第一章 计算机图像处理基础知识

计算机图像处理基础知识计算机图像处理--PHOTOSHOPCS3课程讲义授课内容简介了解数字图像处理的概念

了解计算机图像处理的历史

了解数字图像的常用名词与概念

了解计算机图像的压缩和文件格式

本讲概述数字图像处理技术，是指针对数字化图形图像，借助计算机为代表的辅助工具，进行数字编辑创作的过程。数字图像处理技术，也是一门方兴未艾的实用技术，其应用领域不断发展与扩大。就目前而言，其主要的行业应用有：平面设计，网页设计，广告，艺术，影视，摄影，印刷，动漫，教育，医疗，科研等。范围相当的广泛。数字图像处理技术概述

本门课程内容主要讨论平面数字图像的处理技巧，了解数字化图形图像的特点，熟悉计算机图像的使用环境，掌握以AdobePhotoshop为代表的数字图像处理软件，达到独立编辑处理平面数字图像的能力。本课程特点

计算机在图形方面的应用，比起计算机在数学计算方面的应用要晚得多，由于图形设计要求有较高的色彩还原度，真彩色的显示方式，高质量、方便而廉价的输出设备，因此对计算机的要求相对较高。真正满足数字图像处理应用的环境，至今不过才几年时间。所以，计算机在图像方面的应用普及时间并不长，我们可以将计算机在图形方面的应用分为五个阶段：计算机图形应用的发展历史

80年代中期，计算机在图形方面的运用开始推广，此时主要用于工程制图和数学线性图，此时的处理特点，是以线和点为主的图形，而色彩等参数常常被忽略，只需要满足客户在准确度方面的要求就行。操作者主要是一些工程计算机专业人员，在设计过程中需要相当的计算机硬件方面的知识，需要编制程序，熟悉图形学，熟悉数学，实现复杂，也不方便。（一）辅助设计阶段计算机图形应用的发展历史

80年代中后期，随着微型机的大批上市和普及，软件也开始不断丰富，虽然这是还是单显的天下，但已经有不少的学习用和游戏用软件出现。当时微机中的主打型是8位机—APPLE机，图形主要应用在游戏画面和教学画面的绘制上，这些图形主要是矢量图形，由程序控制，也主要由程序绘制，编程者要求掌握一定的C、BASIC、汇编等程序语言的知识。（二）图形应用的初级阶段计算机图形应用的发展历史到了80年代末，随着光笔、鼠标的运用，特别是后来视窗类软件的出现，出现了良好的人机交互界面，美术工作者不再需要学编程，给不是专业计算机程序员的人们带来了福音。热升华、蜡转印、彩色激光等高质量的输出设备陆续出现。图形的输出问题也得到了较大程度上的解决，彩色显示器开始普遍应用，计算机在图形处理方面的优势开始显现出来。这时候拥有开放式的介面的第一批图形软件面市，其中包括CorelDRAW1、Freehand、Photoshop1、Dimensions等，广告和排版企业开始大规模的采用计算机进行平面设计，但这时的计算机主要是MAC机。计算机图形应用的发展历史（三）平面设计的初级阶段

90年代初，随着计算机价格的不断下降和配置的不断提高，PC已经能够完全胜任平面设计的工作，因此平面设计开始除去神秘面纱，得以普及，一般用户都可以使用这些专业软件进行创作。同时三维立体图或三维动画软件也开始在国内运用起来，形成了平面和三维图形图像设计的各自风格。（四）平面设计的普及阶段计算机图形应用的发展历史到了90年代中后期，计算机技术有了很大的发展，多媒体技术开始普遍应用，加之网络技术的日臻完善，计算机已经由单一的平面设计走向了动画、音乐相结合的多媒体时代。这时候的计算机图形软件更加丰富，但划分也就更加细致，也就是说专业性更强了，各个方面都有很出色的软件新产品。同时对软件的使用人员素质，也有了越来越高的要求。（五）多媒体技术广泛运用的阶段计算机图形应用的发展历史了解平面设计的特点平面设计的基本概念

