第3章 图像处理技术(一)

第3章图像处理技术（一）

计算机教学实验中心2007多媒体技术及应用1提出问题如何用图形来表达意愿、思想、美好……图形语言的特点是什么图形、图像在计算机中如何描述色彩如何表达处理图像常用哪些工具我也想处理图像……2图片欣赏学生作品1、2、3、4、5、……自然风光1、2、3、4、5、……人物肖像1、2、3、4、5、……静物1、2、3、4、5、……冬天景色1、2、3、4、5、……来自太空1、2、3、4、5、……3第3章图像处理技术图像是指绘制、摄制或印制的形象。图像处理是将已有的图像改变成一幅新的，更好的图像。由图像所联想到的……4本单元要点图像的基本属性三基色原理色彩空间PhotoShop入门53.1图像的基本概念

1.图像的基本属性

⑴图像分辨率（Imageresolution）⑵显示分辨率⑶图像深度（ImageDepth）⑷真彩色（Truecolor）6什么是图像图像与图形的区别●数字图像：直接量化的原始信号●图像的最小单位是像点●用于表现自然影像●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●用于分析运算结果，简单图形表示●图像是自然界中多姿多彩的景物和生物通过视觉感官在大脑中留下的印记。7●图像组成●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8300dpi96dpi21dpi●dpi的数值越大，图像越清晰●分辨率的单位dpi(displaypixels/inch)每英寸显示的线数dpi视觉效果清晰度绝对清晰度

⑴图像分辨率9像点组成图像示意10例3-1计算图像的像素数计算72dpi和300dpi的1×1英寸图像的像素数；在使用扫描仪扫描彩色图像时，如果用300dpi来扫描一幅8inch×10inch的彩色图像，得到图像的像素数目是多少？解1：对于72dpi1×1英寸的图像 总像素数=72×1×72×1=5184解2：对于300dpi的8inch×10inch的彩色图像总像素数=8300×10×300=2400×300011图像处理时应考虑的问题设定图像的分辨率时，应该考虑所制作的图像的最终发布媒体。若图像是用于网络的在线媒体，只要使用图像的分辨率和典型的显示器分辨率相匹配即可；若制作的是打印图像，采用过低的分辨率会使图像显得粗糙，而采用过高的分辨率导致文件的增大和打印时间的延长。而且，对于分辨率过高的图像，打印设备未必能够正常工作。12（2）显示分辨率显示分辨率是确定显示图像的区域大小。如果显示屏的分辨率为640×480，那么一幅320×240的图像只占显示屏的1／4；相反，2400×3000的图像在这个显示屏上就不能显示一个完整的画面。显示分辨率400×300图片分辨率98×13013常见分辨率●●平板扫描仪：1200dpi●底片扫描仪4800dpi●印刷图片普通：300dpi高精度：600dpi●显示器：96dpi●显示用图片：96dpi●动画、视频：96dpi●喷墨打印机：720～2880dpi●激光打印机：600~1200dpi14⑵图像深度（ImageDepth）也称图像的位深，是指描述图像中每个像素的数据所占的二进制位数。图像的每一个像素对应的数据通常可以是1位（bit）或多位，用于存放该像素的颜色、亮度等信息，数据位数越多，可以表达的颜色数目就越多。15颜色数量与颜色深度●

颜色数量——用于表示图像色彩的有限位二进制数。●颜色深度——表示一个像素的二进制位数，以bit为单位。颜色深度(bit)数值颜色数量颜色评价1212二值(单色)图像42416简单色图像828256基本色图像1621665536增强色图像2422416777216真彩色图像322324294967296真彩色图像3623668719476736真彩色图像16例3-2计算图像的位深一幅图像的每个像素用R、G、B（红、绿、蓝）三个分量表示，若每个分量使用8位，则一个像素需要24位来表示，此图像深度为24位。该图像可表达的颜色数目是多少？解：可以表达的颜色数为：

224=16,777,216（16M）

17⑷真彩色（TrueColor）指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R，G，B三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。例如，用R、G、B各8位表示的彩色图像。而人的眼睛是很难分辨出这么多种颜色的。因此在许多场合将这样的图像称为真彩色图像，也称为全彩色图像。182、图像的种类

