字长。化的色彩（或亮度）值所需的二进制位数，称为量化字长。一般可用一般可用8 8位、位、1616位、位、2424位或更高的量化字长来表示图像的位或更高的量化字长来表示图像的颜色。量化字长越大，则越能真实地反映原有图像的颜色。颜色。量化字长越大，则越能真实地反映原有图像的颜色。但得到的数字图像的数据量也越大。但得到的数字图像的数据量也越大。 2006年08月19日编辑ppt305.3.3 压缩编码 数字化得到的图像数据量巨

38、大，必须采用编码技术来数字化得到的图像数据量巨大，必须采用编码技术来压缩信息。目前，已有许多成熟的编码算法应用于静止图压缩信息。目前，已有许多成熟的编码算法应用于静止图像的压缩，压缩比大约在像的压缩，压缩比大约在30:130:1以上。为了使图像压缩标准以上。为了使图像压缩标准化，国际标准化组织（化，国际标准化组织（ISOISO）和国际电报电话咨询委员会）和国际电报电话咨询委员会（CCITTCCITT）联合组成的图象专家小组，制定了名为）联合组成的图象专家小组，制定了名为JPEGJPEG的图的图像压缩标准。详细内容请参见第七章。像压缩标准。详细内容请参见第七章。 实现图像的数字化，需要专门的数字

39、化设备。常见的实现图像的数字化，需要专门的数字化设备。常见的图像数字化设备有图像扫描仪和数码照相机等。图像信息图像数字化设备有图像扫描仪和数码照相机等。图像信息数字化的关键部件是数字化的关键部件是CCDCCD（Charge Coupled deviceCharge Coupled device，电荷，电荷耦合器件）阵列。耦合器件）阵列。2006年08月19日编辑ppt315.4 数字图像处理与输出 数字图像处理的主要内容包括图像内容编辑、图像效数字图像处理的主要内容包括图像内容编辑、图像效果优化和添加特殊效果果优化和添加特殊效果3 3个方面。个方面。 5.4.1 图像内容编辑 图像内容编辑主要

40、指通过各种编辑技术实现图像内容图像内容编辑主要指通过各种编辑技术实现图像内容的拼接、组合、叠加等，具体编辑技术包括选择、裁剪、的拼接、组合、叠加等，具体编辑技术包括选择、裁剪、旋转、缩放、修改、图层叠加等，还可加入文字、几何图旋转、缩放、修改、图层叠加等，还可加入文字、几何图形等。形等。 5.4.2 图像效果优化 图像效果优化图像效果优化是对采集的图像根据需要进行增强、滤是对采集的图像根据需要进行增强、滤噪、校畸、锐化、恢复等处理，使图像质量更好。噪、校畸、锐化、恢复等处理，使图像质量更好。2006年08月19日编辑ppt32 图像增强图像增强是一类具有相似效果的多种技术的集合，它试是一类具有

41、相似效果的多种技术的集合，它试图变换图像的视觉效果，或把图像转换成某种适合于人或计图变换图像的视觉效果，或把图像转换成某种适合于人或计算机分析的图像形式。算机分析的图像形式。 滤噪滤噪即图像的平滑处理，主要是为了去除实际成像过程即图像的平滑处理，主要是为了去除实际成像过程中因成像设备和环境所造成的图像失真。中因成像设备和环境所造成的图像失真。 校畸校畸是为了改善图像质量，一般通过伽玛校正（是为了改善图像质量，一般通过伽玛校正（Gamma Gamma CorrectionCorrection）使画面中较暗的部分层次分明、细节清晰可辨、）使画面中较暗的部分层次分明、细节清晰可辨、色彩还原更自然、轮

42、廓线更平滑，它具有通过调节亮度和对色彩还原更自然、轮廓线更平滑，它具有通过调节亮度和对比度而无法达到的效果。比度而无法达到的效果。 锐化锐化主要指图像边缘的锐化处理，目的是加强图像中的主要指图像边缘的锐化处理，目的是加强图像中的轮廓边缘和细节，形成完整的物体边界，达到将目标物体从轮廓边缘和细节，形成完整的物体边界，达到将目标物体从背景图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来背景图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。的目的。2006年08月19日编辑ppt33 图像恢复图像恢复则是指研究从所获得的变质图像中恢复出真实则是指研究从所获得的变质图像中恢复出真实图像的处理，其

