数字媒体技术课件：第04章 数字图像的处理技术.ppt

1、12022-1-20第四章第四章 数字图像的处理技术数字图像的处理技术 4.1 图像颜色的模型 4.2 彩色空间的线性变换 4.3 图像的基本属性及种类 4.4 数字图像的获取技术 4.5 图像创意设计与编辑技术 4.6 数字图像技术的应用22022-1-20第四章第四章 数字图像的处理技术数字图像的处理技术32022-1-20第四章第四章 数字图像的处理技术数字图像的处理技术本章学习目标： （1）了解颜色模型概念、颜色表示方法；理解各模型与RGB模型之间的变换方法。 （2）掌握图像的基本属性。 （3）了解位图和矢量图文件的获取和编辑方法。 （4）能较熟练操作数码相机、扫描仪和绘图板等。 （5

2、）初步掌握Photoshop软件的核心概念以及基本操作。42022-1-204.1 4.1 图像颜色的模型图像颜色的模型4.1 图像颜色的模型 4.1.1视觉系统对颜色的感知 4.1.2RGB颜色模型 4.1.3 CMYK颜色模型 4.1.4 HSB颜色模型 4.1.5 YUV与YIQ颜色模型 4.1.6 CIE L*a*b颜色模型52022-1-204.1 4.1 图像颜色的模型图像颜色的模型 图像颜色的模型，即颜色的表示模型，通常简称为颜色模型，被用来描述人们能感知的和处理的颜色。 在颜色模型中，所有被定义的颜色形成了坐标系的彩色空间。每一种颜色表示颜色坐标系中的一个点，可以使用数值来衡量

3、。 常见的颜色模型包括RGB（红色、绿色、蓝色）；CMYK（青色、洋红、黄色、黑色）；HSB（色相、饱和度、亮度）；YUV；CIE L*a*b等。 一般来说，显示时采用RGB颜色模型，印刷用CMYK颜色模型，彩色全电视信号数字化采用YUV颜色模型。为了便于彩色处理和识别，视觉系统又常采用HSB颜色模型。62022-1-204.1.1视觉系统对颜色的感知4.1.14.1.1视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知 眼睛看到的自然景观或图像，除了本身的特征外，还与一个重要的因素：颜色。 在同一种光线条件下，之所以会看到不同景物具有各种不同的颜色，这是因为物体的表面具有吸收或反射不同光线的能力。 光

4、不同，眼睛就会看到不同的色彩。色彩的发生，是光对人的视觉和大脑发生作用的结果，是一种视知觉。由此看来，需要经过“光眼神经”的 过程才能见到色彩。 当人的眼睛受到380780nm范围内可见光谱的刺激以后，除了有亮度的反应外，同时产生色彩的感觉。72022-1-204.1.1视觉系统对颜色的感知一般情况下光进入视觉通过以下三种形式：（1）光源 光源发出的色光直接进入视觉，像霓虹灯、日光灯、蜡烛等的光线都可以直接进入视觉。（2）透射光 光源穿过透明或半透明物体后再进入视觉的光线，称为透射光。透射光的亮度和颜色取决于入射光穿过被透射物体之后所达到的光透射率及波长特征。（3）反射光 反射光是光进入眼睛的

5、最普遍的形式。在有光线照射的情况下，眼睛能看到的任何物体都是该物体的反射光进入视觉所致。82022-1-204.1.2 RGB4.1.2 RGB颜色模型颜色模型 颜色模型是用来描述人们能感知的和处理的颜色。RGB颜色模型是颜色最基本的表示模型，也是计算机系统彩色显示器采用的颜色模型。其中，R，G，B分别代表红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三色。RGB颜色模型通常用图3-1所示的单位立方体来表示。图3-1 RGB立方体92022-1-204.1.2 RGB4.1.2 RGB颜色模型颜色模型 RGB颜色模型也称为加色模型，各种颜色由不同比例红、绿、蓝3种基本色的叠加而成。当三基色按不

6、同强度相加时得到的颜色称为相加色。任意颜色F的配色方程为： FrRgGbG 式子中rR、gG、bG为F色的三色分量。 三基色相加的结果如图3-2所示。如果rR、gG、bG三个分量各占一个字节（8位），这样共可表示224=16 777 216种颜色。102022-1-204.1.2 RGB4.1.2 RGB颜色模型颜色模型图图3-2 RGB三基色叠加效果三基色叠加效果112022-1-204.1.3 CMYK4.1.3 CMYK颜色模型颜色模型 CMYK 模型以打印在纸上的油墨的光线吸收特性为基础。 当白光照射到半透明油墨上时，色谱中的一部分被吸收，而另一部分被反射回眼睛。哪些光波反射到眼睛中，