平面设计是将不同的设计元素，按照一定的规则在版面上进行编排。在平面上体现不同的设计空间感，通过元素的组合实现二维甚至三维的空间感，这些元素的组合对人的视觉引导作用形成的幻觉空间。

平面设计的特点

平面设计作为视觉传达艺术的一种，通过平面设计进行有特征的宣传，具有视觉表现的特征。将特定的物体通过某种方式转换为视觉元素，形成平面设计画面。

平面设计的媒介类型

平面设计主要分为平面广告设计和平面艺术设计是以一种平面的方式进行信息的传递，通常采用印刷、喷绘与写真、网页等作为宣传媒介。主要包括数码写真、书籍印刷类广告、路牌喷绘广告以及网页设计等，采用不同的媒介对所广告的信息进行传达。平面设计中各元素的重要表现掌握平面设计中各个元素的构成与表现，可以帮助设计师更完善的完成平面设计作品。平面设计主要由色彩、文字、图片3元素构成，形成具有视觉表现力的平面设计作品平面设计中色彩的表现

所谓色彩，在自然界中色彩是一种概念，色彩是一种客观现象的存在。平面设计中文字的表现文字在平面设计中常以点、线、面的形式存在，具有极强的灵活性，也是信息传达最直接的表现方式。平面设计中图片的表现图形作为一种视觉表现形态，在平面设计中具有语言信息的表达特征，如三角形具有稳定、顽强的视觉感受；六角形即不是圆形也不是方形，具有平稳、灵活的视觉感受。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。矢量图特点：易于修改、文件小、不宜用于复杂图像一、矢量图与位图注意：矢量图与位图如何转换位图也叫点阵图，是把一幅彩色图分成许多的像素，每个像素用若干个二进制位来指定该像素的颜色、亮度和属性。位图特点：不宜修改、文件大、显示速度快常规概念和名词(1)图像(image):

是指从现实世界中通过数字化设备获取的图像，称为取样图像(sampledimage)

或点阵图像(dotmatriximage)

或位图图像(bitmapimage)

简称－图像(image)。(2)图形(graphics)：是指使用计算机合成的图像(syntheticimage)，称为矢量图形（vectorgraphics），简称图形。(1)图像的获取

从现实世界中获得数字图像的过程，实质上是模拟信号的数字化过程。(2)获取的步骤：图像的获取图像的数字化分色取样量化量化量化数字图像RGB扫描模拟图像将画面划分成m×n各网格将取样点的颜色分成三基色(R、G、B)测量每个取样点的每个分量的亮度值对每个取样点的亮度值用数字量表示：是对静止图像的表示(1)数字图像获取设备是指从现实世界获得数字图像过程中所使用的设备(2)设备的功能将现实的景物输入到计算机内并以图像的形式表示(3)设备的分类2D图像获取设备：只能对图片或景物的2D投影进行数字化。如扫描仪、数码相机等3D图像获取设备：能获取包括深度信息在内的3D景物的信息。如3D扫描仪数字图像获取设备二、色彩深度，单色图、灰度图与彩色图

色彩深度也叫图像深度，是指描述图像中每个像素的数据所占的位数。图像中的每一个像素对应的数据通常可以是一位（bit）或多位字节，用来存放该像素点的颜色、亮度等信息。因此如果数据位数越多，所对应的颜色种数也就越多。单色图像：只有黑白两中颜色灰度图：图像的画面由白到黑共256级色度组成,即从白,淡灰,浅灰,中灰......一直到黑,共有256级,即2的8次方.比如黑白照片.彩色图像：可按照颜色的数目来划分：如真彩色图、256色图、16位彩色图,24位真彩一共有256*256*256=1670万种颜色.常规概念和名词三、分辨率1、简介分辨率是和图像相关的一个重要概念，表示图像数字信息的数量或密度，它是衡量图像细节表现力的技术参数，与像素和网格特性有着直接的联系。分辨率的种类有很多，其含义也各不相同。