43、关键是建立图像变质模型，然后按照其退化图像的处理，其关键是建立图像变质模型，然后按照其退化的逆过程恢复图像。的逆过程恢复图像。 图5-13 PhotoShop中的图像质量调整与滤镜效果PhotoShop中的图像质量调整菜单PhotoShop中的滤镜效果2006年08月19日编辑ppt345.4.3 添加特殊效果 添加特殊效果是图像进行内容编辑和效果优化处理的基添加特殊效果是图像进行内容编辑和效果优化处理的基础上，根据应用需要所采取的图像创意效果处理，即在取得础上，根据应用需要所采取的图像创意效果处理，即在取得较好的图像质量的同时，对图像进行艺术加工和效果处理。较好的图像质量的同时，对图像进行艺

44、术加工和效果处理。在进行具体处理时，可根据需要从图在进行具体处理时，可根据需要从图5-135-13中选择相应的滤镜中选择相应的滤镜效果。效果。 无论是利用图像处理软件还是其他的图像处理系统，在无论是利用图像处理软件还是其他的图像处理系统，在完成以上处理后，还需要确定适当的图像存储格式。这需要完成以上处理后，还需要确定适当的图像存储格式。这需要依据图像的具体特点和不同的应用目的而定，具体格式说明依据图像的具体特点和不同的应用目的而定，具体格式说明见本章见本章5.65.6节。节。2006年08月19日编辑ppt355.4.4 图像的打印输出1、图像打印与显示 根据前面介绍的彩色模式，多媒体计算机用

45、根据前面介绍的彩色模式，多媒体计算机用RGBRGB模式显示模式显示图像，而用图像，而用CMYKCMYK模式打印图像，这就需要把色彩从模式打印图像，这就需要把色彩从RGBRGB模式转模式转换到换到CMYKCMYK模式。模式。 打印驱动程序通过打印驱动程序通过“色彩转换色彩转换”和和“半色调转换半色调转换” 两个两个步骤把计算机图象从步骤把计算机图象从2424位位RGBRGB表示转换成单色和彩色打印头所表示转换成单色和彩色打印头所使用的使用的4 4位位CMYKCMYK命令。命令。2、色彩转换过程 把把RGBRGB模式转换成模式转换成CMYCMY模式的过程是一个简单的、逐像素模式的过程是一个简单的、

46、逐像素的表格核对过程，此过程指定了平面打印每一种颜色所需墨的表格核对过程，此过程指定了平面打印每一种颜色所需墨水的相对数量，控制着色彩的表现程度。水的相对数量，控制着色彩的表现程度。2006年08月19日编辑ppt363、单色半色调 单色二进位打印机的点只能是开或关两种状态，不能单色二进位打印机的点只能是开或关两种状态，不能打印一个点的一部分，或降低点的强度。要打印有不同深打印一个点的一部分，或降低点的强度。要打印有不同深浅的黑白图像时，软件驱动程序必须使用半色调技术。浅的黑白图像时，软件驱动程序必须使用半色调技术。 打印半色调需要把纸张页面分割成若干个单元，一个打印半色调需要把纸张页面分割成

47、若干个单元，一个单元就是一个像素矩阵，一个像素代表一个要打印的点位单元就是一个像素矩阵，一个像素代表一个要打印的点位置，在一个单元中打印黑色时，该单元中所有的点位置都置，在一个单元中打印黑色时，该单元中所有的点位置都以黑色打印。要打印一个白色空间时，所有点位置都不打以黑色打印。要打印一个白色空间时，所有点位置都不打印。打印不同深浅颜色时，该单元中只有一些点位置被打印。打印不同深浅颜色时，该单元中只有一些点位置被打印。颜色越浅，单元中被打印的点数就越少。印。颜色越浅，单元中被打印的点数就越少。 2006年08月19日编辑ppt37 一般来说，一般来说，N NN N个像素单元可表示个像素单元可表示

48、N N2 2+1+1个灰度级别。例个灰度级别。例如一个如一个4 44 4的单元可以有的单元可以有16+116+1级灰度，级灰度，8 88 8的矩阵可以有的矩阵可以有64+164+1级不同的灰度。图级不同的灰度。图5-145-14给出给出了了2 22 2个像素单元的个像素单元的5 5个灰度值。个灰度值。4、彩色半色调图5-14 22个像素单元的5个灰度值 彩色半色调能够仅用彩色半色调能够仅用3 3种颜色的墨水再现丰富的色彩。彩种颜色的墨水再现丰富的色彩。彩色半色调是用色半色调是用3 3个不同的层或颜色平面创建的：个不同的层或颜色平面创建的：青色点平面，青色点平面，品红点平面，品红点平面，黄色点平

