1、本章主要内容本章主要内容3.1颜色的基本知识3.2位图图像与矢量图形3.3 图像的数字化过程3.4 数字图像处理3.5 数字图像分析3.6图形图像文件3.1 颜色的基本知识3.1.1 颜色的基本概念n色相：颜色的相貌，人眼看一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，反映颜色的种类。如红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）等。n饱和度：是指颜色的鲜艳程度或纯度。n亮度：人眼感觉到的颜色明暗程度，与光的反射率相对应。最亮为白色，最暗为黑色。1、颜色的三要素2、三基色和混色1 1）三基色原理三基色原理n各种彩色光，都可由红（各种彩色光，都可由红（R R）、绿（）、绿（G G）、蓝（）、蓝（B
2、B）三）三种颜色光按不同比例相配而成；种颜色光按不同比例相配而成；n绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。2）混色（三基色光按不同比例相加可产生混色光）（三基色光按不同比例相加可产生混色光） 红色红色+ +绿色绿色= =黄色黄色 红色红色+ +蓝色蓝色= =紫色（也称品红）紫色（也称品红） 绿色绿色+ +蓝色蓝色= =青色青色 红色红色+ +绿色绿色+ +蓝色蓝色= =白色白色黄色、紫色和青色分别为红、绿、蓝三色的补色。黄色、紫色和青色分别为红、绿、蓝三色的补色。红蓝绿白黄青紫特别提示：特别提示： 1 1） 混色原理属于混色原理属于“加性加性”
3、颜色形成方法，计算机显颜色形成方法，计算机显示器就是采用这种原理产生颜色的。示器就是采用这种原理产生颜色的。在显示器屏幕的背面在显示器屏幕的背面涂满了能发出不同色光（红、绿、蓝）的化学物点，当电涂满了能发出不同色光（红、绿、蓝）的化学物点，当电子束扫描到这些点时，它们就会发光。电子束按逐行扫描子束扫描到这些点时，它们就会发光。电子束按逐行扫描方式对屏幕上的所有点进行扫描，扫描一遍就会形成一帧方式对屏幕上的所有点进行扫描，扫描一遍就会形成一帧彩色图像。彩色图像。 2 2）对于非专业应用来说，色调和色相的概念较难区）对于非专业应用来说，色调和色相的概念较难区分。有关颜色基本概念可参考相关专业资料，
4、或访问分。有关颜色基本概念可参考相关专业资料，或访问“配配色手册网站色手册网站”。3.1.2 计算机中的颜色模式图5-2 PhotoShop中的四种颜色模式图示LAB模式HSB模式RGB模式CMYK模式 颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色的一组规则。颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色的一组规则。利用不同的规则，可形成不同的颜色模式。在多媒体计算机的利用不同的规则，可形成不同的颜色模式。在多媒体计算机的图像处理过程中，通常使用图像处理过程中，通常使用RGBRGB、HSBHSB、LabLab、CMYKCMYK等多种颜色模等多种颜色模式。下图是式。下图是PhotoshopPhotosho
5、p软件中常用的四种彩色模式的表示与调整软件中常用的四种彩色模式的表示与调整方法。方法。 1、RGB颜色模式 所谓所谓RGBRGB颜色模式，就是用红（颜色模式，就是用红（R R）、绿（）、绿（G G）、蓝）、蓝（B B）三种基本颜色来表示任意彩色光。根据三基色原理，）三种基本颜色来表示任意彩色光。根据三基色原理，在在RGBRGB颜色模式中，任意彩色光颜色模式中，任意彩色光F F的配色方程可写成：的配色方程可写成： F= rR+gG+bBF= rR+gG+bB 其中其中r r、g g、b b分别代表对应色的分别代表对应色的比例系数，比例系数，rRrR、gGgG、bBbB分别分别代表代表F F色光的
6、红绿蓝三色分量。色光的红绿蓝三色分量。 在在MPCMPC中，使用最多的是中，使用最多的是RGBRGB颜色模式颜色模式，因为，因为MPCMPC彩色监彩色监视器的输入需要视器的输入需要RGBRGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在屏幕上合成所需的任意颜色。所以例，在屏幕上合成所需的任意颜色。所以显示输出一定要转显示输出一定要转换成换成RGBRGB颜色模式颜色模式。 2、HSB颜色模式 n色相：就是颜色。在 0 到 360 度的标准色轮上，按位置度量色相。平时把色相用颜色名称标识，如红色、橙色等。 HSB HSB颜色模式实际上是依据人眼的视觉特征，用颜颜色模式
