计算机图象基础

计算机图象基础2023/5/192人眼视觉特性视觉系统对颜色的感知对比度分辨力马赫效应视觉惰性可见光范围视觉错觉2023/5/193视觉系统对颜色的感知颜色是视觉系统对可见光的感知结果。2023/5/194三刺激理论绝大部分可见光谱对眼睛的刺激效果都可以用红（700nm）、绿（）、蓝（）三色光按不同比例和强度的混合来等效表示。2023/5/195对比度（Contrast）由于背景的不同人眼对于色彩和亮度的感觉也不相同2023/5/196分辨力人眼分辨率的张角(眼睛的分辨率指眼睛能够分辨两个相邻近的点或线的能力，通常以刚能被分开的两点或两线对眼睛瞳孔中心的张角来表示)是6分，即0.1度，也就是圆周的1／36002023/5/197马赫效应(Machbandeffect)有一定反差的图象临界部位，在视觉上给人以特别白或特别黑的感觉视觉心理学2023/5/198视觉惰性图象一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个图象的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留性。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为至秒。视觉暂留性事实上是近代电影与电视的基础，因为运动的视频图象都是运用快速更换静态图象，利用视觉暂留性而在大脑中形成图象内容连续运动感觉的。光栅扫描技术、计算机动画设计也利用了视觉暂留性，精确安排视觉暂留时间。2023/5/199可见光谱1666年牛顿(IssacNewton1643~1727)以三棱镜分解太阳光，发现其由许多不同色光诸如红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等所组成。2023/5/1910视觉错觉感觉常常给我们错误的印象，从而也影响到我们的认识。视觉错觉是最明显的例子。大量的实验说明视觉错觉不仅存在，而且几乎不能纠正。观察附录的例子2023/5/1911主要内容人眼视觉特性颜色颜色模型错觉的一些例子2023/5/1912颜色白色及颜色光谱普通的白光—由阳光或灯泡发出的白光，它包含了虹的全部颜色。让白光通过棱镜就会折射出彩色光谱。一般可以分解成为红，橙，黄，绿，兰，靛，紫七色—组成了可见光光谱。这就是人类肉眼可见光的电磁谱的频率。2023/5/1913光是一种电磁波可见光波长范围380nm~780nm。380nm以下：紫外线(Ultraviolet)380nm~450nm：紫(Violet)450nm~490nm：蓝(Blue)490nm~560nm：绿(Green)560nm~590nm：黄(Yellow)590nm~630nm：橙(orange)630nm~780nm：红(red)780nm以上：红外线(Infrared)2023/5/1914色盲测试石原氏(Ishihar)色盲测试图(图中数字为17)人眼对颜色反应的差异2023/5/1915光谱与颜色可见光谱的每一部分都有它自己唯一的值，它被称之为颜色。理论上可以有无数种颜色，但人眼能区别的颜色是有限的。人眼有把多种颜色相混合的能力,可即多种波长的光相混呈一种颜色。人眼看到的颜色实际上是由多种颜色相混后的结果，光是用波长来测量的。光与任何能量波一样具有波动的波峰及波谷。光的能量可以用两个波峰(或波谷)之间的距离来测量。人能见到不同的光波长则呈不同的颜色。长波长看起来呈红色，而较短波长看起来呈蓝色。光是由许多不同的波长构成的，白光含有全光谱的波长。2023/5/1916色调（Hue）色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等。色调大致对应光谱分布中的主波长。2023/5/1917饱和度（Saturation）饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低。高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光。2023/5/1918明亮度（Luminance）明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗。大量试验表明，人的眼睛能分辨128种不同的色调，10－30种不同的饱和度，而对亮度非常敏感。人眼大约可以分辨35万种颜色。2023/5/1919主要内容人眼视觉特性颜色颜色模型错觉的一些例子2023/5/1920颜色模型（colormodel）用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色空间。HSL颜色模型：对于人来说，用色调、饱和度和亮度来定义颜色。RGB颜色模型：对于显示设备来说，用红、绿、蓝荧光体的发光量来描述颜色。CMYK颜色模型：对于打印设备来说，使用青色、品红、黄色和黑色颜料的用量来指定颜色。2023/5/1921显示分辨率计算机屏幕上的每一个象素(pixel)对应内存中的一个数值，显示硬件解释该数值，以产生实际的色点。屏幕上象素的点数及颜色值决定了显示的解析度。