4章 图形图像信息处理技术

第4章

图形图像信息

处理技术4.1图图像像色彩的的空间表表示一、色彩彩的基本本概念人们对颜颜色的感感觉有四四个要素素：即光光源，物物体、眼眼睛和大大脑。它它是人正正确判断断色彩的的必要条条件。1、光的的分类光是一种种波，它它有波长长、频率率和波速速，按照照人的视视觉光可可分为可见光和不可见光光两类,光光与波长长的关系系如图a所示示。由图图a可知知可见光光的波长长为380～780nm。由由物理学学可知，，可见光是是有颜色色的，其波长长与颜色色的关系系如图b所示示

电磁波谱谱与可见见光谱图b可可见光光谱图a

电磁波谱380nm780nm3807802、可见见光的分分类(1)单单色色光———光谱中中不能再再分解的的色光称称为单色色光。如如红、绿绿、蓝等等。(2)复复色色光———有单色色光混合合而成的的光。如如阳光等等。3、三基基色（三三原色））原理实验发现现，自然然界的各各种颜色色光，都都可由红红(R))、绿((G)、、蓝(B)三种种颜色光光按不同同比例混混合而成成；同样样绝大多多数颜色色光也可可以分解解成红、、绿、蓝蓝三种颜颜色的光光。由于于这三种种色光本本身相互互独立。。人们把把这三种种颜色称称作三原原色（或或三基色色）。这这个原理理就称作作三基色原原理。如下图图所示三原色原原理示意意图注：三基基色的选选择并不不唯一，，事实上上，只要要三种单单色相互互独立就就可以作作为三基基色。例例如青（（Cyan)、、品红((Magenta)、、黄(Yellow))也可以以作为三三基色。。见右上上图所示示。CYM4、三色色学说理理论（三三刺激理理论）在人眼视视网膜上上有三种种不同类类型的锥锥体神经经细胞，，它们分分别对红红、绿、、蓝有很很高的敏敏感度，，每种神神经细胞胞的兴奋奋都会引引起一种种原色的的感觉。。如当一一种神经经细胞处处于兴奋奋状态，，而另外外两种相相对处于于抑制状状态，那那么就产产生一种种原色觉觉，如果果两种或或三种神神经细胞胞都处于于兴奋状状态，那那么就产产生综合合色觉。。当光进进入人眼眼后，在在三种锥锥体细胞胞的作用用下，产产生不同同颜色的的光感。。这就是是三色学学说理论论，也叫叫三刺激激理论。。5、色彩彩的三要要素色彩可用用色调、饱和度和亮度来描述，，人眼看看到的任任一彩色色都是这这三个特特性的综综合感觉觉。这三三个特性性称作色色彩的三三要素。。色彩连续续变化的的色环★色调：是由可可见光谱谱中各分分量成分分的波长长决定的的，它反反映颜色色的种类类，是色色彩光的的基本特特性，如如红色、、棕色就就是指色色调。把把太阳光光带中色色调按一一定顺序序衔接起起来就形形成一个个色调连连续变化化的色环环如右图图所示。。★饱和度：指的是是颜色的的纯度，，或者说说是指颜颜色的浓浓淡程度度，它取取决于色色彩光中中白光的的含量，，对于同同一色调调的彩色色光，饱饱和度越越高，颜颜色就越越浓，白白光含量量也就越越少。通常我们们把色调调和饱和和度通称称为色度。★亮度：是光作作用于人人眼时所所引起的的明亮程程度的感感觉，它它与被观观察物体体的发光光强度有有关。一一般来说说，彩色色光能量量大则显显得亮，，反之则则暗。饱和度与与亮度有有关，如下图图所示同一物体体因受光光不同会会产生明明度上的的变化6、物体体的分类类（1）发发光物体体（2）吸吸光物体体7、物体体的颜色色物体由于于内部物物质的不不同，受受光线照照射后会会产生光光的分解解现象，，一部分分光线被被物体吸吸收，其其余的被被物体反反射出来来。人眼眼看到的的物体颜颜色，实实际上是是由发光光物体发发的光或或吸光物物体反射射出来的的那部分分光构成成的颜色色。二、色彩彩模型(色彩空间间）所谓色彩彩模型就就是定量量颜色的的方法，，某种色色彩模型型所标定定的所有有颜色就就构成了了一个颜颜色空间间。在不不同的领领域，人人们采用用的色彩彩模型往往往不同同。常用用的色彩彩模型有有：1、RGB模型根据三基基色原理理，用红红色（Red）、绿色（Green）、蓝色（Blue）三种基本本颜色按按不同比比例混合合相加，，就可以以构成自自然界中中的各种种颜色，，这种颜颜色模式式称为RGB模型。