7、实际上是依据人眼的视觉特征，用颜色的三要素色相、饱和度、亮度来描述颜色的基本特征，色的三要素色相、饱和度、亮度来描述颜色的基本特征，如图如图5-35-3。图5-3 HSB彩色模式图示 H：色相：色相 S：饱和度：饱和度 B：亮度：亮度 D：所有色相：所有色相 SBDHn饱和度：是指颜色的强度或纯度，表示色相中灰色分量所占的比例，它使用从 0%（灰色）至 100%（完全饱和）的百分比来度量。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。 n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。 在图像处理和计算机视觉中大量算法都基于在图像处理和计算机视觉中大量算法都基于
8、HSBHSB颜色模颜色模式，只要对亮度信号操作就可获得良好效果。因此，式，只要对亮度信号操作就可获得良好效果。因此，利用利用HSBHSB颜色模式中可以大大简化图像分析和处理的工作量。颜色模式中可以大大简化图像分析和处理的工作量。 3、CMY颜色模式 CMYCMY颜色模式是采用青（颜色模式是采用青（CyanCyan）、品红（）、品红（MagentaMagenta）、）、黄（黄（YellowYellow）三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法）三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。它通过颜料未吸收而反射出来的光线来判断颜色的，其原它通过颜料未吸收而反射出来的光线来判断颜色的，其原理称为理称为“减色减
9、色”原理原理。因为。因为所有的颜料都加入后才能成为所有的颜料都加入后才能成为纯黑，当颜料减少时才开始出现色彩，颜料全部除去后才纯黑，当颜料减少时才开始出现色彩，颜料全部除去后才成为白色成为白色。 虽然理论上利用虽然理论上利用CMYCMY三基色混合可以制作出所需要的各三基色混合可以制作出所需要的各种色彩，但实际上种色彩，但实际上同量的同量的CMY CMY 混合后并不能产生完善的黑混合后并不能产生完善的黑色或灰色色或灰色，因此在，因此在印刷时必须加上一个黑色（印刷时必须加上一个黑色（BlackBlack），），由由于字母于字母B B已经用来表示蓝色，因此黑色选用单词已经用来表示蓝色，因此黑色选用单
10、词BlackBlack的最的最后一个字母后一个字母“K K”来表示，这样来表示，这样又称为又称为CMYKCMYK颜色模式颜色模式。特别提示： 四色印刷是依据四色印刷是依据CMYKCMYK彩色模式表示原理发展而来的，彩色模式表示原理发展而来的，所以，所以，彩色打印和彩色印刷都是采用彩色打印和彩色印刷都是采用CMYKCMYK彩色模式实现彩色模式实现彩色输出的彩色输出的。因此，当要。因此，当要将将MPCMPC上的显示图像通过彩色上的显示图像通过彩色打印机输出时，系统会自动将打印机输出时，系统会自动将RGBRGB彩色模式转换为彩色模式转换为CMYKCMYK彩色模式表示彩色模式表示。从理论上讲，。从理论
11、上讲，RGBRGB与与CMYCMY彩色模式是互补彩色模式是互补的，可以互相转换，但实际上因为发射光与反射光的性的，可以互相转换，但实际上因为发射光与反射光的性质完全不同，显示器上看到的颜色不可能精确地在打印质完全不同，显示器上看到的颜色不可能精确地在打印机上复制出来，因此机上复制出来，因此同一彩色图像的显示与打印颜色会同一彩色图像的显示与打印颜色会有细微差别。有细微差别。 4、Lab颜色模式 LabLab颜色模式分别颜色模式分别用亮度或光亮度分量用亮度或光亮度分量 (L) (L) 和两个色和两个色度分量（度分量（a a、b b）来表示颜色，）来表示颜色，a a 分量表示从绿到红，分量表示从绿到
12、红， b b 分分量表示从蓝到黄，量表示从蓝到黄，如图如图5-45-4所示。具体取值范围是：所示。具体取值范围是：L L在在0 0到到100100之间，之间，a a和和b b都在都在-128-128+127+127之间。之间。 LabLab颜色模式可以表示的颜颜色模式可以表示的颜色最多，颜色更为明亮且与光色最多，颜色更为明亮且与光线和设备无关线和设备无关, ,不管使用什么设不管使用什么设备（如显示器、打印机、计算备（如显示器、打印机、计算机或扫描仪）创建或输出图象，机或扫描仪）创建或输出图象，这种颜色模型产生的颜色都保这种颜色模型产生的颜色都保持一致。持一致。亮度L=100（白）亮度L=0（黑