7、决定了人们能感知的颜色。 CMYK模型中也定义了颜料的三种基本颜色青色(Cyan)、品红(Magenta)和黄色(Yellow)。在理论上说，任何一种颜色都可以用这三种基本颜料按一定比例混合得到。 由于所有打印油墨都包含一些杂质，因此这三种油墨实际生成土灰色，必须与黑色 (K) 油墨合成才能生成真正的黑色122022-1-204.1.3 CMYK4.1.3 CMYK颜色模型颜色模型 与RGB模型相对，CMYK模型被称为减色模型。 理论上，在相减混色中，等量黄色(Y)和品红(M)相减而青色(C)为0时，得到红色(R)；等量青色(C)和品红(M)相减而黄色(Y)为0时，得到蓝色(B)；等量黄色(Y

8、)和青色(C)相减而品红(M)为0时，得到绿色(G)。100%的三种基本颜料合成将吸收所有颜色而生成黑色。这些三基色相减结果如图3-3所示。132022-1-204.1.3 CMYK4.1.3 CMYK颜色模型颜色模型图图3-3 CMYK颜色模型减色效果颜色模型减色效果142022-1-204.1.4 HSB4.1.4 HSB颜色模型颜色模型 RGB、CMY都是硬件设备使用的颜色模型，比较而言，HSB模型是面向用户的。 HSB 模型建立在人类对颜色的感觉基础之上。H表示色调（也称色相）、S表示饱和度、 B表示亮度。 色调反映颜色的种类，如红色、橙色或绿色，是人们眼看一种或多种波长的光时产生的彩

9、色感觉。 饱和度是指颜色的深浅程度或纯度，即各种颜色混入白色的程度。要减少颜色的饱和度可在该颜色中添加白色。对同一色调的光，饱和度越高则颜色越鲜艳或者说越纯。色调和饱和度通常统称为色度。 亮度是颜色的相对明暗程度。HSB颜色模型可用图3-4表示。152022-1-204.1.4 HSB4.1.4 HSB颜色模型颜色模型图3-4 HSB颜色模型162022-1-204.1.5 YUV4.1.5 YUV与与YIQYIQ颜色模型颜色模型 彩色全电视信号采用YUV和YIQ模型表示彩色电视的图像。 不同的电视制式采用的颜色模型不同。我国和一些西欧国家采用PAL电视制式（在下一章中有讲解），在PAL彩色电

10、视制式中使用YUV模型，其中的Y表示亮度，UV用来表示色差，U、V是构成彩色的两个分量； 在美国、加拿大等国采用的NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。172022-1-204.1.5 YUV4.1.5 YUV与与YIQYIQ颜色模型颜色模型 采用YUV颜色模型的有两个优点。一个优点是解决了彩色电视与黑白电视的兼容问题。这样使黑白电视能够接收彩色电视信号。 另一个优点是可以利用人眼的特性来降低数字彩色图像所需要的存储容量。一幅大小为640480像素的彩色图像，用8：2：2YUV格式（即Y分量用8位表示，而对每四个相邻像素(22)的U、V值分别用相同的一个

11、值表示）来表示，所需要的存储容量为640*480*（8+2+2）/8=460 800字节。若采用RGB 888格式表示，所需要的存储容量为640*480*（8+8+8）/8=921 600字节。 在我国的PAL/D制式中，亮度Y的带宽为6MHz，色差U、V的带宽为1.3MHz。182022-1-204.1.5 YUV4.1.5 YUV与与YIQYIQ颜色模型颜色模型 IQ颜色模型的I、Q与YUV模型的U、V虽也为色差信号，但它们在色度矢量图中的位置却是不同的。Q、I正交坐标轴与U、V正交坐标轴之间有33o夹角，如图3-6所示。 图3-6 YUV和YIQ彩色空间的关系192022-1-204.1

12、.6 CIE L4.1.6 CIE L* *a a* *b b颜色模型颜色模型 L*a*b 颜色模型设计目的是为了得到不依赖于具体设备的颜色标准，从而在实际使用中不论使用何种设备（如显示器、打印机、计算机或扫描仪）均能制作和输出完全一致的颜色。 L*a*b 颜色由亮度或光亮度分量 (L) 和两个色度分量组成：a分量保存从绿色到红色所对应的色彩信息；b分量保存从蓝色到黄色所对应的色彩信息，如图3-7所示。单个a或b无意义，只有a，b结合才有意义。202022-1-204.1.6 CIE L4.1.6 CIE L* *a a* *b b颜色模型颜色模型图3-7 L*a*b* 模型212022-1-