由由于这种种模型中中的颜色色是通过过三基色色混合相相加而得得，故它它又被称称为加色色法，目目前，彩彩色电视视机、计计算机彩彩色显示示器都是是采用RGB模型原理理制作的的(其定量色色彩可有有拾色器器完成）。它们的基本工作作原理是利用阴阴极射线线管中的的三个电电子枪通过发射射出三种种不同强强度的电电子束，，使屏幕幕内侧覆覆盖的红红、绿、、蓝磷光光材料发发光而产产生色彩彩的。RGB模型可用用下图的的单位立立方体直直观地描描述出来来。由图可知知，任一一色彩F都可以用用R、G、B三色的不不同分量量相加混混合而成成。即：：F＝r[R]]+g[[G]]++b[[B]2、HSB模型画家们习习惯于用用色相（（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（（Brightness）来描述色彩彩空间。。这种色色彩空间间称作HSB模型。它它可用下下图来描描述3、YUV模型它主要是是为解决决黑白电电视与彩彩色电视视兼容而而使用的的一种模模型。称称作YUV模型。其其中Y表示亮度度，U、V表示色差差。所为为色差是是指RGB三原色分分量与亮亮度信号号之差。。它实现现了亮度度信号和和彩色信信号的分分离。其其转换关关系如下下4、CMY模型(颜料的三三基色是是青、品品红、黄黄）从理论上上说，任任何一种种颜料的的色彩都都可以用用青（Cyan）、品红（Magenta）和黄（Yellow）这三种基基色颜料料，按不同的的比例混混合而成成。这种种色彩表表示方法法称作CMY模型。在这个个模型中中，由于于颜料不不纯或油油墨不易易完全混混合等原原因，用用等量的的CMY三基色合合成黑色色时往往往不能生生成真正正的黑色色，为此此，在印印刷术中中，人们们通常用用真正的的黑色油油墨来取取代彩色色中的黑黑色成分分。以获获得更真真实的黑黑色效果果。所以以CMY又可写成成CMYK。这种模型型主要用用于彩色色打印机机和彩色色印刷系系统中。。实际应用用中，一一幅图像像在计算算机中用用RGB模型显示示；用RGB或SHB模型编辑辑处理；；打印输输出时要要转换成成CMY模型；如如果要印印刷，则则要转换换成CMYK模型，用用于套印印彩色印印刷品。。4.2图图形图图像的基基本概念念图形和图图像是反反映客观观事物的的两种不不同的表表现形式式，一般般来说用用计算机机绘制的的图称作作图形，用摄影影机、扫扫描仪等等获得的的图称作作图像。一、图形形图形又称称作矢量量图形（Vector--BasedImage））是利用基基本图元元绘制出出来的，，这些图元元有点、、直线、、圆、椭椭圆、矩矩形、弧弧和多边边形等。在计算算机中，，图形主主要通过过绘图软软件绘制制，它以以图元为为单位，，可对它它进行放放大、缩缩小、旋旋转、删删除等一一系列编编辑操作作。二、图像像图像是通通过扫描描仪、数数码相机机、摄像像机等设设备导入入到计算算机中的的它将图图像分成成若干点点，每个个点称作作一个象象素，每每个象素素用若干干个二进进制数记记录它的的颜色、、亮度等等信息。。并将每每个象素素的内容容按一定定的规则则排列起起来构成成文件的的内容。。用这种种形式表表示的图图像称作作位图图像像（Bit-MappedImage），简称为为图像。三、图图形与图图像的特特点见下页矢量图形形的特点点数据量小小：因为图形形文件中中记录的的是绘制制图形中中图元的的命令序序列。放大、缩缩小、旋旋转等变变换操作作后不会会产生失失真：因为它是是以数学学方法描描述的一一种由几几何元素素组成的的图形。。见右图。有专门的的矢量图图绘制软软件：如如AdobeIllustrator、AutoCAD、FreeHand等。位图图像像的特点点数据量大大：因为每个像素素都被分分配一个个特定位位置和颜颜色值。。颜色数数目越多多，数据据量越大大图像自然然、逼真真：因为它是用像素点来描述的的图像。。因此表表现细腻腻、逼真真。在变换操操作时易易出现失失真：因为放放大时是是把每个个像素点点放大。。