常规概念和名词2、图像分辨率是指图像中存储的信息量。这种分辨率有多种衡量方法，典型的是以每英寸的像素数（PPI）来衡量。图象分辨率和图象尺寸的值一起决定文件的大小及输出质量，该值越大图形文件所占用的磁盘空间也就越多。

常规概念和名词三、分辨率（二）图象分辨率图一：30ppi 图二：300ppi 图三：伪300ppi

思考：为什么要用高分辨率的数码相机

常规概念和名词（三）设备分辨率又称输出分辨率，指的是各类输出设备每英寸上可产生的点数，如显示器、喷墨打印机、激光打印机、绘图仪的分辨率。这种分辨率通过DPI来衡量，目前，PC显示器的设备分辨率在60至120DPI之间。而打印设备的分辨率则在360至1440DPI之间。

（四）扫描分辨率指在扫描一幅图象之前所设定的分辨率，它将影响所生成的图象文件的质量和使用性能，它决定图象将以何种方式显示或打印，扫描仪的分辨率又分光学分辨率和插值分辨率,光学分辨率是指扫描仪的实际分辨率。常规概念和名词（五）显示分辨率显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显示分辨率为640×480表示显示屏分成480行，每行显示640个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。屏幕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。在计算机上，显示分辨率可人为设定。常规概念和名词（六）图像分辨率的选择思考：报纸、商业印刷和户外的喷绘是如何选择分辨率的。

一般情况下，图象分辨率应该是网幕频率的2倍，这是目前中国大多数输出中心和印刷厂都采用的标准。然而实际上，图象分辨率应该是网幕频率的1.5倍，具体到不同的图象本身，情况也各不相同。常规概念和名词（七）像素总量和文件大小像素总量：像素总量=宽度*高度（以像数点计算）例如：1024*768=786432个像素

文件大小：文件大小=像素总量*色彩深度（byte）常规概念和名词丰富多样的颜色可以分成两个大类：无彩色系有彩色系色彩的种类计算机图像的色彩模式无彩色系无彩色系是指白色、黑色和由白色黑色调合形成的各种深浅不同的灰色。无彩色按照一定的变化规律，可以排成一个系列，由白色渐变到浅灰、中灰、深灰到黑色，色度学上称此为黑白系列。黑白系列中由白到黑的变化，可以用一条垂直轴表示，一端为白，一端为黑，中间有各种过渡的灰色。纯白是理想的完全反射的物体，纯黑是理想的完全吸收的物体。可是在现实生活中并不存在纯白与纯黑的物体，颜料中采用的锌白和铅白只能接近纯白，煤黑只能接近纯黑。无彩色系的颜色只有一种基本性质——明度。它们不具备色相和纯度的性质，也就是说它们的色相与纯度在理论上都等于零。色彩的明度可用黑白度来表示，愈接近白色，明度愈高；愈接近黑色，明度愈低。黑与白做为颜料，可以调节物体色的反射率，使物体色提高明度或降低明度。有彩色系彩色是指红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色，不同明度和纯度的红橙黄绿青蓝紫色调都属于有彩色系。有彩色是由光的波长和振幅决定的，波长决定色相，振幅决定色调。有彩色系的颜色具有三个基本特性：色相纯度（也称彩度、饱和度）明度在色彩学上也称为色彩的三大要素或色彩的三属性。

