第五章 PS图形图像处理

图形图像处理Photoshop1随着材料科学研究的深入和发展，计算机图像分析系统逐渐成为辅助研究材料结构与性能之间定量关系的一种重要的手段。比如：在晶粒度测量、夹杂物的评级、相分析（包括测各相的含量和形状因子等）以及显微硬度、孔隙率、球化率、圆度和涂层厚度等的测定中，计算机图像分析系统的引入极大地提高了这类定量分析的质量，说明材料科学研究的数字化时代已经到来。本节课主要介绍如何利用常用的photoshop软件进行材料的光学显微镜或电子显微镜图像的分析与处理，了解材料科学研究中利用计算机图形和图像分析与处理的基本方法。概述2图像处理

粗略地说，图像是任一二维或三维景物呈现在人们心目中的影像。确切地说：图像是一种代表客观世界中某一物体的、生动的图形表达，包含了描述其所代表物体的信息。就本课程来说，图像是指由各种材料表征手段（如光学或电子显微镜、光谱等）所获得的有关材料结构的各种影像。

3

图像处理就是按特定的目标，用一系列的特定的操作来“改造”图像。所谓特定的目标，可以是使图像更清晰、更美丽动人，也可以是从图像中提取某些特定的信息。本课程所涉及的图像处理，主要是对各种表征手段获得的影像进行“加工”，从中提取有关材料结构的信息。4

数字图像的获得途径一般的图像（即模拟图像）不能直接用数字计算机来处理。

各类图像转化成数字图像CCD图像采集系统（CCD摄像头、图像监视器、图像卡以及计算机硬件系统和图像采集处理软件系统组成）扫描仪图像采集系统（平板式扫描仪、主机插槽的接口卡以及计算机软硬件系统）5目录一、图形图像基础知识二、图像处理基础知识三、图层的应用四、选区与路径五、色彩校正6一、图形图像基础知识7Photoshop适用领域Photoshop是Adobe公司开发的数字图像编辑软件，是目前最流行的图像处理软件。以其强大的图像编辑、制作、处理功能、操作简便实用而备受广大用户的青睐，主要应用于平面印刷、建筑装潢、网页制作、照片修复等领域。8像素在Photoshop中，像素（Pixel）是组成图像的最基本单元，它是一个方形的色块，每个色块有自己特定的位置和颜色值。在Photoshop中用缩放工具将图像放到足够大时，可以看到类似马赛克的效果，一个小方块就是一个像素。一幅图像单位面积内的像素越多，图像的质量就越好。9分辨率分辨率（Resolution）是和图像相关的一个重要概念，它是衡量图像细节表现力的技术参数。图像分辨率：图像中每单位打印长度像素（点）的数量。单位：像素／英寸(dpi)10位图(点阵图)位图也称为点阵图或像素图，计算机屏幕其实就是一张包含大量像素点的网格。多个像素的色彩组合就形成了图像，称之为位图。位图图像的质量与分辨率有关，就是说，如果在屏幕上把一幅低分辨率的图像放大较大的倍数，点阵图像就会出现锯齿状的边缘。一般来说，直接通过照相、扫描得到图形都是位图图像。常用的位图软件有photoshop等。11矢量图矢量图形是一种数字图形，由直线、曲线、文字和色块组成。而这些曲线和文字以数学公式来描述。矢量图形与分辨率无关，把它们缩放到任意尺寸并按任意分辨率打印，也不会丢失细节或降低清晰度，矢量图形常用于标志设计、工程绘图。常用的矢量绘图软件有AutoCAD等。PPT中插入的结构组织图也是矢量图。12位图与矢量图的区别他们最简单的区别就是：矢量图可以无限放大，而且不会失真，而位图不能。位图由像素组成，而矢量图由矢量线组成。位图可以表现的色彩比较多，而矢量图则相对较少。13位图图像格式PSD：PSD格式是Photoshop专用的图形文件格式，它有其它文件格式所不能包括的关于图层、通道及一些专用信息。因此，如果图像在没有定稿之前，应采用这种格式，便于以后的修改。 缺点：图像占用空间大；不通用。BMP：它是微软为Windows操作系统创建的一种格式，正因为是微软的东西，因此，它被多种软件所支持。颜色多达16位真彩色，质量上没有损失，但它的文件体积比较大。14位图图像格式JPEG：JPEG格式是一种有损压缩格式，其压缩技术十分先进。当您将图像保存为JPEG格式时，可以指定图像的品质和压缩级别，它可以把图片压缩得很小，所以很适合应用在网页的图像中。它支持24位真彩色，能表现丰富的色彩。现在的数码照相机，多数采用JPEG格式。GIF：GIF格式最多只能包含256色，即索引色彩，支持透明背景，可以同时存储若干幅静止图像进而形成连续的动画。图像占用空间小，适于网络传输。这种格式适合表现那些包含有大面积单色区域的图像，以及所包含颜色不多的图像，如标志等。15Photoshop的界面第一次使用Photoshop的时候，大家可能因为它复杂的界面而头痛，其实不必担心，因为Photoshop已经为我们将各种功能分好了类，并按不同的分类编排了布局，让大家使用起来能够得心应手。打开Photoshop之后，我们就会看到如下图所示的工作界面。16菜单属性面板工具面板画布“缩放”工具17标题栏这里显示当前应用程序的名字（即AdobePhotoshop），当我们将图像窗口最大化显示时，这里会改为显示当前编辑图像的文件名及色彩模式和正在使用的显示比例。标题栏右边的三个按钮从左往右依次为最小化、最大化和关闭按钮，分别用于缩小、放大和关闭应用程序窗口。18菜单栏使用菜单栏中的菜单可以执行Photoshop的许多命令，在该菜单栏中共排列有9-10个菜单，其中每个菜单都带有一组自己的命令。19工具箱工具箱中的工具大致可以分为：