49、面。黄色点平面。把这把这3 3种平面放在纸上，外加种平面放在纸上，外加上黑色，就可以再现几乎无限的色彩。彩色半色调与彩色胶印上黑色，就可以再现几乎无限的色彩。彩色半色调与彩色胶印所使用的色彩分离过程有些类似。所使用的色彩分离过程有些类似。 彩色半色调需要很复杂的处理算法，对图形质量影响极彩色半色调需要很复杂的处理算法，对图形质量影响极大，不同品牌的彩色喷墨打印机打印质量有很大差别。大，不同品牌的彩色喷墨打印机打印质量有很大差别。2006年08月19日编辑ppt385、规则抖动和图像扩散技术 1 1）规则抖动技术）规则抖动技术l每一个平面都被分割成若干单元，每一单元有不同的点每一个平面都被分割成

50、若干单元，每一单元有不同的点模式。所有单元在纸面上的模式。所有单元在纸面上的“平铺平铺”结果就是图像。结果就是图像。l一个单元中的像素个数决定了单色打印机所能再现的灰一个单元中的像素个数决定了单色打印机所能再现的灰度级数。度级数。 l设定灰度阀值作为设定灰度阀值作为“筛筛”，可把要打印的灰度值与阀，可把要打印的灰度值与阀“筛筛”相应单元位置的值进行比较：如果要打印的灰度相应单元位置的值进行比较：如果要打印的灰度值小于阀值，相应的单元位置就不打印；否则，相应的值小于阀值，相应的单元位置就不打印；否则，相应的单元位置就要打印。单元位置就要打印。 2006年08月19日编辑ppt39 图图5-155

51、-15给出了利用单色抖动技术打印的照片。如果未用抖给出了利用单色抖动技术打印的照片。如果未用抖动技术，直接将动技术，直接将2424位真彩图用黑白单色图表示，则黑点多时较位真彩图用黑白单色图表示，则黑点多时较暗，白点多时较亮。暗，白点多时较亮。 图5-15 利用单色抖动技术打印的彩色照片原照片较亮照片抖动打印照片较暗照片2006年08月19日编辑ppt40 2 2）图像扩散技术）图像扩散技术 是依据灰度误差来决定周围打印方式的一种打印技术，是依据灰度误差来决定周围打印方式的一种打印技术，它能有效提高图像的柔和性。它能有效提高图像的柔和性。 若要打印的灰度值为若要打印的灰度值为x x，未打印时的灰

52、度值为：，未打印时的灰度值为：0 0（白（白色），已打印时的灰度值为：色），已打印时的灰度值为：255255（黑色），可定义：（黑色），可定义： 把计算出来的误差把计算出来的误差“扩散扩散”到邻近像素，如果误差是负到邻近像素，如果误差是负的，就减少邻近像素打印黑点的几率；如果误差是正的，就的，就减少邻近像素打印黑点的几率；如果误差是正的，就提高邻近像素打印黑点的几率，提高邻近像素打印黑点的几率，这样可使图像平滑柔和。这样可使图像平滑柔和。 X-0=X-0=X（00）灰度误差灰度误差= = X-255 X-255（00）2006年08月19日编辑ppt415.5 数字图像分析 数字图像分析数字图

53、像分析是图像处理的重要技术内容，通过分析，是图像处理的重要技术内容，通过分析，可以自动辨别图像中各区域的特征，达到自动识别、标记可以自动辨别图像中各区域的特征，达到自动识别、标记和测量的目的。和测量的目的。数字图像分析技术数字图像分析技术广泛应用于金属成分分广泛应用于金属成分分析、医学图像分析、农作物分析以及公安、交通、城市公析、医学图像分析、农作物分析以及公安、交通、城市公共事业中的图像识别等。数字图像分析的基本内容包括图共事业中的图像识别等。数字图像分析的基本内容包括图像分割、图像测量以及图像识别等。像分割、图像测量以及图像识别等。2006年08月19日编辑ppt42 图像分割图像分割是将

54、图像划分成若干个互不相交的小区域的过是将图像划分成若干个互不相交的小区域的过程，程，小区域小区域是某种意义下具有共同属性的像素的连通集是某种意义下具有共同属性的像素的连通集5.5.1 图像分割(a)(b)图5-16 4连通和8连通 4 4连通连通指的是从区域上一点出发，可通过指的是从区域上一点出发，可通过4 4个方向，即上、个方向，即上、 下、左、右移动的组合，在不越出区域的前提下，到达区域下、左、右移动的组合，在不越出区域的前提下，到达区域内的任意像素；内的任意像素；8 8连通连通方法指的是从区域上一点出发，可通过方法指的是从区域上一点出发，可通过左、左、 右、上、下、左上、右上、左下、右下