13、）a分量b分量图图5-4 Lab5-4 Lab彩色模式图示彩色模式图示5、Photoshop中的其他几种颜色模式 1）索引模式 索引模式最多使用索引模式最多使用256256种颜色，当图像被转换为索引种颜色，当图像被转换为索引模式时，通常会构建一个调色板存放并索引图像中的颜色。模式时，通常会构建一个调色板存放并索引图像中的颜色。 2）灰度模式 灰度模式最多使用灰度模式最多使用256256级灰度来表现图像，图像中的每级灰度来表现图像，图像中的每个像素有一个个像素有一个0 0（黑色）到（黑色）到255255（白色）之间的亮度值，（白色）之间的亮度值，如图如图5-55-5上半部所示上半部所示。灰度值也
14、可以用黑色油墨覆盖的百分比来。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（表示（0%0%表示白色，表示白色，100%100%表示黑色）。表示黑色）。 3）位图模式 位图模式只有黑色与白色两种颜色，每个像素用位图模式只有黑色与白色两种颜色，每个像素用1 1位位二进制数表示，二进制数表示，“0 0”表示黑色，表示黑色，“1 1”表示白色。位图模式主表示白色。位图模式主要用于早期不能识别颜色和灰度的设备。如果需要表示灰度，要用于早期不能识别颜色和灰度的设备。如果需要表示灰度，则需要通过点的抖动来模拟（则需要通过点的抖动来模拟（如图如图5-55-5下半部所示下半部所示）。位图）。位图模式通常用于文字识别
15、，如果扫描需要使用模式通常用于文字识别，如果扫描需要使用OCROCR（光学文字（光学文字识别）技术识别的图像文件，须将图像转化为位图模式。识别）技术识别的图像文件，须将图像转化为位图模式。 3.1.3 颜色模式的色域 n色域是一个色系能够显示或打印的颜色范围。人眼看到的色谱比任何颜色模型中的色域都宽。nLab具有最宽的色域，它包括RGB和CMYK色域中的所有颜色。nCMYK色域较窄，仅包含使用印刷色油墨能够打印的颜色。nRGB色域包含能在计算机显示器或电视屏幕（发出红、绿和蓝光）上所有能显示的颜色。因而一些诸如纯青或纯黄等颜色不能在显示器上精确显示。图5-6 彩色模式的色域3.2 位图图像与矢
16、量图形3.2.1 位图图像 位图位图是用矩阵形式表示的一种数字图像，矩阵中的元素称是用矩阵形式表示的一种数字图像，矩阵中的元素称为为像素像素，每一个像素对应图像中的一个点，像素的值对应该点，每一个像素对应图像中的一个点，像素的值对应该点的灰度等级或颜色，所有像素的矩阵排列构成了整幅图像。图的灰度等级或颜色，所有像素的矩阵排列构成了整幅图像。图5-75-7给出了二值图像抖动技术显示的位图和对应的灰度位图。给出了二值图像抖动技术显示的位图和对应的灰度位图。 (a) 位图像素模拟(b) 灰度位图图像示例图5-7 位图图像举例 图像文件图像文件保存的是组成位图的各像素点的颜色信息，保存的是组成位图的各
17、像素点的颜色信息，颜色的种类越多，图像文件越大。在将图像文件放大、缩颜色的种类越多，图像文件越大。在将图像文件放大、缩小和旋转时，会产生失真。小和旋转时，会产生失真。 位图图像位图图像的放大与缩小是通过增加或减少像素实现的，的放大与缩小是通过增加或减少像素实现的，当放大位图时，就可看见构成整个图像的无数个小方块，当放大位图时，就可看见构成整个图像的无数个小方块，线条和形状也显得参差不齐。同样，缩小位图尺寸也会使线条和形状也显得参差不齐。同样，缩小位图尺寸也会使原图变形。由于位图图像是一个像素矩阵，所以局部移动原图变形。由于位图图像是一个像素矩阵，所以局部移动或其他操作就会破坏原图形状，但这也是
18、数字位图处理的或其他操作就会破坏原图形状，但这也是数字位图处理的途径所在。位图图像的处理质量与整个处理环节所采用的途径所在。位图图像的处理质量与整个处理环节所采用的分辨率密切相关。分辨率密切相关。3.2.2 矢量图形 (b) 矢量图形举例三(a) 矢量图形举例一(a) 矢量图形举例二 由矢量定义的基本图形元素组成。由矢量定义的基本图形元素组成。按照面向对象的按照面向对象的思想，可以把矢量图元看作一个个图形对象，每个对象思想，可以把矢量图元看作一个个图形对象，每个对象都有自己的属性。都具有相对独立性，可以分别移动或都有自己的属性。都具有相对独立性，可以分别移动或编辑而不会影响其他对象。因此，编辑
