第二章 图形及图像

第二章图形与图像一、图形与图像的基本概念

(一)图形与图像的颜色模型

1.颜色的基本概念(1)物体的颜色由反射光的光波决定.(2)三基色三基色原理:自然界中景物的绝大多数的彩色光,都能分解成为互相独立的红、绿、蓝三种基色光.用互相独立的三基色光以不同的比例混合,可以模拟出自然界中绝大多数景物的彩色.视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线（各个波长的光的强度相等）(3)彩色三要素:色调:描述颜色的不同类别的物理量,如红.橙.黄.色调由该颜色的主要波长决定.冷色暖色中性色互补色相邻色色饱和度:描述颜色深浅程度的物理量亮度:描述色光的明暗变化的强度的物理量.表明色光能量的大小.■色饱和度调整(4)像素像素是计算机图形与图像中能被单独处理的最小基本单元.2.颜色模型:定量颜色的方法显示器(发光物体)—RGB模型打印机(吸光物体)—CMY模型彩色电视信号显示与传输—YUV模型艺术绘画—HIS模型(1)RGB模型—加色法混色模型以等量的红.绿.蓝基色混合时:红+绿=黄红+蓝=品红绿+蓝=青色红+绿+蓝=白色理论上绝大部分可见光谱都可用红、绿和蓝(RGB)三色光按不同比例和强度的混合来表示。颜色C＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋B(蓝色的百分比)RGB模型称为相加混色模型，用于光照、视频和显示器。例如，显示器通过红、绿和蓝荧光粉发射光线产生彩色。(2)CMY模型:用青色.品红.黄色合成颜色的方法在理论上，绝大多数颜色都可以用三种基本颜料（青色cyan、品红magenta、和黄色yellow）按一定比例混合得到。CMYK模型称为相减混色模型。CMYK模式(用于印刷)●

特点:色彩灰暗分色胶片印版印辊印纸成品(二)图形与图像的基本属性1.分辨率(1)显示分辨率:指某一种显示方式下,显示屏上能够显示出的像素数目.以水平和垂直的像素数表示.800(列)×600(行)同样大小显示屏能够显示的像素越多，说明显示设备的分辨率越高，显示的图像质量也就越高。(2)图像分辨率:指组成一副图像的像素的密度，一般用单位长度上包含像素的个数来衡量。dpi(displaypixels/inch)每英寸显示的点数300dpi96dpi21dpidpi视觉效果清晰度绝对清晰度(3)扫描分辨率:以每英寸的点数表示●平板扫描仪：1200dpi2.颜色深度颜色深度:指图像中每个像素的颜色(或亮度)信息所占的二进制数的位数.位/像素(b/p)颜色深度(像素深度)决定彩色图像每个像素可能有的颜色数，或者确定灰度图像每个像素可能有的灰度级数。4bit:VGA支持的颜色深度,共有24=16种颜色8bit:多媒体应用中的最低颜色深度,28=25616bit:3×5bit,剩余的1位表示其他属性.24bit:3×8bit约16M,真彩色32bit:3×8bit,剩余的8位表示其他属性.3.文件的大小图形与图像文件的大小(数据量)是指在磁盘上存储整幅图像所有点的字节数.文件字节数=图像分辨率×图像深度/8图像分辨率=高×宽(像素数)4.真彩色指组成一幅彩色图像的每一个像素值中,有R,G,B这3个基色的分量,每个基色分量直接决定显示设备的基色强度,这样产生的彩色为真彩色.调色板一个彩色图像假如只包含24位真彩色空间中的16个离散的点（16色图），则可以建立一个颜色查找表，表中的每一行记录一组RGB值，实际像素的值用来指定该点颜色在查找表中的索引值，这样就可以大大缩小存储量。这个颜色查找表就叫做调色板。(三)图形与图像的基本类型1.位图(1)位图：指由像素组成的平面点阵图。位图中每个像素的颜色、亮度和属性是用一组二进制数值来表示的。●图像：原始信号形式●图像的最小单位是像点●用于表现自然影像教学进程●图像由基本显示单元“像点”构成图像像点8bit(28=256色)16bit(216=65536色)24bit(224=16M色)●8位图像●16位图像●24位图像●

二进制位与图像之间存在严格的“位映射”关系●像点由若干个二进制位进行描述●

二进制位代表图像颜色的数量●

具有位映射关系的图叫作“位图”●

“位图”特指图像教学进程(2)位图的优点是：（1）显示速度快。（2）真实世界的图像可以通过扫描仪、数码相机、摄像机等设备方便的转化为点位图。位图的缺点是：（1）存储和传输时数据量比较大。（2）缩放、旋转时算法复杂且容易失真。2.矢量图(1)矢量图：是用一系列计算机指令来表示一幅图，如画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。这种方法实际上是用数学方法来描述一幅图。●●图形由具有方向和长度的矢量表示●用于分析运算结果，简单图形表示教学进程图形：运算形成的抽象化产物图形由具有方向和长度的矢量表示优点：一般不会失真(2)矢量图的优点是：（1）缩放、旋转、移动时图像不会失真。（2）存储和传输时数据量较小。矢量图的缺点是：（1）图像显示时花费时间比较长。（2）真实世界的彩色图像难以转化为矢量图。图像的分类矢量图点位图二、图形与图像的处理