选择工具、绘图工具、路径工具、文字工具、切片工具以及其它类的工具，此外还有一些提供独立控制功能的按钮和选项。工具面板工具箱包含了Photoshop中各种常用的工具，单击某一工具按钮就可以调出相应的工具使用。2021状态栏窗口底部的横条称为状态栏，它能够提供一些当前操作的帮助信息。状态栏22PS常用快捷键Ctrl+N建立新文件Ctrl+C复制Ctrl+S保存Ctrl+V粘贴Ctrl+D取消选择区Shift+Ctrl+I反向选择区Ctrl+R显示标尺Ctrl+;显示参考线Ctrl+Z撤消上一步 Ctrl+Alt+Z撤消上几步Alt+Delete填充前景色 Ctrl+Delete填充背景色23练习：熟悉浮动面板的操作（隐藏、显示、组合、分离）新建一个文件（大小：500×400像素、分辨率：72dpi、背景内容：透明）打开“荷花”文件，选择工具箱中的放大镜工具，将图像放大至1600％，查看图像中的像素显示效果。24二、图像处理基础知识251选取工具的使用选框工具套索工具魔棒工具26选框工具：创建规则选区27新选区的创建模式设置选区边缘的虚化程度，用于创建圆角选区设置选区大小的方式注意：按住Shift键，可创建正方形．选框工具按钮的属性栏28套索工具创建不规则选区其使用方法是按住鼠标键拖拉，随着鼠标的移动可形成任意的选择范围。29魔术棒工具根据取样点的颜色，来选择周围连续的、颜色相似的一片图象。使用方法：在图象上欲选定的相似颜色区域中任意点单击，则自动选择选区．可以通过控制容差的大小调整该选区的精确程度302选区的编辑操作移动选区选区的取消——Ctrl+D扩展选区操作：“扩大选区”、“选区相似”、选区的羽化“存储选区”和“载入选区”“选择”菜单的子菜单31扩大选取此项命令用于将选区在图像上延伸，把连续的、颜色相近的像素点一起扩充到选择区域内，颜色相近程度由魔棒工具的容差值决定。选取相似此项命令的作用和“扩大选取”命令的作用相似，但是它所扩大的范围不局限于相邻的区域，它可以将不连续的颜色相近的像素点扩充到选择区域内。32羽化此命令用于在选择区域中产生边缘模糊效果，打开对话框，在“羽化半径”文本框中输入边缘模糊效果的像素值，其值越大，模糊效果越明显。33选区的修改选择/修改命令用于修改选区的边缘设置。它的子菜单中有四个选项，分别为“扩边”、“平滑”、“扩展”和“收缩”项，34存储选区该命令用于将当前的选择区域存放到一个新的Alpha通道中。执行“选择”>“存储选区”命令，将弹出“存储选区”对话框。可以在对话框中设置保存通道的图像文件和通道的名称，如何新建通道的“名称”缺省，系统将以“Alpha1、Alpha2…”自动命名。35载入选区