19、而不会影响其他对象。因此，矢量图形处理的基本矢量图形处理的基本单位是图形对象单位是图形对象。矢量图形文件存储的是绘制图形中各。矢量图形文件存储的是绘制图形中各图元的命令。输出矢量图时，需要相应的软件读取这些图元的命令。输出矢量图时，需要相应的软件读取这些命令，并将命令转换为组成图形的各个图元。命令，并将命令转换为组成图形的各个图元。3.2.3 图形图像处理的基本内容 矢量图形处理矢量图形处理是计算机信息处理的一个重要分支，被是计算机信息处理的一个重要分支，被称为计算机图形学，主要研究二维和三维空间图形的矢量称为计算机图形学，主要研究二维和三维空间图形的矢量表示、生成、处理、输出等内容。具体来说
20、，就是利用计表示、生成、处理、输出等内容。具体来说，就是利用计算机系统对点、线、面、曲面等数学模型进行存放、修改、算机系统对点、线、面、曲面等数学模型进行存放、修改、处理（包括几何变换、曲线拟合、曲面拟合、纹理产生与处理（包括几何变换、曲线拟合、曲面拟合、纹理产生与着色等）和显示等操作，通过几何属性表现物体和场景。着色等）和显示等操作，通过几何属性表现物体和场景。 图像处理图像处理是指对位图图像所进行的数字化处理、压是指对位图图像所进行的数字化处理、压缩、存储和传输等内容，具体的处理技术包括图像变换、缩、存储和传输等内容，具体的处理技术包括图像变换、图像增强、图像分割、图像理解、图像识别等。处
21、理过程图像增强、图像分割、图像理解、图像识别等。处理过程中，图像以位图方式存储和传输，而且需要通过适当的数中，图像以位图方式存储和传输，而且需要通过适当的数据压缩方法来减少数据量，图像输出时再通过解压缩方法据压缩方法来减少数据量，图像输出时再通过解压缩方法还原图像。还原图像。 3.2.4 位图与矢量图的比较与转换 1 1、位图和矢量图的不同：、位图和矢量图的不同： 矢量图形矢量图形处理的基本单位是几何图形对象，文件中处理的基本单位是几何图形对象，文件中存储的是对应的绘制命令和参数，矢量图形文件的数据量存储的是对应的绘制命令和参数，矢量图形文件的数据量很小，能方便的对每个图像元素方便的进行编辑修
22、改；很小，能方便的对每个图像元素方便的进行编辑修改；位位图图像图图像处理的基本单位是像素，文件中存储的是像素，因处理的基本单位是像素，文件中存储的是像素，因而文件的数据量巨大，存储和传输时需要进行必要的数据而文件的数据量巨大，存储和传输时需要进行必要的数据压缩，且不便于编辑修改。压缩，且不便于编辑修改。 矢量图形矢量图形常用的技术标准有常用的技术标准有GKSGKS、PHIGSPHIGS、OpenGLOpenGL、WMFWMF、VRMLVRML、CGMCGM、STEPSTEP等。等。位图图像位图图像常用的技术标准有常用的技术标准有JBIGJBIG、JPEGJPEG、TIFFTIFF等。等。图5-
23、9 矢量图与位图的硬转换矢量图位图 2 2、转换方法、转换方法 转换方法分为两种：转换方法分为两种：l 一种是通过硬件设备实现的转换，如图一种是通过硬件设备实现的转换，如图5-95-9所示。所示。l 另一种是通过文件格式的转换。另一种是通过文件格式的转换。3.2.5 图像的主要参数1、分辨率 用于衡量图像细节的表现能力。在图形图像处理中，用于衡量图像细节的表现能力。在图形图像处理中，常涉及的分辨率概念有以下几种。常涉及的分辨率概念有以下几种。 1 1）图像分辨率）图像分辨率：指：指单位图像线性尺寸中所单位图像线性尺寸中所包含的像素数目，通常包含的像素数目，通常以像素英寸（以像素英寸（ppipp
24、i）为）为计量单位。图计量单位。图5-105-10是是PhotoShopPhotoShop中图像分辨率中图像分辨率与图像尺寸的关系示意与图像尺寸的关系示意图。图。 图像分辨率图像输出尺寸图像像素尺寸图5-10 图像分辨率与图像尺寸 2 2）显示分辨率）显示分辨率：指显示器上每单位长度显示的像素或：指显示器上每单位长度显示的像素或点的数目，通常以点英寸（点的数目，通常以点英寸（dpidpi）为计量单位。）为计量单位。PCPC显示器显示器典型的分辨率为典型的分辨率为96 dpi96 dpi。当图像的分辨率高于显示器的分辨。当图像的分辨率高于显示器的分辨率时，图像在屏幕上显示的尺寸比实际的打印尺寸大
25、。率时，图像在屏幕上显示的尺寸比实际的打印尺寸大。 人们通常所理解的显示分辨率与所用的显示模式有关，人们通常所理解的显示分辨率与所用的显示模式有关，显示模式不同，屏幕纵、横向的像素点个数也就不同，单位显示模式不同，屏幕纵、横向的像素点个数也就不同，单位长度像素点的数目也就不同。同一图像的显示尺寸会随着分长度像素点的数目也就不同。同一图像的显示尺寸会随着分辨率的增大而变小。如图辨率的增大而变小。如图5-115-11所示。所示。 图5-11 同一图片在不同分辨率下的显示尺寸低分辨率中分辨率高分辨率 3 3）打印机分辨率）打印机分辨率：是指打印机每英寸产生的油墨点数：是指打印机每英寸产生的油墨点数,