(一)图形与图像的获取1.图形的获取2.图像的获取(二)图形与图像的存储1.静态图形与图像常见文件存储格式(1)BMP格式位图文件(Bitmap-File，BMP)格式是Windows采用的图像文件存储格式，在Windows环境下运行的所有图像处理软件都支持这种格式。BMP是一种与设备无关的图像文件格式.文件头调色板数据(反向排列)图像数据●特点(1)扩展名采用“.bmp”(2)文件描述单一(静止)图像(3)彩色模式:24~232(4)调色板RGB数据顺序反向排列(左下—右上)(5)以图像左下角为起点排列数据(6)一般采用非压缩数据格式●使用要点(1)用于表现打印、显示用图像(2)不适于网络传送(3)不适于提供印刷文件(2)GIF格式GIF（GraphicsInterchangeFormat）GIF图像文件以块(block)为单位存储信息。一个GIF文件由表示图形/图像的数据块、数据子块以及显示图形/图像的控制信息块组成，称为GIF数据流(DataStream)。数据流中的所有控制信息块和数据块都必须在文件头(Header)和文件结束块(Trailer)之间。文件头逻辑屏幕描述图像数据结束标志调色板信息特点(1)扩展名采用“.gif”(2)具有87a、89a两种格式87a——描述单一(静止)图像89a——描述多帧图像(3)彩色模式:8bit(256色)，分辨率96dpi(4)采用改进的LZW压缩算法.gif图形交换文件格式,由CompuServe公司于87年开发目的是便于在不同的平台上进行图像交流和传输.gif图像最大不能超过64MB.颜色最多为256色(8bit)唯一使用LZW无损压缩方法的图像文件格式.GIF文件支持图像数据的交叉存储方式，这样一个大的图像可以逐步显示，让用户首先看到图像概貌，然后逐步清晰gif87a和gif89a需要引入调色版的支持.能够进行图像内的多画面循环显示,可以制作小型动画,成为网上流行的图像文件格式.●使用要点(1)用于屏幕显示图像和电脑动画(2)用于网络传送(3)不适于保存高质量印刷文件(3)TGA格式最高色彩32bit,显示模式依赖显像卡扩展名为.tga.tga适用于色彩复杂并极富变化的图像图像每一像素的颜色值变化很大,且重复性低,所以没有压缩格式.TGA格式的使用要点小结：(1)用于表现影视广播级动画的帧(2)不适于保存高质量印刷文件(3)不适于网络传送(4)JPEG格式(JPG)JointPhotographicExpertsGroup格式是静态图像压缩文件有损压缩,文件非常小(压缩比可调)JPE压缩算法影响图像质量,图像边缘可以看出不太明显的失真,显示比较慢色彩最高达24bit,(真彩色).JPEG格式的使用要点小结：(1)用于保存表现自然景观的图像(2)用于网络传送(3)不适于表现有明显边界的图形(4)不适用于高质量印刷文件(5)TIFF格式是Alaus和Microsoft公司为扫描仪和桌上出版系统研制彩色:21(单色)-232文件大,细微层次多,有利于色彩复制.TIFF定义了五种不同的格式,支持不同类型的图像TIFF格式的使用要点小结：(1)平面设计作品的最佳表现形式(2)用于提供印刷文件(3)不适于网络传送2动态图形与图像常见文件存储格式(1)动画图像文件格式Flc文件格式:扩展名为.flc(.fli)无损压缩,画面清晰—计算机生成动画Swf文件格式:基于矢量图形的交互式多媒体技术,可以任意改变画面大小而不失真文件较小,更适合在网上传播可以显示真彩色,比.flc更适合多种画面可以附加声音,有人-机交互功能(2)主要数字视频文件存储格式.avi格式:扩展名为.avi有伴音的视频图像文件,是Windows环境中最基本的数字视频格式有多种压缩方式,可以有较高的压缩比MPEG文件格式:扩展名为.mpg是按国际标准进行压缩的全运动视频文件格式有MPEG-1,MPEG-2,MPEG-7多种压缩标准播放时需要解压缩软件的支持.MOV格式:扩展名为.MOV有同步声音有损压缩.“二值”图像只有黑、白两色简单形式●单色图像——色族单一的图像，但并非只有一种颜色的图像单色图像复杂形式“灰度”图像具有256级灰度

●

单色图像用途：简单形式——文本显示、木刻、版画效果的图像复杂形式——书籍用图片、报纸用图片●单色图像格式：TGA、JPG、TIF、PCX等教学进程单色图像彩色图像●RGB——红、绿、蓝

R

GBR

G

BR数组—8bit表示(256阶梯)G数组—8bit表示(256阶梯)B数组—8bit表示(256阶梯)最大表示：28×28×28=224=16777216(16.7M)教学进程CMYK彩色图像●CMYK青、品红、黄、黑C

KMYC数组—8bit表示(256阶梯)M数组—8bit表示(256阶梯)Y数组—8bit表示(256阶梯)K数组—8bit表示(256阶梯)最大表示：28×28×28×28=232=4294967296(4294M)CMYK教学进程●

动态图像定义——多帧位图的有序组合动态图像文件Δt●

动态原理——Δt≤1/24s(视觉滞留时间)，产生连续活动视觉效果●

动态图像文件构成组合位图(静态图像)数据调色盘数据速度参数(时间间隔)压缩算法教学进程动态图像的技术参数●

帧速度——帧的切换速度[1]NTSC制30Frame/s[2]PAL制25Frame/s●

数据量相关因素：[1]画面几何尺寸