13、204.2 4.2 彩色空间的线性变换彩色空间的线性变换4.2 彩色空间的线性变换 4.2.1 YUV与RGB彩色空间变换 4.2.2 YIQ与RGB彩色空间变换 4.2.3 HSI(HSB)与RGB之间的转换 4.2.4 YCrCb与RGB彩色空间变换222022-1-204.2.1 YUV4.2.1 YUV与与RGBRGB彩色空间变换彩色空间变换 在考虑人的视觉系统和阴极射线管(CRT)的非线性特性之后，RGB和YUV的对应关系可以近似地用下面的方程式表示： Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = - 0.147R - 0.289G + 0.436B V = 0.

14、615R - 0.515G - 0.100B R = Y - 0.001U + 1.402V G = Y - 0.344U - 0.714V B = Y + 1.772U + 0.001V232022-1-204.2.1 YUV4.2.1 YUV与与RGBRGB彩色空间变换彩色空间变换 或者写成矩阵的形式，242022-1-204.2.2 YIQ4.2.2 YIQ与与RGBRGB彩色空间变换彩色空间变换 Y、U、V到Y、I、Q的转换，只是将其中的色度坐标作33o旋转。因此，RGB和YIQ的转换方程式可由上面方程间接推得：Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.59

15、6R - 0.275G - 0.321B Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B 或者写成矩阵的形式：252022-1-204.2.3 HSI(HSB)4.2.3 HSI(HSB)与与RGBRGB之间的转换之间的转换 HSB和RGB的对应关系用下面的方程式表示： I = （R + G + B） / S H = 1/36090-Arctan(2R-G-B)/(G-B)+0,GB;180,GB S = 1-min(R,G,B)/I262022-1-204.2.4 YCrCb4.2.4 YCrCb与与RGBRGB彩色空间变换彩色空间变换 YCrCb与YUV的定义基本上是相同的，但应

16、用有所不同。YUV适用于PAL和SECAM彩色电视制式的模拟视频图像的表示，而YCrCb则适用于数字电视以及计算机用数字视频图像的表示。数字域中的彩色空间变换与模拟域的彩色空间变换不同，YCrCb与RGB空间的转换关系如下： Y0.299R0.578G0.114B Cr(0.500R0.4187G0.0813B)128 Cb=(-0.1687R0.3313G0.500B)128272022-1-204.2.4 YCrCb4.2.4 YCrCb与与RGBRGB彩色空间变换彩色空间变换 或者写成矩阵的形式： RGB与YCrCb之间的变换关系可写成如下的形式：282022-1-203.3 3.3 图

17、像的基本属性及种类图像的基本属性及种类3.3 图像的基本属性及种类 3.3.1 分辨率 3.3.2 颜色深度 3.3.3 真彩色、伪彩色与直接色 3.3.4图像的大小及种类292022-1-203.3 图像的基本属性及种类3.3 3.3 图像的基本属性及种类图像的基本属性及种类 描述以及处理一幅图像需要使用图像的属性。图像的属性包含分辨率、颜色深度、文件大小、真/伪彩色、图像的种类等。302022-1-203.3.1 分辨率3.3.1 3.3.1 分辨率分辨率 与图像相关的分辨率包括显示分辨率、图像分辨率、打印分辨率和扫描分辨率等。（1 1） 显示分辨率显示分辨率 显示分辨率是指显示屏上水平和

18、垂直方向上的最大像素点的个数。例如，显示分辨率为640480表示显示屏垂直方向显示480个像素，水平方向显示640个像素，整个显示屏共含有307,200个显像点。显示设备的分辨率越高，屏幕能够显示的像素越多，因此能够显示的图像就越大越精细。分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。312022-1-203.3.1 分辨率（2 2） 图像分辨率图像分辨率 图像分辨率是指一幅图像在水平和垂直方向上的最大像素点的个数。若图像像素点距固定，则图像分辨率越大则图像越大；若图像大小一样，图像的分辨率越大，则组成该图的图像像素数目越多，图像看起来就越细致逼真。 图像在显示设备的显示效