26、 , 单位是单位是dpidpi（dot per inchdot per inch）指每平方英寸上印刷的网点数。）指每平方英寸上印刷的网点数。大多数激光打印机的输出分辨率为大多数激光打印机的输出分辨率为600dpi600dpi，高档的激光照，高档的激光照排机在排机在1200dpi1200dpi以上。需要说明的是，印刷上计算的网点大以上。需要说明的是，印刷上计算的网点大小（小（DotDot）和计算机屏幕上显示的像素（）和计算机屏幕上显示的像素（PixelPixel）是不同的。）是不同的。 4 4）扫描分辨率）扫描分辨率：是指每英寸扫描所得到的点，单位也：是指每英寸扫描所得到的点，单位也是是dpid
27、pi。它表示一台扫描仪输入图像的细微程度，数值越大，。它表示一台扫描仪输入图像的细微程度，数值越大，表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量也越好。也越好。 2、颜色深度 位图图像中各像素的颜色信息是用二进制数据来位图图像中各像素的颜色信息是用二进制数据来描述的，二进制的位数就是位图图像的颜色深度。颜描述的，二进制的位数就是位图图像的颜色深度。颜色深度决定了图像中可以出现的颜色的最大个数。目色深度决定了图像中可以出现的颜色的最大个数。目前，颜色深度有前，颜色深度有1 1、4 4、8 8、1616、2424和和3232几种。当图像的几种
28、。当图像的颜色深度颜色深度2424时，则称这种表示为真彩色。时，则称这种表示为真彩色。3、颜色模式 图像处理方式与所用的颜色模式（彩色空间）有图像处理方式与所用的颜色模式（彩色空间）有关。一幅图像常用的颜色模式有灰度、关。一幅图像常用的颜色模式有灰度、RGBRGB、HSLHSL、CMYKCMYK、LABLAB等。等。4、图像尺寸 图像尺寸分为图像尺寸分为像素尺寸像素尺寸和和输出尺寸输出尺寸两种。图像的像两种。图像的像素尺寸是指数字化图像像素的多少，用横向与纵向像素素尺寸是指数字化图像像素的多少，用横向与纵向像素的乘积来表示。描述一幅图像时，这两个参数都要用到。的乘积来表示。描述一幅图像时，这两
29、个参数都要用到。 图像的输出尺寸则是指在给定的输出分辨率下图像图像的输出尺寸则是指在给定的输出分辨率下图像输出的大小。输出的大小。 图像输出尺寸的大小与输出分辨率有直接的关系。图像输出尺寸的大小与输出分辨率有直接的关系。5、图像的数据量 数据量的大小与分辨率、颜色深度有关。设图像数据量的大小与分辨率、颜色深度有关。设图像垂直方向的像素数为垂直方向的像素数为H H，水平像素数为，水平像素数为W W，颜色深度为，颜色深度为C C位，则一幅图像所拥有的数据量大小位，则一幅图像所拥有的数据量大小B B为：为：B B= =H H W W C C/8/8（字节）（字节） 例如，一幅未被压缩的位图图像，如果
30、它的水平例如，一幅未被压缩的位图图像，如果它的水平像素为像素为320320，垂直像素为，垂直像素为240240，颜色深度为，颜色深度为1616位，则该位，则该幅图像的数据量为：幅图像的数据量为：320320 240240 16/8=15360016/8=153600字节字节=150K=150K字节。字节。3.3 图像的数字化过程 实际上就是对连续图像实际上就是对连续图像f f（x,yx,y）进行空间和颜色离散化）进行空间和颜色离散化的过程，主要经过的过程，主要经过采样采样、量化量化、压缩编码压缩编码三个步骤。三个步骤。 被分割的图像若水平方向有被分割的图像若水平方向有M M个间隔，垂直方向上有
31、个间隔，垂直方向上有N N个个间隔，则一幅图像画面就被采样成间隔，则一幅图像画面就被采样成M x NM x N个像素点构成的离散个像素点构成的离散像素的集合（如图像素的集合（如图5-125-12），），M x NM x N表示采样图像的像素尺寸。表示采样图像的像素尺寸。3.3.1 采样 将二维空间上连续的灰度或色彩信息将二维空间上连续的灰度或色彩信息转化为一系列有限的离散数值的过程。转化为一系列有限的离散数值的过程。 具体方法具体方法是对图像在水平方向和垂直是对图像在水平方向和垂直方向上等间隔地分割成矩形网状结构。所方向上等间隔地分割成矩形网状结构。所形成的矩形微小区域，称之为像素点。形成的矩