矢量图像(Vector)位图图像(Bitmap)19矢量图也称为面向对象的图像或绘图图像。在数学上定义为一系列由线连接的点。矢量图主要用于工程图、白描图、卡通漫画、图例和三维建模等。例如：一个圆可以表示成圆心在(x1,y1)，半径为r的图形；一个矩形可以通过指定左上角坐标(x1,y1)和右下角坐标(x2,y2)的四边形来表示。

基于矢量的绘图同分辨率无关。存盘后文件的大小与图形中元素的个数和每个元素的复杂程度成正比。20位图图像亦称为点阵图像或绘制图像，是由称作像素的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。当放大位图时，可以看见赖以构成整个图像的无数单个方块。扩大位图尺寸的方法是增多单个像素，从而使线条和形状显得参差不齐。由于每一个像素都是单独染色的，可以通过以每次一个像素的频率操作选择区域而产生近似相片的逼真效果。缩小位图尺寸也会使原图变形，因为它是通过减少像素使整个图像变小的。不能单独操作（如移动）局部位图。图像像点21位图图像图像像点●

二进制位与图像之间存在严格的“位映射”关系●

具有位映射关系的图叫作“位图”●

“位图”特指图像22矢量图和位图局部放大对比

矢量图局部放大效果清晰位图局部放大效果模糊位图放大效果示意矢量图放大示意23灰度图和彩色图从色彩方面来讲，又可分为灰度图和彩色图。灰度图(Grayscaleimage)按照灰度等级的数目来划分。只有黑白色的图像称为单色图像（monochromeimage），图中每个像素值用1位存储。如果每个像素的像素值用一个字节表示，灰度等级数为256，每个像素可以是0～255之间的任何一个值。彩色图像(Colorimage)可以按照颜色的数目来划分，如256色图表示该图像中颜色的总数目不超过256种。24单色图和灰度图对比单色图灰度图25不同位深度的图像对比黑白色16色256色24位色263.2图像色彩与色彩空间生气勃勃的大自然色彩向人们展示着物质、生命、存在和运动状态。视觉是人们认识世界的窗口，客观世界作用于人的视觉器官，通过视觉器官形成信息，从而使人产生感觉和认识。271、颜色的描述与度量颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到的颜色由光波的频率决定。光波是一种具有一定频率范围的电磁波。颜色的实质是一种光波;物体表面的光滑程度或物质成分不同，对于光反射、折射、散射和吸收的情况也有所不同，因而所呈现的颜色就有不同;纯颜色通常使用光的波长来定义，用波长定义的颜色叫做光谱色;用不同波长的光进行组合可以产生相同的颜色感觉。28颜色的波长范围颜色波长范围/nm红760-622橙622-597黄597-577青492-455绿577-492紫455-38029⑴色调

引起视觉的色光，可能是由数种波长的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近红、橙、黄、绿、蓝、紫等纯光谱色中的那一种，这种属性称为色调。色调有一个自然的顺序：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。在这个次序中，当人们混合相邻颜色时，可以获得在这两种颜色之间连续变化的色调。

30⑵饱和度指的是颜色偏离灰色、接近纯光谱色的程度。黑、白、灰色的饱和度最低（0%），而纯光谱色的饱和度最高（100%）。纯光谱色与白光混合，可以产生各种混合色光，其中纯光谱色所占的百分比，就是该色光的饱和度。

31⑶明度指的是光所产生的亮暗感觉。是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色则最暗，灰色则居中。在不太严格的场合，明度也可以看作是亮度。32颜色圆

沿径向表示饱和度沿圆周来表示色调沿垂直方向表示明度332.三基色原理色彩构成为了某种目的，把两个或两个以上的色彩按照一定的原则进行组合和搭配，形成新的色彩关系。现代颜色视觉理论中的三色学说认为人眼的锥状细胞是由红、绿、蓝三种感光细胞组成的。自然界中的任何一种颜色都可以由R、G、B这3种颜色值之和来确定，它们构成一个3维的RGB矢量空间。34色彩理论