执行“选择”>“载入选区”命令，将弹出“载入选区”对话框。该项命令用于调出Alpha通道中的选择区域，可以在“载入选区”对话框中设置通道所在的图像文件以及通道的名称。363图像的绘制图像绘制工具画笔工具铅笔工具37“画笔”工具设置颜色的浓度设置透明程度所绘图像与图像原有底色的混合模式预设值笔形设置

“铅笔”工具默认情况下，画笔工具创建柔边笔迹，而铅笔工具创建硬边手画线按住“Shift”键，拖曳鼠标，可绘制水平、垂直或倾斜45°的直线384图像的填充图像的填充使用“油漆桶”工具执行菜单命令：“编辑”\“填充”使用“渐变”工具39“油漆桶”工具填充内容：前景色或图案填充与取样点相邻的颜色相似的像素区域在使用“油漆桶”工具填充时，填充效果和单击点的位置有很大关系，因为它的工作原理是填充与取样点颜色相似的像素区域。40通过菜单命令填充执行“编辑”／“填充”快捷键Ctrl+Delete41举例——使用油漆桶及画笔工具42“渐变”工具渐变方式渐变色彩（1）线性渐变（2）径向渐变（3）角度渐变（4）对称渐变（5）菱形渐变43举例——利用渐变工具绘制彩色气球445图像修复工具的使用图像修补工具图章工具橡皮擦工具45图像修补工具：修复画笔工具修补工具污点修复画笔工具红眼工具46修复画笔工具“模式”：选取混合模式：“替换”、“正常”、“正片叠底”、“滤色”、“变暗”、“变亮”、“颜色”和“亮度”等模式。“源”：“取样”可以使用当前图像的像素，而“图案”可以使用某个图案的像素。如果选取了“图案”，可从“图案”弹出式调板中选择图案。用于校正图像中瑕疵47污点修复画笔工具使用方法：在污点处直接点击，会自动用周围的像素颜色修补。红眼修复工具使用方法：在红眼处直接点击，会自动修复。48图章工具仿制图章工具图案图章工具49仿制图章工具“对齐的”：确定想要对齐样本像素的方式。如果选择，您可以松开鼠标按钮，当前的取样点不会丢失。如果取消选择“对齐的”，则每次停止和继续绘画时，都将从初始取样点开始应用样本像素。“用于所有图层”：可以从所有可视图层对数据进行取样；取消选择“用于所有图层”将只从现用图层取样。通过在任意打开的图像中定位指针，然后按住“Alt”键并单击来设置取样点。从图像中取样，再将样本应用到其它图像或同一图像的其它部分。50图案图章工具“图案”：选择图案。“印象派效果”：可以对图案应用印象派效果。用图案绘画，可以从图案库中选择图案或者创建您自己的图案。51橡皮工具橡皮擦工具背景橡皮擦工具52橡皮檫工具“画笔”：选取画笔并设置画笔选项，该选项不适用于“块”模式。“模式”：选取橡皮擦模式：“画笔”、“铅笔”或“块”。“不透明度”：指定不透明度以定义抹除强度。“流量”：在“画笔”模式中，指定流动速率。“抹到历史记录”：要抹除图像的已存储状态或快照，请在“历史记录”调板中单击状态或快照的左列，然后选择选项栏中的“抹到历史记录”。53背景色橡皮檫工具用于在拖移时将图层上的像素抹成透明，从而可以在抹除背景的同时在前景中保留对象的边缘。546图像修饰工具的使用图像润色工具的使用图像清晰化工具的使用55图像润色工具减淡工具加深工具56加深工具和减淡工具“范围”：选择图像中要更改的对象：“中间调”、“暗调”、“高光”“喷枪”：将画笔用作喷枪。减淡或加深工具采用了用于调节照片特定区域的曝光度的传统摄影技术，可用于使图像区域变亮或变暗。加深工具减淡工具57图像清晰化工具模糊工具锐化工具58模糊工具和锐化工具模糊工具可柔化图像中的硬边缘或区域,以减少细节。锐化工具可聚焦软边缘,以提高清晰度或聚焦程度。597文字的输入与编辑“文字”工具的使用60字符控制面板字符格式设置：段落控制面板61文字输入方法：