32、形微小区域，称之为像素点。MN图5-12 图像的采样3.3.2 量化 量化是对采样得到的灰度或者颜色样本进行离散化的量化是对采样得到的灰度或者颜色样本进行离散化的过程过程 。基本思想是将图像采样后的灰度或颜色样本值划分。基本思想是将图像采样后的灰度或颜色样本值划分为有限多个区域，把落入某区域中的所有样本用同一值表为有限多个区域，把落入某区域中的所有样本用同一值表示，用有限的离散数值来代替无限的连续模拟量，从而实示，用有限的离散数值来代替无限的连续模拟量，从而实现样本信息的离散化。现样本信息的离散化。 量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量化
33、的色彩（或亮度）值所需的二进制位数，称为量化字长。化的色彩（或亮度）值所需的二进制位数，称为量化字长。一般可用一般可用8 8位、位、1616位、位、2424位或更高的量化字长来表示图像的位或更高的量化字长来表示图像的颜色。量化字长越大，则越能真实地反映原有图像的颜色。颜色。量化字长越大，则越能真实地反映原有图像的颜色。但得到的数字图像的数据量也越大。但得到的数字图像的数据量也越大。 3.3.3 压缩编码 数字化得到的图像数据量巨大，必须采用数字化得到的图像数据量巨大，必须采用编码技术来压缩信息。目前，已有许多成熟的编码技术来压缩信息。目前，已有许多成熟的编码算法应用于静止图像的压缩，压缩比大约
34、编码算法应用于静止图像的压缩，压缩比大约在在30:130:1以上。为了使图像压缩标准化，国际标以上。为了使图像压缩标准化，国际标准化组织（准化组织（ISOISO）和国际电报电话咨询委员会）和国际电报电话咨询委员会（CCITTCCITT）联合组成的图象专家小组，制定了名）联合组成的图象专家小组，制定了名为为JPEGJPEG的图像压缩标准。详细内容请参见第七的图像压缩标准。详细内容请参见第七章。章。3.4 数字图像处理u对数字化图像进行滤噪、校畸、增强、复原以及添加其他对数字化图像进行滤噪、校畸、增强、复原以及添加其他效果等各种技术处理，产生符合人的视觉心理和应用需求的效果等各种技术处理，产生符合
35、人的视觉心理和应用需求的图像；图像；u在多媒体系统中，具体的图像处理技术用不同的处理算法在多媒体系统中，具体的图像处理技术用不同的处理算法来实现，并以插件、效果滤镜或来实现，并以插件、效果滤镜或API的方式呈现；的方式呈现；u桌面图像处理的主要内容包括图像内容编辑、图像效果处桌面图像处理的主要内容包括图像内容编辑、图像效果处理和添加特殊效果理和添加特殊效果3个环节，其中涉及到各类图像处理工具和个环节，其中涉及到各类图像处理工具和相关概念。相关概念。3.4 数字图像处理3.4.1 图像内容编辑 图像内容编辑主要指通过各种编辑技术实图像内容编辑主要指通过各种编辑技术实现图像内容的拼接、组合、叠加等
36、，具体编辑现图像内容的拼接、组合、叠加等，具体编辑技术包括选择、裁剪、旋转、缩放、修改、图技术包括选择、裁剪、旋转、缩放、修改、图层叠加等，还可加入文字、几何图形等。层叠加等，还可加入文字、几何图形等。 3.4 数字图像处理3.4.2 图像效果处理 图像效果处理图像效果处理是对采集的图像根据需要进行：是对采集的图像根据需要进行：u校畸校畸u滤噪滤噪u增强增强u锐化锐化u复原复原 等技术处理，从而满足不同的处理需求。等技术处理，从而满足不同的处理需求。 校畸校畸u校畸是为了消除图像模糊或畸变而采取的处校畸是为了消除图像模糊或畸变而采取的处理技术，旨在改善图像质量。理技术，旨在改善图像质量。u以卫
37、星遥感图像为例，大气层的存在和卫星以卫星遥感图像为例，大气层的存在和卫星图像探测器性能的差异会引起图形模糊，对比图像探测器性能的差异会引起图形模糊，对比度下降等；卫星飞行姿态变化及地球形状影响，度下降等；卫星飞行姿态变化及地球形状影响，图像中地物目标的几何位置也会发生畸变。图像中地物目标的几何位置也会发生畸变。u通过图像校正处理，可消除畸变，恢复图像通过图像校正处理，可消除畸变，恢复图像的本来面目。的本来面目。u图像校正技术一般在成像设备中使用。图像校正技术一般在成像设备中使用。 滤噪滤噪u滤噪即图像的平滑处理，主要是为了去除实际成滤噪即图像的平滑处理，主要是为了去除实际成像过程中因成像设备和