根据色彩理论，原色包括“色料三原色”和“光的三原色”两个系统。

35“色料三原色”系统在绘画中，使用R（红）、Y（黄）、B（蓝）可以配出多种其它颜色。色料是绘画的基本原料，掌握色料三原色的搭配是绘画的基本功。■

RYB色料彩色RedYellowBlue36“光的三原色”系统

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RGB电脑彩色RedBlueGreen0~255灰阶0~255灰阶0~255灰阶R（红）、G（绿）、B（蓝）三种颜色构成了光线的三原色。计算机显示器是根据该原理制造的。因此也被称为“电脑三原色”。37色彩三要素明度色相纯度色彩的明暗程度明度对纯度产生不可忽视的影响颜色的相貌只和颜色的波长有关。明度和纯度变化时，波长不变。色彩的饱和程度黑、白、灰没有纯度纯度最高的颜色38冷色暖色中性色相邻色互补色颜色的关系冷色冷色暖色暖色393.相加混色和相减混色任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的比例混合得到。三种颜色的光强越强，到达人眼的光就越多，它们的比例不同，看到的颜色也就不同，没有光到达眼睛，就是一片漆黑。三基色的大小决定彩色光的亮度，混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。三基色的比例决定混合色的色调，当三基色混合比例相同时，是灰色。

40相加混色某种颜色可用下列公式描述：颜色=R（红色的百分比）+G（绿色的百分比）+B（蓝色的百分比）三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为0时得到黄色。三基色的大小决定彩色光的亮度；三基色的比例决定混合色的色调。41相减混色相减混色利用滤光特性，在白光中减去不需要的彩色，留下所需要颜色。如印染、颜料等采用的相减混色。相减混色关系式如：当两种以上的色料相混和重叠时，白光就减去各种色料的吸收光，其剩余部分的反射色光混合结果就是色料混合或重叠产生的颜色。黄色=白色－蓝色青色=白色－红色红色=白色－蓝色－绿色黑色=白色－蓝色－绿色－红色

42常用的相加混色方法有以下三种

时间混色法：将三基色按一定比例轮流投射到同一屏幕上，由于人眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样。空间混色法：将三基色同时投射到彼此距离很近的点上，利用人眼分辨力有限的特性而产生混色，或者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合成光。生理混色法：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也可获得混色效果。

434.颜色空间

RGB颜色空间CMYK颜色空间XYZ颜色空间Lab颜色空间HSB颜色空间44(1)RGB颜色空间采用红、绿和蓝3基色来匹配所有颜色的模型称为RGB颜色空间。国际照明委员会将3种单色光的波长分别定义为红色（700nm）、绿色（546.1nm）和蓝色（453.8nm）。根据3基色原理，任意一种颜色可以由下式匹配：C=rR+gG+bB式中的系数r、g和b分别为3基色红、绿和蓝的比例系数。当r=g=b时，颜色C为标准的白色。45RGB颜色空间表示法RGB颜色模型通常用于彩色阴极射线管和彩色光栅图形显示器。各个原色的光能叠加在一起产生复合色。在正方体的主对角线上，各原色的量相等，产生由暗到亮的白色，即灰度。（0,0,0）为黑，（255,255,255）为白。正方体的其它六个顶点分别为红、黄、绿、青、蓝和品红。46⑵CMYK颜色空间这是以打印在纸上的油墨的光线的吸收特性为基础。以青（Cyan）、品红（Magenta)、黄(yellow)、黑（Black）为原色构成CMYK颜色系统，常用于从白光中滤去某种颜色，故称为减性原色系统。CMYK颜色模型对应的直角坐标系的子空间与RGB模型所对应的子空间几乎完全相同。区别仅在于前者的原点为白，而后者的原点为黑。前者是通过从白色中减去某种颜色来定义一种颜色，而后者是通过向黑色中加入某种颜色来定义一种颜色。47CMYK颜色空间以红、绿、蓝的补色C（青）、M（品红）、Y（黄）为原色构成的CMY空间。静电或喷墨绘图仪、打印机、复印机等硬拷贝设备将颜色画在纸张上时，使用的是CMY颜色系统。

