信息技术第五章-55.2图像与图形

5.2图像与图形5.2.1

数字图像的获取5.2.2图像的表示与压缩编码5.2.3

数字图像处理与应用5.2.4计算机图形5.2.1

数字图像的获取图像的获取过程扫描模拟图像取样取样取样数字图像分色量化量化量化从现实世界中获得数字图像的过程称为图像的“获取”常用的图像获取设备：扫描仪、数码相机、摄像头、摄像机等图像获取过程：将画面划分为M×N个网格，每个网格称为一个取样点将彩色图像取样点的颜色分解成R，G，B三个基色测量每个取样点的每个分量（基色）的亮度值对取样点每个分量的亮度值进行A/D转换，使用数字整型量表示

5.2.2图像的表示与压缩编码数字(取样)图像的组成数字取样图像由M(列)×N(行)个取样点组成取样点是组成数字取样图像的基本单位，称为“像素”彩色图像的像素通常由3个彩色分量组成灰度图像和黑白图像的像素只包含1个亮度分量Red分量Green分量Blue分量像素复习：黑白图象的表示黑白图像黑白图像的每个像素只有一个分量，且只用1个二进位表示，其取值仅“0”(黑)和“1”(白)两种例1：灰度图象的表示灰度图像灰度图像的每个像素也只有一个分量，一般用8～12个二进位表示，其取值范围是：0～2n-1，可表示2n个不同的亮度例2：彩色图象的表示蓝色分量绿色分量红色分量彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示三个基色的亮度，假设3个分量分别用n,m,k个二进位表示，则可表示2n+m+k种不同的颜色数字(取样)图像的主要参数图像大小（图像分辨率）：水平分辨率x垂直分辨率

用来表示组成该图像的行列数目，亦即图像所包含的像素数目对图像清晰度和在屏幕上显示出来的大小有影响位平面数目，即像素的颜色分量的数目颜色空间的类型，指彩色图像所使用的颜色描述方法，如：RGB(红、绿、蓝)模型，显示器使用CMYK(青、品红、黄、黑)模型，彩色打印机使用HSB(色彩、饱和度、亮度)模型，用户界面中使用YUV(亮度、色度)模型，彩色电视信号传输时使用像素深度，即像素的所有颜色分量的二进位数目之和图像类型位平面数目像素深度(位数)颜色空间单色图像黑白图像仅1个1位不使用灰度图像仅1个2～12位不使用彩色图像彩色图像3个以上8～36位RGB，CMY，YUV等举例：分辨率与图像尺寸的关系520x376260x188130x94在显示比例相同时，显示在屏幕上的图像尺寸与图像分辨率成正比数字图像的数据量数字图像数据量的计算公式（以字节为单位）：

数据量=水平分辨率×垂直分辨率×像素深度／8

几种常用格式的图像的数据量：图像大小8位(256色)16位(65536色)24位(真彩色)640×480300KB600KB900KB1024×768768KB1.5MB2.25MB1280×10241.25MB2.5MB3.75MB压缩之后数字图像的数据量计算（以字节为单位）：数据量=(水平分辨率×垂直分辨率×像素深度/8)/压缩比数字图像的数据压缩图像数据压缩的必要性：节省存储数字图像所需要的存储器容量提高图像的传输速度，减少通信费用

图像数据压缩的可能性：数字图像中有大量的数据冗余人眼视觉有局限性，允许图像有一些失真图像数据压缩的两种类型：无损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像没有任何误差有损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像有一定的误差压缩编码方法的评价压缩倍数的高低（压缩比大小）重建图像的质量（有损压缩时）压缩算法的复杂程度数字图像的常用文件格式常用的图像文件格式有：名称压缩编码方法性质典型应用开发公司(组织)BMPRLE(行程长度编码)无损Windows应用程序MicrosoftTIFRLE,LZW(字典编码)无损桌面出版Aldus，MicrosoftGIFLZW无损因特网CompuServeJPEGDCT(离散余弦变换)，Huffman编码大多数为有损因特网,数码相机等ISO/IECPNGLZ77派生的压缩算法无损因特网等W3C不同的图象文件格式采用了不同的数据压缩技术和数据组织方法，适合不同的应用!图像文件格式例1：BMP格式BMP图像格式是Windows操作系统下使用的一种标准图像格式支持单色、16色、256色、真彩色图像一个文件一幅图像，可以进行无损压缩，也可不压缩非压缩的BMP文件是一种通用的图像文件格式，几乎所有Windows应用软件都能支持图像文件格式例2：GIF图像颜色数目不超过256色，适合用作插图、剪贴画等色彩数要求不高的场合，文件特别小，适合网络传输GIF图像格式具有累进显示功能，适合网络浏览器观看GIF图像格式能支持透明背景（JPEG不支持）GIF图像格式能支持动画透明背景缺点:不适合真彩色图片图像文件格式例3：JPEG图像JPEG是静止图像数据压缩编码的国际标准，采用JPEG标准的图像文件扩展名是.jpgJPEG特别适合各种连续色调的彩色或灰度图像，在计算机和数码相机中已得到广泛应用JPEG的最新标准是JPEG2000（图像文件扩展名是.jp2），它采用更先进的技术，可取得更好的效果，目前在医学图像处理中使用5.2.3数字图像处理与应用数字图象处理：目的与内容目的：(1)提高图像的视觉质量(2)恢复与重建有失真和畸变的图像(3)图像分析，包括：图像的分类、识别和理解等(4)图像数据的变换、编码和数据压缩(5)图像的存储、管理与检索(6)图像内容与知识产权的保护