38、环境所造成的图像失真，如像过程中因成像设备和环境所造成的图像失真，如光电转换过程中敏感元件灵敏度的不均匀性、数字光电转换过程中敏感元件灵敏度的不均匀性、数字化过程的量化噪声、传输过程中的误差以及人为因化过程的量化噪声、传输过程中的误差以及人为因素等，均会使图像变质，此时可通过滤噪消除图像素等，均会使图像变质，此时可通过滤噪消除图像噪声，恢复原始图像。噪声，恢复原始图像。 增强增强u图像增强技术旨在变换图像的视觉效果或把图像图像增强技术旨在变换图像的视觉效果或把图像转换成某种适合于人或计算机分析、处理的形式，转换成某种适合于人或计算机分析、处理的形式，有选择的突出某些感兴趣的信息，同时拟制一些不
39、有选择的突出某些感兴趣的信息，同时拟制一些不需要的信息，以提高图像的使用价值。需要的信息，以提高图像的使用价值。u例如，通过调整图像的亮度或对比度，可突出图例如，通过调整图像的亮度或对比度，可突出图像中的重要细节，满足人的视觉要求或方便图像的像中的重要细节，满足人的视觉要求或方便图像的其他后续处理。其他后续处理。u图像增强包含多种具体处理技术，按增强的作用图像增强包含多种具体处理技术，按增强的作用域不同可分为空域增强、频域增强、色彩增强三类。域不同可分为空域增强、频域增强、色彩增强三类。 锐化锐化u锐化也是图像增强技术的一种，它主要是锐化也是图像增强技术的一种，它主要是通过通过加强图像轮廓边缘
40、的处理，形成完整的物体边界，加强图像轮廓边缘的处理，形成完整的物体边界，突出边界和细节突出边界和细节，从而达到将目标物体从背景图，从而达到将目标物体从背景图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。出来的目的。复原复原u图像复原则是指图像复原则是指从所获得的变质图像中恢复出从所获得的变质图像中恢复出真实图像的处理真实图像的处理，其关键是建立图像变质模型，其关键是建立图像变质模型，然后按照其逆过程恢复图像。然后按照其逆过程恢复图像。 这些效果处理技术在图像处理软件中组合使用，这些效果处理技术在图像处理软件中组合使用，形成了不同的图像处理功能，
41、下图是形成了不同的图像处理功能，下图是PhotoshopPhotoshop中中可用于图像质量调整和效果处理的常用功能。可用于图像质量调整和效果处理的常用功能。图5-13 PhotoShop中的图像质量调整与滤镜效果PhotoShop中的图像质量调整菜单PhotoShop中的滤镜效果3.4.3 添加特殊效果 添加特殊效果是图像进行内容编辑和效添加特殊效果是图像进行内容编辑和效果处理的基础上，根据应用需要所采取的果处理的基础上，根据应用需要所采取的图像创意效果处理，即在取得较好的图像图像创意效果处理，即在取得较好的图像质量的同时，对图像进行艺术加工和效果质量的同时，对图像进行艺术加工和效果处理。在
42、进行具体处理时，可根据需要从处理。在进行具体处理时，可根据需要从图图5-135-13中选择相应的滤镜效果。中选择相应的滤镜效果。3.4.4 图像处理工具一般图像处理软件所提供的图像处理工具包括：u命令菜单：提供分类处理命令，如编辑类、图像类、图层类、效果类等；u工具箱：提供常用的各类处理工具；u面板：组合常用工具和命令，形成快捷处理能力。 注：使用工具时，需要设置几个关键参数，参数值不同，相同操作得到的效果差异较大。3.4.4 图像处理工具几个参数：u不透明度（Opacity）：不同工具绘图时，笔墨覆盖的程度。0%全透明，100%全覆盖；u流量（Flow）：绘图时笔墨扩散的量；u强度（Stre
43、ngth）：模糊、锐化、涂抹工具作用的强度。u曝光度（Exposure）：减淡、加深工具的曝光程度。曝光量越大，透明度越低。3.4.5 常用绘图工具 在各类图像处理工具中，最常用绘图工具有在各类图像处理工具中，最常用绘图工具有画画笔、颜色调配、渐变、色彩调整以及文字笔、颜色调配、渐变、色彩调整以及文字等工具，等工具，使用这些工具可以完成基本的图像处理功能。使用这些工具可以完成基本的图像处理功能。 3.4.5 常用绘图工具1 1、画笔、画笔u画笔是一种基本图像处理工具；画笔是一种基本图像处理工具；u有多种变体和特性，如油画画笔、蜡笔、铅笔、钢有多种变体和特性，如油画画笔、蜡笔、铅笔、钢笔、水彩笔
44、、炭铅笔等。笔、水彩笔、炭铅笔等。u画笔通过笔形、直径大小、笔尖硬度、混合方式、画笔通过笔形、直径大小、笔尖硬度、混合方式、不透明度、流量等属性参数来定义，构成不同规格画不透明度、流量等属性参数来定义，构成不同规格画笔，以满足不同风格绘图效果的需要，笔，以满足不同风格绘图效果的需要， 3.4.5 常用绘图工具1 1、画笔、画笔图5-14 画笔笔尖及其绘图轨迹3.4.5 常用绘图工具2 2、颜色调配、颜色调配u提供直观的提供直观的颜色选择和调整方法颜色选择和调整方法u基本的颜色选择方法是基本的颜色选择方法是在拾色器中调配颜色在拾色器中调配颜色，这种，这种方式可调配出所需要的任意颜色，但操作规范、