色彩的基本特性计算机图像的色彩模式色相是有彩色的最大特征。所谓色相是指能够比较确切地表示某种颜色色别的名称。如玫瑰红、桔黄、柠檬黄、钴蓝、群青、翠绿……从光学物理上讲，各种色相是由射人人眼的光线的光谱成分决定的。对于单色光来说，色相的面貌完全取决于该光线的波长；对于混合色光来说，则取决于各种波长光线的相对量。物体的颜色是由光源的光谱成分和物体表面反射（或透射）的特性决定的。纯度色彩的纯度是指色彩的纯净程度，它表示颜色中所含有色成分的比例。含有色彩成分的比例愈大，则色彩的纯度愈高，含有色成分的比例愈小，则色彩的纯度也愈低。可见光谱的各种单色光是最纯的颜色，为极限纯度。当一种颜色参入黑、白或其他彩色时，纯度就产生变化。当参入的色达到很大的比例时，在眼睛看来，原来的颜色将失去本来的光彩，而变成掺和的颜色了。当然这并不等于说在这种被掺和的颜色里已经不存在原来的色素，而是由于大量的参入其他彩色而使得原来的色素被同化，人的眼睛已经无法感觉出来了。有色物体色彩的纯度与物体的表面结构有关。如果物体表面粗糙，其漫反射作用将使色彩的纯度降低；如果物体表面光滑，那么，全反射作用将使色彩比较鲜艳。明度明度是指色彩的明亮程度。各种有色物体由于它们的反射光量的区别而产生颜色的明暗强弱。色彩的明度有两种情况：一是同一色相不同明度。如同一颜色在强光照射下显得明亮，弱光照射下显得较灰暗模糊；同一颜色加黑或加白掺和以后也能产生各种不同的明暗层次。二是各种颜色的不同明度。每一种纯色都有与其相应的明度。黄色明度最高，蓝紫色明度最低，红、绿色为中间明度。色彩的明度变化往往会影响到纯度，如红色加入黑色以后明度降低了，同时纯度也降低了；如果红色加白则明度提高了，纯度却降低了。有彩色的色相、纯度和明度三特征是不可分割的，应用时必须同时考虑这三个因素。色彩模型是指计算机为了表示、模拟和描述图像色彩空间的方法，也称色彩（色调）模型。常用的色彩空间模型有：RGB（红/绿/蓝）色彩模型；CMYK（青、洋红、黄、黑）色彩模型；LAB（亮度/绿红/蓝黄）也称CIELAB色彩模型；HSB（色相/饱和度/亮度）色彩模型；计算机图像的色彩模式色彩空间模型RGB色彩模式，是（红、绿、蓝）三种发光管作用于屏幕上，如显示器、电视机，是一种加色模式。

计算机图像的色彩模式色彩空间模型CMYK色彩模式，是（青、品红、黄色、黑色）四种矿物质，相互混合叠加在印刷品上，是一种减色模式。

RGB->CMYK的颜色失真问题计算机图像的色彩模式色彩空间模型在我们日常的应用中，显示器、投影设备，以及扫描仪等许多电器设备都是依赖于这种加色模式来显示颜色的。

就编辑图像而言，RGB色彩模式是首选的色彩模式，Photoshop中所有图像编辑的命令都可在RGB模式下执行。因为它可提供1670万种颜色，即所谓的“真彩”，足以将图像显示得淋漓尽致。因此在Photoshop中将RGB模式作为预设的模式。

虽然编辑图像RGB色彩模式是首选的色彩模式，但是在印刷中RGB色彩模式就不是最佳的了。因为RGB模式所提供的有些色彩已经超出了打印色彩范围之外，因此在打印一幅真彩的图像时，就必然会损失一部分亮度，并且比较鲜明的色彩肯定会失真的。这主要是因为打印所用的是CMYK模式，而CMYK模式所定义的色彩要比RGB模式定义的色彩要少得多。在打印时系统会自动将RGB模式转换成CMYK模式，这样就不可避免地损失一部分颜色和减低一定的亮度了LAB色彩模型，是由国际照明委员会（CIE）制定的，它与设备无关，色调成分的某一值既可描述打印、又可描述显示色调。Lab的颜色光谱囊括了RGB和CMYK的颜色光谱。Lab模型由照明发光率（Luminance）和两个颜色轴通道组成。L指发光率和亮度值；a表示从绿到红的颜色轴通道；b表示从蓝到黄的颜色轴通道。Lab模型能表达的色彩空间比RGB、CMYK模型所表达颜色范围大。

计算机图像的色彩模式色彩空间模型HSB色彩模式，最能符合人的眼睛所看到的色调空间，是模拟人眼感知色彩的一种方法。HSB模型描述色彩比较自然，但在实际应用中需进行转换，如显示时需转换成RGB模型，打印时转换为CMYK模型。HSB模型采用色相（Hue）、饱和度（Saturation）、亮度（Brightness）来描述一个颜色（像素色），H为光谱中的单色（纯色）等级值，S为颜色纯度的等级值，B为颜色明度等级值。