屏幕上水平方向的象素个数叫水平解析度，每一列上象素的个数叫垂直解析度。640×480800×6001024×7681280×10241600×12802023/5/1922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。常用单位为DPI（dotsperinch），即每英寸多少点。2023/5/1923颜色深度1位2种颜色2位4种颜色4位16种颜色8位256种颜色16位65536种颜色24位1677万种颜色32位1677万种颜色和256级灰度值36位687亿种颜色和4096级灰度值2023/5/1924计算机显示器颜色定义标准VGA显示模式是8位显示模式，即在该模式下能显示256种颜色高彩色（HICOLOR）显示是16位显示模式，能显示65536种颜色，也称64K色真彩色（TRUECOLOR）显示模式是24位显示模式，能显示1677万种颜色，也称16M色，这是现在一般PC机所能达到的最高颜色显示模式，在该模式下看到的真彩色图象的色彩已和高清晰度照片没什么差别了。2023/5/1925图象文件存储颜色格式图象文件的存储格式非常多，例如TRUEVISION公司设计的32位TGA文件格式，在该种格式文件中，32位被分为两部分，其中24位是颜色部分，另外8位是ALPHA值部分，记录着256级灰度，用以加强真彩色的质量。2023/5/1926发射光与反射光发射光是激励光源发出的光，如阳光，灯光或计算机监视器等。反射光是从物体表面上被反射的光，在观察任何一种非发光物体时，人眼能见到的是反射光。发射光可以是全彩色(白光)或是任何几种光的组合或仅是一种特殊的光。发射光由光源直射人们的眼睛时，便可以看见带色光源发出的颜色，从物体上反射出来的光，颜色是可以改变的。因为从光源中发出的一些光的能量可被物体吸收，只有那些没有被吸收的能量或颜色被反射出去而被人们的眼睛所接收。2023/5/1927图像的RGB和CMYK色彩模型计算机监视器上的颜色与打印出来的颜色使用不同的原理。在CG（电脑图像）设计中，使用RGB色彩模式RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一。CMYK色彩模式印刷的颜色标准2023/5/1928RGB色彩模式在显示器上，是通过电子枪打在屏幕的红、绿、蓝三色发光极上来产生色彩的。目前的电脑一般都能显示24位颜色，约有一百万种以上的颜色。它所显示的颜色还不能完全吻合自然界中的所有色彩的，但我们肉眼几乎是不能分辩出来了。2023/5/1929加法混合(AdditiveColorsystems)RGB是以颜色发光的原理来设计，通俗点说它的颜色混合方式就好象有红、绿、蓝三盏灯，当它们的光相互叠加时，色彩相混，而亮度等于三者亮度之总和，即加法混合。有色光可被无色光冲淡并变亮。如蓝色光与白光相遇，结果是产生更加明亮的浅蓝色光。红、绿、蓝三个颜色通道每种色各分为255阶亮度，在0时“灯”最弱，而在255时“灯”最亮。当三色数值相同时为无色彩的灰度色，而三色都为255时为最亮的白色，都为0时为黑色。2023/5/1930CMYK色彩模式用反光的原理来设计专门针对印刷业设定的颜色标准，是通过对青(C)、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)四个颜色变化以及它们相互之间的叠加来得到各种颜色的，CMYK即是代表青、洋红、黄、黑四种印刷专用的油墨颜色，也是Photoshop软件中四个通道的颜色。2023/5/1931减法混合(SubtractiveColorsystems)CMYK是以光线的反射原理来设计，所以它的混合方式刚好与RGB相反，是“减法混合”——当它们的色彩相互叠合的时候，色彩相混，而亮度却会减低。在软件中，青、洋红、黄、黑四个通道颜色每种各按百分率记算，100％时为最深，0％时最浅，而黑色和颜色混合几乎没有太大关系，它的存在大多是为了方便地调节颜色的明暗亮度。与加法混合一样，三色数值相同时为无色彩的灰度色。在现实中，打印用的墨水很少能吸收全部光，因而这三种颜色相组合时形成深棕色，为了解决这个问题，在印刷和打印时加入黑墨以打印真正的黑色色调。2023/5/1932光线怎样通过印刷品进入眼睛把四种不同的油墨相叠地印在白纸上后，由于油墨是有透明度的，大部分光线第一次会透过油墨射向纸张，而白纸的反光率是较高的，大部分光线经白纸反射后会第二次穿过油墨，然后射向眼睛，此时光线对油墨的透射就产生了色彩效果。实际上这时我们就好象在看着多个重叠的有色玻璃一般，光线多穿过一层，亮度就降低一些，而颜色也会相互混合一次.2023/5/1933光线怎样通过印刷品进入眼睛2023/5/1934RGB与CMYK颜色转换四色打印机采用CMYK颜色系统。RGB转换成CMYK时，关键问题是颜色保证能够从一种模式转换到另一种模式。RGB是基于发射光原理，而CMYK是基于反射光原理的，这两种光根本性质是不相同的，因此，在监视器上所见到的图形的颜色决不能在打印机中被精确地复制出来。因为要克服在打印过程中需加入黑墨的问题。把RGB文件转换成CMYK文件时颜色深度用32位表示。