由于彩色墨水和颜料的化学特性，用等量的三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷术中经常加入一种真正的黑色（Black）。黑色用K表示，CMY颜色空间称为CMYK颜色空间。48⑶XYZ颜色空间在RGB的颜色空间匹配式C=rR+gG+bB中，通过试验，发现当匹配一些颜色的时候，r将取负值。这样一来既不利于计算，也不好理解，于是使用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中r、g、b均变为正值。这三种颜色被命名为X、Y、Z。49XYZ和RGB的关系对任一颜色C有C=xX+yY+zZ并且x+y+z=1，x、y、z均大于0。这样的颜色空间称为XYZ颜色空间，它和RGB颜色空间有如下的换算关系： X=0.490R+0.310G+0.20B Y=0.177R+0.812G+0.011B Z=0.010G+0.990B50XYZ和RGB的转换关系两组颜色空间坐标的相互转换关系为x=（0.490r+0.310g+0.200b）/（0.667r+1.132g+1.200b）y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）51⑷Lab颜色空间Lab颜色空间与设备无关。它既不依赖光线，也不依赖于颜料，它是一个理论上包括了人眼可以看见的所有色彩的色彩模式。Lab颜色空间由三个量组成：一个是亮度，即L；另外两个是色彩，用A和B来表示，A包括的颜色是从深绿色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉红色（高亮度值）；B则是从亮蓝色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黄色（高亮度值）。

52Lab颜色模型

53(5)HSB颜色空间

HSB颜色空间是以人对颜色的感觉为基础的一种颜色模式。它描述颜色的三个基本特征——色相H、饱和度S，和亮度B。54Photoshop中的取色框

55色彩的象征意义色彩直接联想象征意义●太阳、旗帜、火、血热情、奔放、喜庆、幸福、活力、危险●柑桔、秋叶、灯光金秋、欢喜、丰收、温暖、嫉妒、警告●光线、迎春花、梨光明、快活、希望、帝王专用、古罗马高贵●森林、草原、青山和平、生意盎然、新鲜、可行性●天空、海洋理智、平静、忧郁、深远、西方名门血统●葡萄、丁香花高贵、庄重、神秘、我国和日本昔日服装最高等级、古希腊的国王服饰●夜晚、没有灯光的房间严肃、刚直、恐怖●雪景、纸张纯洁、神圣、光明●乌云、路面、静物平凡、朴素、默默无闻、谦逊56实验4以Photoshop为工具，处理给定的图像。详见实验4（图像编辑）指导。57SHOTOSHOP简介AdobePhotoshop是美国Adobe公司开发的图像处理软件，目前广泛应用在广告设计、网页设计、包装设计、封面设计、插图漫画设计、婚纱照片处理等各个领域，无论在电影电视、报刊书籍还是在互联网上，到处可以看到用Photoshop设计出来的精美图像。58SHOTOSHOP功能支持多种图像文件格式：20多种支持多种颜色模式；处理图像尺寸和分辨率；具有分层编辑图像功能；具有绘图和路径功能；具有强大的区域选取功能；具有色调和色彩调节功能；具有丰富的滤镜效果；可以进行图像的旋转和变形；具有开放性；（可以来自扫描仪、数码相机等的图片）。59菜单File菜单Edit菜单Image菜单Layer菜单Select菜单Filter菜单View菜单Windows菜单60工具箱

文字工具缩放工具矩形选取工具移动工具魔术棒工具切片工具历史刷工具刷笔工具套索工具剪切工具明暗工具渐变工具笔尖工具橡皮擦工具模糊工具复原刷工具吸管工具徒手工具前景颜色背景颜色标准窗口标准模式编辑快速蒙版模式编辑全屏幕模式前、背景切换带菜单条全屏幕模式注释工具路径选择工具矩形工具克隆图章工具61图像处理软件Photoshop●●

扫描输入功能——运行扫描驱动程序，驱动扫描仪，进行扫描编辑●图像编辑功能——色彩变换，尺寸变换，抠图，组合等●图层编辑功能——变换图层，图层融合，合并图层●打印输出功能——彩色RGB输出●文件管理功能——打开各类文件、保存多种文件格式●傻瓜编辑功能——图像调整，丰富多彩的滤镜图像处理软件的特点●使用要求●硬盘≮150MB，内存≮64MB●彩色模式≥16位，显示≥800×600●若安装到C:盘以外的驱动器时，C:盘至少保留16MB的可用空间62●●

双击Photoshop图标等待启动启动与界面●

Photoshop界面功能菜单辅助工具栏工具盒图像编辑窗口导航器窗口颜色窗口历史记录窗口图层窗口状态栏文件操作，图像编辑功能用于工具盒工具的参数调整各种图像编辑工具图层中的图像编辑调整工具的若干参数调整和选择颜色撤销和恢复编辑操作选择和设置图层关系状态提示和工具提示63打开图像(1)选择“文件／打开”菜单(2)选择图像文件单击“打开”按钮(图像预览)●判断图像类型(3)选择“图像／模式”菜单(4)观察菜单中的“√”项●