见右图四、位图图图像与与矢量图图形的区区别矢量图中中，图形形的颜色色数目与与文件的的大小无无关；图图像中使使用颜色色的数目目越多，，文件则则越大。。对同一幅幅图画来来说，矢矢量图形形的数据据远远小小于位图图图像，，但矢量量图形不不如位图图图像表表现的自自然、逼逼真。矢量图在在进行放放大、缩缩小、旋旋转时不不会产生生失真，，而图象象则会产产生失真真现象。。简单的图图使用矢矢量图形描述好一一些，复复杂的图图使用位位图好一一些。五、图像像的主要要属性1、分辨率率显示器分分辨率：是指显示示器上能够显示的像像素数目目，比如1024×768表示屏幕幕可以显显示768行，1024列，即768××1024个象素。。屏幕显显示的象象素数目目越多，，显示出出来的图图像就越越细腻。图像分辨辨率：是指一一副图像像所使用用的像素素数目，，比如分分辨率为为320××240的一副图图像（见下页图图像）；表示示它是由由240行，320列，即240××320个象素组组成。它它既反映映了图像像的精细细程度，，又反映映了图像像在屏幕幕中的大大小。在屏幕分分辨率一一定的条条件下，，图像分分辨率越越高，它它在屏幕幕上显示示的就越越大。分辨率为为320××240的一副图图像如下下：2、颜色深深度颜色深度度：是图像文文件中记记录一个个像素所所需要的的二进制制位数，它决定定了彩色色图像中中可出现现的最多多颜色数数，或者者灰度图图像中的的最大灰灰度等级级数。颜颜色深度度越高，，图像色色彩就越越丰富，，画面也也就越自自然、逼逼真，但但数据量量也就越越大。常见的颜颜色深度度有：4位、、8位、、16位位、24位、32位。。4.3图图形形图像的的获取及及表现一、图形形图像的的获取方方式1、图形形的获取取(1)利利用用软件绘绘制图形形；比较著名名的软件件有Illustrator、CorelDRAW、FreeHand等。。(2)利利用用数字化化仪绘制制图形；；见右图图(3)利利用用光笔绘绘制图形形。数字化仪仪2、图像像的获取取主要是利用图象象采集设设备（如如扫描仪仪、摄象象机、数数码相机机等），，将图像像采集到到计算机机中。目前，计计算机获获取数字字图像的的方式有有两种：：一种是是利用图图像采集集卡将模模拟视频频信号采采集到计计算机中中；另一一种是直直接将数数字图像像通过数数据接口口传输到到计算机机中。二、图形形图像的的表现形形式1、用显显示器显显示图像像：显示器有有两种，，一种是是阴极射射线管显显示器称称作CRT（CathodeRayTubes），，另一种种是液晶晶显示器器称作LCD（（LiquidCrystalDisplay）。。2、用打打印机打打印图像像：4.4图图形形图像的的文件格格式★BMP（（BitMapPicture）格式式它是微软软公司为为Windows环境境设置的的标准图图像文件件格式，，也是PC机上上最常用用的位图图格式，，有压缩缩和不压压缩两种种形式，，该格式式可表现现从2位位到24位的色色彩，分分辨率也也可从480x320至1024x768。★GIF（（GraphicsInterchangeFormat）格式式它是CompuServe公公司开发发的图像像文件格格式。特特点是一一个文件件可以存存放多幅幅图像，，缺点是是存储色色彩最高高只能达达到256种。。★JPG（（JointPhotographicExpertGroup）格格式它是用JPEG压缩标标准压缩缩的文件件格式，，其特点点是压缩缩比高，，失真率率较小，，目前非非常流行行。对于于同一幅幅画面，，JPG格式存存储的文文件是其其他类型型图形文文件的1/10到1//20，，而且色色彩数最最高可达达到24位，所所以它被被广泛应应用于Internet上Homepage或Internet上的的图片库库。★TIF（（TaggedImageFileFormat）格式式它是Aldus和微软软公司联联合开发发的文件件格式，，其特点点是文件件体积庞庞大，但但存储信信息量多多，细微微层次的的信息较较多，有有利于原原稿的复复制。该该格式有有压缩和和非压缩缩两种形形式，最最高支持持的色彩彩数可达达16M。