计算机图像的色彩模式四、色彩空间模型颜色模式范例RGB、CMYK、单色相，灰度，位图(黑白)，二色图（黑白）计算机图像的色彩模式（一）图像压缩的主要目的图像大小表示图像在磁盘上存储所需要的空间。我们一般用计算机存储的基本单位字节来度量。图像文件的大小主要受图像分辨率、色彩数和图像大小三个因素.一张A4(210mm*297mm)幅面的照片，若用中等分辨率（300dpi）的扫描仪按真彩扫描，其数据量为多少？图像压缩的主要目的是为了减少存储空间，根据对原素材的影响，主要分为无损压缩和有损压缩。计算机图像的压缩什么是文件格式当打开或保存文件时，首先要考虑采用什么文件格式。文件格式反映了文件的存储方式和压缩模式，并可通过它，初步了解其所存储文件的特性。将文件保存为不同的格式，就类似于将一本书翻译成不同的语言。计算机图像的文件格式psd格式：是Photoshop内部固有的文件格式，其采用无损压缩，支持Photoshop可处理的任何内容，包括图层、蒙版、样通道、路径、切片以及注解等。在作业尚未完成时应采用该格式。tif格式：是一种扫描仪、桌面出版系统及电子出版CD-ROM系统使用的通用图像文件格式。TIFF文件允许在同一个文件中存储多幅图像。该文件又分为压缩和非压缩两类。在Photoshop7中，该文件格式支持Photoshop固有格式的内容，包括图层、蒙版、样通道、路径、切片以及注解等。

计算机图像的文件格式常用图像文件格式及特点bmp格式：是在Windows系统下使用的与硬件设备无关的基本位图格式文件。几乎所有Windows环境下图像处理软件都支持该格式。该文件采用位映射存储格式，即将数字图像中的各个像素点对应存储。一般不采用压缩，因此占用存储空间很大。在广告制作中，通常不直接使用该格式文件，只是用它保持最真实的图像效果，编辑和处理完后再转换到其他文件格式。dib(Device

Independent

Bitmap)

是一种类似于*.bmp的图形文件格式，描述图像的能力与*.bmp基本相同，并且能够运行在多种硬件平台上，只是文件较大。计算机图像的文件格式jpg格式：是一种采用JPEG联合图片专家组标准的应用范围非常广泛的图像文件格式。该文件一般采用有损压缩编码技术。JPEG文件支持24位真彩色，但不支持透明色系及动画。该文件具有较高的图像保真度和较高的压缩比。用户可根据需要选择压缩比。当压缩比为16：1时获得的图像效果与原图像难以区分；当压缩比达到50：1甚至更高，仍可以保持很好的效果。因此该文件比较适合存储照片以及在网上的嵌入。

计算机图像的文件格式gif格式：是一种用于Web上常用的文件格式。该文件的数据是采用了无损压缩技术，最多支持256种彩色，占用空间小，在网页制作中可减少下载浏览时间。同TIFF文件一样GIF文件可存储多副图像，并具有交错显示（下载最初以低分辨率显示，以后逐渐达到高分辨率）。同时，GIF文件可设置和存储透明色（去背处理），并支持简单的动画效果。因此该文件比较适合存储图示、按钮、标题图片以及颜色较少、构图简单的图片。

计算机图像的文件格式png格式：是一种可携带式网络图片的文件存储格式。该文件支持48位真彩色和透明阶层效果，同时采用了比GIF更有效率的无损压缩技术，保留了图像中每个像素，但不支持动画，且比特空间较JPEG和GIF要大。该文件集中了GIF和JPEG等文件格式的优点，因此也是一种重要的图像文件格式。

eps/dsc格式：是一种用途十分广泛的Photoshop文件格式。Photoshop允许使用3种模式保持文件：EPS、DCS1和DCS2，EPS是其中最小的一种。DCS1.0可将文件分为5个