55、这右、上、下、左上、右上、左下、右下这8 8个方向的移个方向的移动组合来到达区域内的任意像素。动组合来到达区域内的任意像素。合。连通是指集合中任意两个点合。连通是指集合中任意两个点之间都存在着完全属于该集合的之间都存在着完全属于该集合的连通路径。对于离散图像而言，连通路径。对于离散图像而言，连通有连通有4 4连通和连通和8 8连通之分，如图连通之分，如图5-165-16所示。所示。2006年08月19日编辑ppt43 分割图像的基本依据和条件有以下分割图像的基本依据和条件有以下4 4个方面：个方面： 分割的图像区域应具有同质性；分割的图像区域应具有同质性； 区域内部平整，不存在很小的空洞；区域

56、内部平整，不存在很小的空洞； 相邻区域之间对选定的某种同质判据而言，应存在相邻区域之间对选定的某种同质判据而言，应存在显著的差异性；显著的差异性； 每个分割区域边界应具有齐整性和空间位置的准确每个分割区域边界应具有齐整性和空间位置的准确性。性。 大多数图像分割方法只是部分满足上述条件，不同的大多数图像分割方法只是部分满足上述条件，不同的图像分割方法总是在各种约束条件之间找到适当的平衡点。图像分割方法总是在各种约束条件之间找到适当的平衡点。2006年08月19日编辑ppt44 图像分割主要有以下几类方法：图像分割主要有以下几类方法： 从全图出发，通过属性将各像素划归到相应物体从全图出发，通过属性

57、将各像素划归到相应物体或区域的像素聚类方法或区域的像素聚类方法, , 即区域法；即区域法； 从象元出发，把相邻的、具有从象元出发，把相邻的、具有致属性的象元聚致属性的象元聚集为区域；集为区域； 分开合并方法，先人为地把图像划分为若干规则分开合并方法，先人为地把图像划分为若干规则块，以后按属性一致的准则，反复分开属性不块，以后按属性一致的准则，反复分开属性不致的图像致的图像块，合并具有一致属性的相邻图像块，直至形成一张区域块，合并具有一致属性的相邻图像块，直至形成一张区域图。图。 阈值化处理进行图像分割。阈值化处理进行图像分割。 2006年08月19日编辑ppt45TyxfTyxfyxg),(2

58、55),(0),(1、灰度阀值法分割 把图像灰度分成不同的等级，用设置灰度阀值的方法确把图像灰度分成不同的等级，用设置灰度阀值的方法确定有意义的区域或分割物体的边界。二值化处理：选择一个定有意义的区域或分割物体的边界。二值化处理：选择一个阀值，将图像转换为黑白二值图像，阀值，将图像转换为黑白二值图像， 用于图像分割及边缘跟用于图像分割及边缘跟踪等预处理。踪等预处理。 图像阀值化处理的变换函数表达式为：图像阀值化处理的变换函数表达式为：（T T为阀值）为阀值）2006年08月19日编辑ppt46 在图像的阀值化处理过程中，选用不同的阀值其处理结在图像的阀值化处理过程中，选用不同的阀值其处理结果差

59、异很大。如图果差异很大。如图5-175-17所示所示, , 阀值过大，会提取多余的部分；阀值过大，会提取多余的部分；而阀值过小，又会丢失所需的部分。而阀值过小，又会丢失所需的部分。图5-17 不同阀值对处理结果的影响(a) 原始图像(b) 阀值T=91(c) 阀值T=130(d) 阀值T=432006年08月19日编辑ppt47选取阀值的方法选取阀值的方法：可通过分析灰度直方图来选取灰度阀值。：可通过分析灰度直方图来选取灰度阀值。灰度直方图：灰度直方图：是灰度级的函数，描述的是图像中每种灰度级是灰度级的函数，描述的是图像中每种灰度级像素的个数，反映图像中每种灰度出现的频率。横坐标是灰像素的个数

60、，反映图像中每种灰度出现的频率。横坐标是灰度级，纵坐标是灰度级出现的频率。度级，纵坐标是灰度级出现的频率。 图5-18 原始图像的灰度直方图 图图5-185-18是图是图5-175-17中原始图中原始图像的像的灰度直方图灰度直方图。具有双峰。具有双峰特性。特性。选取双峰之间的谷低选取双峰之间的谷低处灰度值作为阀值处灰度值作为阀值T T进行图像进行图像的阈值化处理，便可将目标的阈值化处理，便可将目标和背景分割开。和背景分割开。2006年08月19日编辑ppt482、区域生长 区域生长区域生长（又称区域生成）是图形分割的另一种方法。（又称区域生成）是图形分割的另一种方法。假定区域的数目以及在每个区