--点输入法：用于输入单个文字；选定文字工具按钮，在图片中单击鼠标，单击的位置将出现文本输入光标，可输入文字。--框选输入法：用于输入段落文字：选择文字工具，在图像中按下鼠标左键并拖曳鼠标，图像中会出现一个文字界定框，在其中输入的文字将在界定框中自动换行显示。如果输入的文字过多，超出界定框范围的文字会被隐藏。62路径的作用绘制矢量图型，如卡通画、标志等创建复杂的选区，即可将路径转换为选区路径的特点路径是一些矢量式的线条，因此无论缩小或是放大路径，都不会影响其分辨率或是平滑程度。路径的使用63路径的创建“钢笔”工具：是基本的路径绘制工具，可用它绘制直线或曲线路径，并可对路径进行简单编辑。“自由钢笔”工具：可绘制任意形状的曲线路径。选择该工具后，在图像窗口单击即可确定路径起点，按住鼠标左键拖动即可绘制路径。“添加”/”删除“锚点工具：添加或删除路径上的节点“转换点”工具：切换直线点或曲线点64路径选择工具路径选择工具

用于选择一个或几个路径，并对之进行移动、组合、对齐、平均分布或变形、删除等操作。直接选择工具

可选择路径上的部分锚点或线段，然后可移动、调整路径的方向点和方向线，而其他未被选中的锚点或路径段则不被改变。65路径的编辑路径的显示单击路径面板上的路径名路径的隐藏在路径面板的灰色空白区域单击Ctrl+H路径的变换与组合路径的描绘与填充路径与选区的转换66路径的变换与组合用路径选择工具选择路径后；执行菜单命令：“编辑”/”自由变换路径”；先单击选择路径选择工具的属性栏上的路径组合方式按钮，然后单击“组合”按钮；路径的描绘与填充方法一：单击“路径”面板下方的“描边路径”按钮或“填充路径”按钮；方法二：单击“路径”面板弹出菜单中的“描边路径”命令或“填充路径”命令。路径转换为选区执行“路径”面板弹出菜单中的“建立选区”命令；单击“路径”面板下方的“建立选区”按钮；选区转换为路径执行“路径”面板弹出菜单中的“建立工作路径”命令；单击“路径”面板下方的“建立工作路径”按钮；67举例——在图片中添加文字效果68三、Photoshop图层的应用69层(Layer)Photoshop中的图像通常由多个图层组成。将不同的图像放在不同的图层上，可以独立处理某一图层而不影响图像中其它图层的内容。举个例子，好像将一张玻璃板盖在一幅画上，然后在玻璃板上作图，不满意的话，可以随时在玻璃板上修改，而不影响其下的画。这里的玻璃板，就相当于Photoshop中的层，而且在Photoshop中，这样的"玻璃板"可以有无限多层。70图层71“图层”面板图层显示图标图层锁定按钮设置图层的混合(合成)模式背景图层文字图层形状图层新调整图层普通图层新建图层删除图层图层样式图层链接72图层基本操作新建图层复制图层删除图层链接图层合并图层73图层类型背景图层:在图层面板的最下方,一幅图象中可以没有背景图层,有只能有一个;不能设置背景层的合成模式和图层样式;文字图层:使用文字工具在图象中输入文字,会自动生成文字图层;在此图层状态下,可以利用文字工具属性栏对文字进行编辑,但某些命令不能执行,需要通过”删格化”将其转换成普通图层再执行相应操作;形状图层:由钢笔工具和矢量绘图工具在”形状图层”模式下绘图而自动生成的;新调整层和新填充层:本身不含图象信息,作用是对其下方的图层进行色调和色彩的调整;普通图层:最常见的图层,可以实现photoshop的所有功能,通过新建图层按钮和新建图层命令建立;74将背景层转换为普通图层执行“图层”/”新建”/“背景图层”命令，默认名称“图层0”；将普通图层转换为背景层执行“图层”/”新建”/”图层背景”命令；将文字图层转换为普通