★PSD（（PhotoShopDocument）格式式它是Adobe公司开开发的图图像处理理软件Photoshop的的专用文文件格式式。它的的特点是是可以存存放图层层、通道道、遮罩罩等多种种设计样样稿，以以便下次次打开文文件时修修改上次次的设计计。★TGA（（TaggedGraphic））格式它是Truevision公司为为其显示示卡开发发的图形形文件格格式，创创建时期期较早，，最高色色彩数可可达32位。VDA，，PIX，WIN，BPX，，ICB等均属属其旁系系。★PCX格格式它是Z-Soft公司为PC画笔设计计的图像像文件格格式。PCX的图像深深度可选选为1、4、8bit。由于这种种文件格格式出现现较早，，采用RLE行程编码码，格式式简单，，压缩比比适中，，现在仍仍比较流流行。4.5显显示示系统及及数字相相机一、显示示系统显示系统统主要由由显示器器和显示示适配器器组成。。1、显示示器（Monitor）(1)CRT(CathodeRayTube）显示示器它的核心心部件是是显象管管，其主主要性能能指标如如下：★显示器器尺寸((17或或19））★刷刷新频率率(75Hz以以上)★点距((0.2~0..3mm)★★分辨辨率(1024×768）（2）LCD((LiquidCrystalDisplay）显显示器它的主要要部件是是液晶屏屏，分辨辨率是((1440×900））。主要要优点是是：体积积小，重重量轻，，功耗低低，辐射射小，无无闪烁等等。2、显示示适配器器（又称称显卡））它的作用用是把CPU处处理的数数字信号号转换成成模拟信信号，并并通过显显示器显显示图像像。其结结构如下下图所示示它主要由由图形处处理器芯芯片、显显示缓存存、BIOS、、VGA接口、、总线接接口等组组成。二、数码码相机1、数码相相机的工工作原理理数码相机机心脏是是电荷耦耦合器件件(CCD)。使用数字字照相机机时，只只要对着着被摄物物体按动动按钮，，图像便便会被分分成红、、绿、蓝蓝三种光线，然后投投影在电电耦合器器件上，，CCD把光线转转换成电荷，其强度度随被捕捕捉景像像上反射射的光线线强度而而改变，，然后，，CCD把这些电电荷送到到模/数转换器器，对光光线数据据编码，，再储存存到存储储装置中中。在软软件支持持下，可可在屏幕幕上显示示照片，，还可进进行放大大、修饰饰处理。。2、数码码相机与与传统相相机的主主要区别别（1）感感光原理理和存储储介质不不同。（2）取取景方式式不同。。数码相相机还可可通过LCD取取景。（3）数数码相机机可以通通过回放放，立即即观看拍拍摄效果果，对不不满意的的立即删删除重拍拍，但传传统相机机不能。。3、数码码相机的的主要有有点（1）不不需要胶胶卷和冲冲洗。（2）拍拍摄的照照片可以以随时浏浏览、删删除和重重拍。（3）易易于保存存、复制制和编辑辑，便于于远距离离传输。。（4）可可以选择择拍摄分分辨率，，确保拍拍摄质量量。

4、数码相相机的分辨率数码相机机的分辨辨率与显显示器类类似，是是由相机机中CCD芯片上像像素多少少决定的的。它既既决定了了拍摄实实际景物物清晰度度，又决决定了在在显示器器上显示示出来的的照片大大小及通通过打印印机打印印出来的的照片大大小。在在CCD芯片上像像素数目目越多，，分辨率率就越高高。它是是实际拍拍摄时可可以使用用的最大大分辨率率。5、数码相相机的存存储介质质目前数码码相机的的存储介介质主要要有下列列几种：：(1)CF((CompactFlash)卡(2)SM((SmartMedia))卡(3)MemoryStick卡(4)IBMMicroDrive——IBM微型硬盘盘(5)SD((SecureDigitalMemoryCard）卡4.6利利用用AdobePhotoshop处理图像像信息一、AdobePhotoshop功能能简介1、支持持大量的的图像格格式可实现图图像文件件的相互互转换。。它默认认的图像像文件格格式是PSD＆＆PDD，其他他的图像像文件有有BMP,PCX,TIF,,JPG,GIF,TGA等等2、具有有绘图功功能可以利用用丰富的的绘图工工具绘制制各种