内容：去噪、增强、复原、分割、提取特征、压缩、存储、检索等Word和PowerPoint的图像编辑功能

使用“图片工具栏”编辑图片使用快捷菜单，屏幕上显示“图片”工具栏，进入图片编辑状态：颜色控制裁剪图片线型文字环绕设置图片格式设置透明色增加对比度降低对比度增加亮度降低亮度旋转图片压缩图片Word和PowerPoint的图像编辑功能

图片编辑举例(外形修改)缩小压扁放大拉长原始图片Word和PowerPoint的图像编辑功能

图片编辑举例(裁剪与旋转)旋转90度裁剪底部裁剪左部旋转任意角度原始图片Word和PowerPoint的图像编辑功能

图片编辑举例(图像属性修改)增加对比度降低对比度增加亮度降低亮度灰度图片黑白图片原始图片图像的特效处理原始图像波浪效果旋转效果旋涡效果图像去噪去噪之后的图像有噪声的图像图像增强增强前的图像增强后的图像图像恢复陈旧的老照片恢复后的照片抠图场景合成图像分割与识别原始图像戒指健身圈手分割后进行识别原始图像分割成若干部分人脸检测与识别数字图像处理的应用(1)图像通信，包括图像传输、电视电话、电视会议等。(2)遥感(3)医疗诊断(4)工业生产中的应用，如产品质量检测，生产过程自动控制等(5)机器人视觉(6)军事、公安、档案管理等其他方面的应用X光图像CT图像核磁共振图像指纹图像常用的图像编辑软件Word和PowerPoint具有基本的图像编辑功能Windows附件中的“画图”软件微软Office工具中的PictureManagerACDSystem公司的ACDSee32Adobe

PhotoShop5.2.4计算机图形什么是计算机图形(graphics)通过计算机和软件对景物的结构、形状与外貌进行描述(称为“建模”)，然后根据该描述和选定的观察位置及光线状况，生成该景物的图形(称为“绘制”)计算机图形也称为计算机合成图像计算机制作图形的步骤如下：建模/造型(Modeling)景物的模型(model)(1)建模景物的视图

绘制(Rendering)(ImageSynthesis)(2)绘制选讲：

景物的两类描述(建模)方法几何造型技术规则形体(如工业产品)用基本的几何元素(如点、线、面、体等)及材料的表面性质等进行描述过程模型技术不规则形体(如自然现象)找出其生成规律，并使用相应的算法来描述

选讲：

几何造型使用基本的几何元素(如平面、曲面、立方体、多面体、圆柱、圆球、圆锥等)，借助于“并”、“差”、“交”等运算来构造物体的结构与形状选讲：

交互式网格造型借助3DModeling软件，通过编辑网格形状进行造型计算机图形的绘制技术绘制（rendering）,也称为图像合成(imagesynthesis)——依据景物的模型，根据观察位置和光线情况，生成该景物可视图像的过程景物图像的绘制过程取景变换视域裁剪三角化光栅化隐藏面消除明暗处理阴影生成纹理映射景物的模型景物的图像绘制流水线（RenderingPipeline）物体表面用多边形进行近似表示投影裁剪和消隐处理明暗处理、阴影生成和纹理映射绘制的硬件支持——显卡(图形卡)绘制的三个基本要求：每秒可处理的三角面片数量要大(108个)，以生成复杂场景的图像纹理数据库要大(几～几十GB)，以生成多种多样的高度真实感图像：绘制速度要快，游戏要求实时绘制（>25帧/秒）绘制过程中，每一个像素的颜色及其亮度都要经过大量的计算才能得到，因此绘制过程的计算量很大，特别是三维图形和动画显卡在绘制过程中起着关键作用绘图处理器承担着绘制过程中的大部分计算任务美国康乃尔大学SuzanneSmits和PriamosGeorgiades建模并绘制的俄罗斯茶壶

例1:俄罗斯茶壶例2：计算机绘制的钢笔画和铅笔画

木桶

玻璃瓶引用自：GeorgesWinkenbach,D.Salesin(Univ.ofWashington)pp.469-476,

SIGGRAPH’96例3：分形图案计算机图形的应用(1)计算机辅助设计和辅助制造(CAD／CAM)。(2)利用计算机生成各种地形图、交通图、天气图、海洋图、石油开采图等。(3)作战指挥和军事训练。(4)计算机动画和计算机艺术。(5)其它：电子出版、数据处理、工业监控、辅助教学、软件工程等。常用的矢量绘图软件专业绘图软件：

AutoCAD、PROTEL和CAXA电子图板（机械、建筑等）MAPInfo、ARCInfo、SuperMapGIS（地图、地理信息系统）办公与事务处理、平面设计、电子出版等使用的绘图软件：Corel公司的CorelDraw，Adobe公司的Illustrator，Macromedia公司的FreeHand，微软公司的MicrosoftVisio等MSOffice中内嵌的绘图软件：Word和PowerPoint中的绘图功能（简单的二维图形）小结：图像与图形的比较计算机中的“图”按其生成方法可以分为两大类：通过数字化设备获取的“图”，它们称为取样图像、点阵图像，或位图图像等，通常简称图像（image）通过计算机建模并绘制而成的“图”，称为矢量图形，通常简称图形（graphics）；两者在外观上很难区分，但它们有许多不同的属性，一般需要使用不同的软件进行处理图像图形小结：图像与图形的对比图像图形生