2023/5/1935RGB模型到CMYK模型的转换分色算法（F代表白色）2023/5/1936RGB和CMYK色彩模式比较CMYK颜色种数少于RGB颜色。色彩不如RGB色丰富饱满。CMYK颜色种数没有RGB色多，当图像由RGB色转为CMYK色后颜色会有部分损失（从CMYK转到RGB则没有损失）。CMYK是唯一一种能用来进行四色分色印刷的颜色标准。加法混合的特点：越叠加越亮。减法混合的特点：越叠加越暗。2023/5/1937颜色的输入2023/5/1938用二值图模拟灰度图(图象打印)因为非彩色打印机只能打出黑点，常常用半色调点(halfloneSpots)来模拟产生灰度色调(gyaytones)。它们利用人视觉效应能把黑点及白色空间相组合而形成灰度的原理，通过黑点的排列组合便可模拟灰度等级。平板印刷术从十九世纪初就采用这一原理。半色调——把一个区域上的灰度分解成许多单个黑点的打印机理。半色调还用一种颜色模拟不同的色调。2023/5/1939半色调许多小黑点结合看起来呈灰色。这里都涉及到了肉眼的分辨能力，即视觉分辨角。视觉分辨角是指人类肉眼能分辨出的两个点的最小视角。如果实际视角小十此值，人眼就觉得这是一个点，看不出构成图像的像素点，图像就均匀自然。正常视力者这个角度在1’--1.5，之间。2023/5/1940打印机表现半色调打印机半色调灰度由栅格中的点图案构成2023/5/1941打印机表现半色调的例子用300dpi分辨率的激光打印机打印一个256种灰度值图时产生了很大的半色调单元2023/5/1942印刷半色调印刷半色调2023/5/1943抖动算法抖动的例子：彩色喷墨打印机2023/5/1944图象处理理论图像处理的色度学基础色彩混合定律，色彩视觉理论，明视觉与暗视觉，马赫效应与光强效应，三色系统与视觉模型，色彩表示方法，标准色度学系统，孟塞尔标色系统，奥斯瓦尔德标色法数字图像的计算机模式，图像的输入模式，图像的输出模式，通道演算及合成滤镜功能与分色校色批处理，清晰度与质感滤镜，晕开Blur，锐化Sharpen，底纹Texture，粒化Noise变形与表现法滤镜：点阵Pixelate，扭曲Distort，风格Stylize，水印Digimarc艺术化与着色滤镜：素描Sketch，描绘BrushStroke，渲染Render，美术Artistic2023/5/1945彩色→灰度转换公式2023/5/1946图象整数倍放大整数倍放大2023/5/1947图象插值放大像素插值：线形插值三次插值2023/5/1948点阵（光栅）图像素：图象元素空间尺寸：长、宽相对尺寸、物理尺寸、分辨率。与设备有关，显示器、打印机举例。颜色深度：1位，黑白；4位，16色；8位，256色或灰度；24位，16兆色(字节的倍数)尺寸、颜色深度、图象存储文件格式与文件大小特点：自然、真实感；消耗大量存储器；编辑困难2023/5/1949图象处理放大、缩小、旋转、翻传、变形分辨率亮度、对比度、色调、色度、平衡、映射颜色深度转换平滑、锐化去躁声（斑点）、加躁声（斑点）特殊效果演示2023/5/1950伽马(γ)校正各种涉及到光电转换的设备的输入输出特性曲线一般是非线性的，且表现为幂函数的形式：y＝xn输出＝(输入)γ（按照惯例，“输入”和“输出”都缩放到0～1之间）。所以整个图像系统的传递函数是一个幂函数。＝1×2×…×n2023/5/1951图象文件格式的存储演示：图象文件存储格式不同，大小不同。不压缩图象尺寸计算举例：

24位彩色：1024×1024×3=3145728字节

8位彩色：1024×1024×1=1048576字节2023/5/1952Web页面图象格式1－GIFDOS文件扩展名：gif256色LZW压缩技术(无损压缩算法)87a及89a版本。98a版本支持动画、透明处理GIF图象演示：1.动画；2.透明；3.彩色丢失图象所有像素颜色相近时，转换为GIF格式，信息丢失较少GIF动画制作演示2023/5/1953Web页面图象格式2－JPGJointPhotographicExpertsGroupDOS文件扩展名：jpg有损压缩算法，压缩比的大小影响信息损失多少。图象变化大的地方损失大。16兆种颜色，32位颜色深度压缩比和信息丢失演示2023/5/1954矢量图形计算机用命令及数学公式描述物体。例如：画圆心坐标为X=100，Y=100，半径为20像素的圆。可用命令表示为：

MOVETO100,100 CIRCLE20放大、缩小时不会失真可编辑单个物体节省存储器空间常用软件：CorelDRAW、CAD软件不自然、复杂2023/5/1955图像的分类矢量图形 点阵图2023/5/1956点阵和矢量图的转换矢量→点阵：示例点阵→矢量：转换软件2023/5/1957MPG－动态压缩技术MP2－动态图象压缩技术，VCDMP3－动态声音压缩技术。可压缩10倍以上。 640M÷20首=32M/首MP42023/5/1958数制转换数制： 二进制：0，1 十进制：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9 十六进制：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，A，B， C，D