45、复杂。方式可调配出所需要的任意颜色，但操作规范、复杂。u快捷方法是提供一个快捷方法是提供一个调色板调色板，用于保存曾经选择过，用于保存曾经选择过的常用颜色，这样，如果使用的常用颜色，这样，如果使用已经选择过的颜色，则已经选择过的颜色，则可直接打开可直接打开调色板快速选择，调色板快速选择，避免重复调整的麻烦避免重复调整的麻烦。如果调色板的颜色与所需颜色有小的偏差，可通过颜如果调色板的颜色与所需颜色有小的偏差，可通过颜色滑块微调快速得到所需颜色。色滑块微调快速得到所需颜色。 3.4.5 常用绘图工具2 2、颜色调配、颜色调配图5-15 拾色器、配色滑块、调色板3.4.5 常用绘图工具3 3、渐变、
46、渐变 u渐变是一种渐进式平滑变化的颜色效果，可用来渐变是一种渐进式平滑变化的颜色效果，可用来平滑图像中不同颜色之间的变化关系；平滑图像中不同颜色之间的变化关系；u依据渐进变化算法的不同，可有不同类型的渐变依据渐进变化算法的不同，可有不同类型的渐变效果，如线性渐变、径向渐变、角度渐变、对称渐效果，如线性渐变、径向渐变、角度渐变、对称渐变、菱形渐变等。变、菱形渐变等。 图5-16 不同渐变效果图示u渐变效果中的具体颜色数和渐变顺序可通过渐变效果中的具体颜色数和渐变顺序可通过“渐变编辑器渐变编辑器”进行编辑和保存；进行编辑和保存；u通过指定渐变关键色和不透明度来设置渐变。通过指定渐变关键色和不透明度
47、来设置渐变。 图5-17 渐变编辑器图示不透明度100%不透明度0%兰色标黑色标白色标黄色标红色标3.4.5 常用绘图工具4 4、色彩调整、色彩调整u色彩调整有自动调整和手工调整两种方式；色彩调整有自动调整和手工调整两种方式；u自动调整自动调整：指图像处理软件对图像的色调、对比度、：指图像处理软件对图像的色调、对比度、亮度等色彩信息进行的程序化调整。亮度等色彩信息进行的程序化调整。u手工调整手工调整：指图像处理人员根据自己的视觉感受调：指图像处理人员根据自己的视觉感受调整图像色彩的过程；整图像色彩的过程；u具体有具体有亮度亮度/ /对比度调整、色阶调整、曲线调整、对比度调整、色阶调整、曲线调整
48、、曝光度调整、色相曝光度调整、色相/ /饱和度调整、色彩平衡调整饱和度调整、色彩平衡调整等。等。u色彩调整的区域色彩调整的区域可以是可以是整幅图像整幅图像，也可以是，也可以是图像局图像局部或图象中的某个物体部或图象中的某个物体。 3.4.5 常用绘图工具5 5、文字工具、文字工具 u文字工具用于在图像中添加文字；文字工具用于在图像中添加文字；u按文字排列方式分为按文字排列方式分为“横排横排”和和“竖排竖排”两种；两种；u按作用对象可分为按作用对象可分为“图层文字图层文字”和和“蒙版文字蒙版文字”两两种；种；u可组合：横排图层文字、竖排图层文字、横排蒙版可组合：横排图层文字、竖排图层文字、横排蒙
49、版文字、竖排蒙版文字等四种不同的文字工具；文字、竖排蒙版文字等四种不同的文字工具；u图层文字工具提供基于图层的文字编辑，蒙版文字图层文字工具提供基于图层的文字编辑，蒙版文字工具提供基于蒙版的文字编辑，可将文字作为选区使工具提供基于蒙版的文字编辑，可将文字作为选区使用。用。3.4.6 图像处理中的几个重要概念1 1、选区、选区 u选区选区：从图像中选择出来的一个封闭区域；：从图像中选择出来的一个封闭区域；u按形状，选区可分为按形状，选区可分为规则选区规则选区和和不规则选区不规则选区；u规则选区规则选区有有矩形、椭圆形、单行、单列矩形、椭圆形、单行、单列四种，其中四种，其中单行、单列选区可与填充操
50、作配合实现划线的功能；单行、单列选区可与填充操作配合实现划线的功能；u不规则选区不规则选区是一个是一个任意形状的封闭区域任意形状的封闭区域，在相应的，在相应的图像处理软件中，可根据形状特点、颜色特点或人的图像处理软件中，可根据形状特点、颜色特点或人的主观意图进行选择，也主观意图进行选择，也可通过可通过“区域生长区域生长”和和“区域区域聚合聚合”原理不断生成选区原理不断生成选区。3.4.6 图像处理中的几个重要概念1 1、选区、选区 （a a）矩形选区）矩形选区 （b b）椭圆形选区）椭圆形选区 （c c）多边形选区）多边形选区 （d d）任意形选区）任意形选区图图5-18 5-18 不同形状的