图层执行“图层”/”栅格化”/”图层”命令；将形状图层转换为普通图层执行“图层”/”栅格化”/”形状”命令；图层转换75图层样式图层样式的添加执行”图层”/”图层样式”子菜单中的命令;单击”图层”面板下方的“图层样式”按纽,在打开的列表中选择;双击要添加图层样式的图层,在打开的”图层样式”对话框中设置;76图层样式的复制与粘贴执行右键“拷贝图层样式”、“粘贴图层样式”命令图层样式的清除执行右键“清除图层样式”命令转换图层样式先在当前添加样式的图层上方新建一个图层，然后同时选择这两个图层，合并即可；77图层的应用图层的混合模式与图层的次序和文件的色彩模式均有关图层的复制与剪切“通过拷贝的图层”、“通过剪切的图层”此命令不经过系统中的剪贴板,不占用系统资源;78四、Photoshop选区与路径79路径(Path)路径这个概念相对来说较容易理解，所谓路径(Path),在屏幕上表现为一些不可打印、不活动的矢量形状。路径由定位点和连接定位点的线段(曲线)构成；每一个定位点还包含了两个句柄，用以精确调整定位点及前后线段的曲度，从而匹配想要选择的边界。80通道(Channel)我们可以把通道看作是某一种色彩的集合，如红色通道，记录的就是图像中不同位置红色的深浅（即红色的灰度）。通道中的纯白，代表了该色光在此处为最高亮度，亮度级别是255。通道中的纯黑，代表了该色光在此处完全不发光，亮度级别是0。81通道的产生通道最初是用来储存一个图像文件中的选择内容及其它信息的，大家极为熟悉的透明GIF图像，实际上就包含了一个通道，用以告诉应用程序(浏览器)哪些部分需要透明，而哪些部分需要显示出来。82通道究竟能干些什么举个例子，你费尽千辛万苦从图像中勾画出了一些极不规则的选择区域，保存后，这些选择即将消失。这时，我们就可以利用通道，将选择储存成为一个个独立的通道层；图像层是24位的，而通道层是8位的，保存为通道将大大节省空间；最重要的是一个多层的图像只能被保存为Photoshop的专用格式，而许多标准图像格式如TIF、TGA等，均可以包含有通道信息，这样就极大方便了不同应用程序间的信息共享。通道这一概念博大精深，一句两句话不可能说得很透彻，还需要在实际操作中去仔细体会。83蒙版蒙版的作用主要是便于修改，解决操作上的失误。好多效果不用蒙版照样做得出来的。Adobe公司出蒙版就是为了便于修改。蒙版的工作原理就是：白色完全显漏当前层（完全透明）黑色完全不显漏当前层（完全不透明）灰色半透明（根据你所选的灰度不同而有所变化）84五、Photoshop色彩校正85色光三原色原理电脑屏幕上的所有颜色，都是由红色、绿色、蓝色三种色光按照不同的比例混合而成的。一组红色、绿色、蓝色就是一个最小的显示单位。屏幕上的任何一个颜色都可以由一组RGB值来记录和表达。86颜色模式颜色模式决定用来显示和打印Photoshop文档的色彩模型，有RGB、CMYK、Lab、索引、灰度、位图、双色调等。RGB模式：是Photoshop中最常用的一种颜色模式，RGB模式由红、绿、蓝三种原色组合而成。自然界中肉眼所能看到的任何色彩都可以由这三种色彩混合叠加而成，因此也称为加色模式。图像如用于电视、幻灯片、网络、多媒体，一般使用RGB模式。87CMYK模式：是一种印刷模式，RGB产生色彩的方法为加色法，而CMYK产生色彩的方法为减色法。当阳光照射到一个物体上时，这个物体将吸收一部分光线，并将剩下的光线进行反射，反射的光线就是我们所看见的物体颜色。这是一种减色色彩模式，同时也是与RGB模式的根本不同之处。不但我们看物体的颜色时用到了这种减色模式，而且在纸上印刷时应用的也是这种减色模式。