RGB颜色模式●

8位/通道8×3=24bit(绝大多数图像)●

可编辑、添加滤镜的图像●灰度●RGB●CMYK●索引颜色(256色)图像不能使用滤镜64●改变图像显示尺寸●[操作步骤](1)选择放大镜工具(3)一次性放大与缩小●鼠标右键单击图像，在菜单中选择某种尺寸图像充满可显示区(用于整体观察)以96dpi显示图像(1:1)(常用于编辑细节)以打印分辨率显示图像(意义不大)●本操作只改变图像的显示尺寸，不改变实际尺寸●

左键单击图像——放大一级(光标形态)●〈Alt〉+左键单击图像—缩小一级(光标形态)(2)随意放大与缩小+-65调整色相、饱和度和明度●调整色相●

[操作步骤](2)确定“预览”有效(1)选择“图像/调整/色相/饱和度”菜单(3)调整色相，观察图像原图像颜色分布调整后的色相●原图像●色相调整后ABAB66●改变饱和度和明度●

[操作步骤](1)确定“预览”有效(2)调整饱和度(3)调整明度(4)单击“好”按钮●颜色不宜过饱和，否则颜色失真●过饱和图像●饱和图像●原图像●增加明度67调整亮度与对比度(2)调整“△”，改变亮度和对比度(3)单击“好”按钮(1)选择“图像／调整／亮度/对比度”菜单●

[操作步骤]●目的：使图像更醒目，修复灰暗图像●原图●调整后●技巧(1)亮度可增加多一些(2)对比度稍做增加即可●对比度不能过度增加，否则严重丢失颜色68移动、复制局部图像●

移动选区轮廓单击工具，鼠标拖曳选区移动●

剪切选区图像选择工具，光标，鼠标拖曳●

复制选区图像选择工具，光标，[Alt]＋鼠标拖曳●

使用剪贴板复制——选择“编辑/拷贝”或按〈Ctrl〉+〈C〉键粘贴——选择“编辑/粘贴”或按〈Ctrl〉+〈V〉键

●粘贴将形成新的图层69●利用选区编辑图像举例(3)选择“图像／调整／去色”，背景去色(1)设置“荷花”选区(磁性套索工具)●图像去色(2)对调选区(“选择反选”)，选取背景●复制图像(4)对调选区，选取“荷花”(5)选择工具,〈Alt〉+鼠标拖曳,复制“荷花”(6)选择“编辑/变换/缩放”，调整“荷花”大小(7)双击“荷花”，结束缩放(8)单击工具，右键单击选区，“取消选择”70改变几何形状(1)选择“图像／图像大小”菜单(2)改变图像的像素数值(适用于显示用图像)(6)单击“好”按钮●[操作步骤](3)改变文档大小(适用于印刷用图像)(4)保持宽/高比(5)选择改变图像尺寸的算法(两次立方)●图像不宜过度放大，否则严重影响图像质量●改变图像尺寸71●改变形状●[操作步骤](1)用选区设置工具画出范围(2)选择“编辑/变换/透视”菜单(3)鼠标拖曳制作梯形(1)用选区设置工具画出范围(2)选择“编辑/变换/斜切”菜单(3)鼠标拖曳制作平行四边形(1)用选区设置工具画出范围(2)选择“编辑/变换/扭曲”菜单(3)任意拉伸，形成扭曲形状72●图像翻转(1)用选区设置工具画出图像范围(2)选择“编辑/变换/水平翻转”菜单或“编辑/变换/垂直翻转”菜单(3)图像自动翻转●[操作步骤]正常水平翻转正常垂直翻转(1)用选区设置工具画出图像范围(2)选择“编辑/变换/旋转”菜单(3)鼠标左键拖动，做任意角度旋转(4)需要按照角度旋转时，在辅助工具栏的“设置旋转”框内输入角度值即可●图像旋转73色调调整(1)选择“图像/调整/色彩平衡”菜单(2)选择色调范围(4)单击“好”按钮●调整