CMYK代表印刷上用的四种颜色，C代表青色（Cyan）,M代表洋红色（Magenta）,Y代表黄色（Yellow）,K代表黑色（Black）。在实际引用中，青色、洋红色和黄色很难叠加形成真正的黑色，最多不过是褐色而已。因此才引入了K—黑色。黑色的作用是强化暗调，加深暗部色彩。88颜色模式位图模式：只有黑白两色，每个像素只含一位数据，文件尺寸最小。灰度模式：有256种色调的黑白图像，如同黑白照片，彩色转化成灰度后不可逆。索引颜色模式：索引色在印刷中使用很少，但在制作网页上却十分实用，但只能表现256种颜色，所以文件很小。89图像颜色模式转换在Photoshop中可以自由地转换图像的各种颜色模式，但在选择使用颜色模式时，通常要考虑：图像输出和输入方式：输出方式是指图像以什么方式输出，在打印输出时，通常使用CMYK模式存储图像。输入方式是指扫描输入图像时以什么模式进行存储，通常使用RGB模式，因为该模式颜色范围较大，便于操作。编辑时一般使用RGB模式，编辑完成后如有需要再转化成其他的模式。只有灰度模式的图像才能转换成位图模式。90图像的色彩控制色彩和色调调整主要是对图像的明暗度（亮度）、对比度、饱和度（彩度）以及色度的调整。控制色彩平衡。控制亮度/对比度。调整色相和饱和度。91图像色阶控制对图阶的色调进行控制主要是对图像明暗度的调整，比如当一个图像显得比较暗淡时，可以将它变亮一些，或者将一些颜色过亮的图像变暗。执行“图像→调整→色阶”命令，打开“色阶”对话框。用户可以在通道列表框中选定要进行色阶调整的通道。若选择RGB主通道，色阶调整将对所有通道起作用，若只选中R、G、B通道中的单一通道，则色阶命令将只对当前所选通道起作用。92色相,饱和度,亮度,色调色相：是从物体反射或透过物体传播的颜色。色相由颜色名称标识，如红色、橙色或绿色。饱和度：又称彩度，是指颜色的强度或纯度。亮度：是颜色的相对明暗程度，通常使用从0%（黑色）至100%（白色）的百分比来度量。色调：通常是指图像的整体明暗度。93通道混合器、渐变映射“通道混合器”命令可以指定改变某一通道中的颜色，并混合到主通道中产生一种图像合成的效果。“渐变映射”命令将相等的图像灰度范围映射到指定的渐变填充色。94照片滤镜、阴影/高光“照片滤镜”命令是模仿在相机镜头前面加彩色滤镜，以便调整通过镜头传输的光的色彩平衡和色温，得到胶片曝光的效果。“阴影/高光”命令适用于校正由强逆光而形成剪影的照片，或者校正由于太接近相机闪光灯而有些发白的焦点。在用其他方式采光的图像中，这种调整也可用于使阴影区域变亮。95曝光度“曝光度”命令是为了用于调整HDR图像的色调而设计的，但它也可用于8位和16位图像。曝光度是通过在线性颜色空间（灰度系数1.0）而不是图像的当前颜色空间执行计算而得出的。96变化、反相“变化”命令可以让我们很直观地调整色彩平衡、对比度和饱和度。此命令功能就相当于色彩平衡命令再增加色相/饱和度命令的功能，但它可以更方便地调节图像的色彩。“反相”命令可以反转图像中的颜色。在处理过程中，可以使用该命令创建边缘蒙版，以便向图像的选定区域应用锐化和其他调整。97色调均化、阈值“色调均化”命令可以重新分布图像中像素的亮度值，以便它们更均匀地呈现所有范围的亮度级。“色调均化”将重新映射复合图像中的像素值，使最亮的值呈现为白色，最暗的值呈现为黑色，而中间的值则均匀地分布在整个灰度中。“阈值”命令可以将一个彩色图像或灰度图像转换成只有黑白两种色调的图像。98色调分离“色调分离”命令可以指定图像中每个通道的色调级（或亮度值）的数目。色调分离与阈值命令的功能类似，阈值命令在任何情况下都只考虑两种