19、果与图像分辨率和显示分辨率相关。当图像分辨率大于显示分辨率，显示屏幕仅会显示图像的一部分。当图像分辨率小于显示分辨率，图像则只占显示屏幕的一部分。322022-1-203.3.1 分辨率 扫描分辨率与打印分辨率扫描分辨率与打印分辨率 扫描分辨率是指用扫描仪扫描图像的扫描精度，通常用每英寸多少点（Dots Per Inch, DPI）表示。图像扫描后的效果很大程度上决定于原图像的精度，但使用扫描仪时选择扫描的精度将直接影响扫描后的图像质量。扫描分辨率越大，得到的图像就越大，像素就越多。例如，用300 DPI来扫描一幅810的彩色图像，将得到一幅24003000个像素的图像。扫描图像的精度一般选择

20、100-150DPI，若要进行OCR识别，为提高识别率，则要将扫描精度上调至300DPI以上。 打印分辨率是指图像打印时每英寸可识别的点数，也使用DPI为衡量单位。打印分辨率越大，在打印纸张大小不变的情况下，打印的图像将越精细。332022-1-203.3.2 3.3.2 颜色深度颜色深度3.3.2 3.3.2 颜色深度颜色深度 颜色深度指一幅图像中的最多使用的颜色数，用来度量在图像中有多少颜色信息来显示或打印像素。较大的颜色深度意味着数字图像具有更多的可用颜色和更精确的颜色表示。 颜色编码二进制位数即为图像的颜色深度值。1位二进制颜色编码的图像颜色深度为 1，最多有21种颜色，即每个像素只能

21、有两个可能的颜色值：黑色和白色；4位颜色的图像，它的颜色深度是4，它可有24中颜色（或16种灰度等级）；8位颜色的图像，颜色深度就是8，它含有28=256种颜色 ( 或156种灰度等级 )。342022-1-203.3.2 3.3.2 颜色深度颜色深度 24位颜色可称之为真彩色，位深度是24，它能组合成2的24次幂种颜色，即：16,777,216种颜色 ( 或称千万种颜色 )，超过了人眼能够分辨的颜色数量。当用24位来记录颜色时，实际上是以28*28*28=224，即红、绿、蓝( RGB )三基色各以2的8次幂，256种颜色而存在的，三色组合形成了一千六百多万种颜色。32位颜色的位深度是32，

22、实际上是28*28*28*28=232，即青、洋红、黄、黑 ( CMYK ) 四种颜色各以2的8次幂，256种颜色而存在，四色的组合就形成4,294,967,296种颜色，或称为超千万种颜色。 常用的颜色深度值范围为1到32。事实上，由于目前的计算机或其它显示设备只能显示RGB 色彩，即224 的真彩色 ，所以大于这个数值的颜色深度是“不真实”的，也不能完全表现出来。352022-1-203.3.3 3.3.3 真彩色、伪彩色与直接色真彩色、伪彩色与直接色（1 1） 真彩色真彩色(true color)(true color) 真彩色是指图像颜色与显示设备显示的颜色一致，即组成一幅彩色图像的每

23、个像素值的R，G，B三个基色分量都直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色被称为真彩色。（2 2） 伪彩色伪彩色(pseudo color)(pseudo color) 伪彩色图像的含义是，每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作调色板或彩色查找表的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的R，G，B强度值，如果图像中的颜色在调色板或彩色查找表中不存在，则调色板会用一个最接近的颜色来匹配。用查找出的R，G，B强度值产生的彩色不是图像本身真正的颜色因此称为伪彩色。362022-1-203.3.3 3.3.3 真彩色、伪彩色与直接色真彩色、伪彩色与直接色（3 3）直接色）直

24、接色(direct color)(direct color) 每个像素值分成R，G，B分量，每个分量作为单独的索引值对它做变换。也就是通过相应的彩色变换表找出基色强度，用变换后得到的R，G，B强度值产生的彩色称为直接色。它的特点是对每个基色都进行了变换。这一点伪彩色是有区别的。372022-1-203.3.43.3.4图像的大小及种类图像的大小及种类3.3.43.3.4图像的大小及种类图像的大小及种类 图像大小是指图像以数字表示的大小，单位是千字节(K)、兆字节(MB)或千兆字节(GB)。其大小主要受图像像素和颜色深度影响，与图像的像素数成正比。如一幅图像分辨率为768*576，颜色深度为24

25、的图像的大小为：768*576*3/(1024*1024)=1.26 MB，其中 768*576 为图像的总像素个数，每个像素用24位表示即为24(bit)/8= 3Byte。计算中，第一次除以1024 得到单位为 KB第二次除以1024 得到单位为MB，最后得到该图像的大小为1.26MB。382022-1-203.3.43.3.4图像的大小及种类图像的大小及种类 按照图像在计算机中显示时不同的生成方式可以将图像分为矢量图（形）和点位图（像）。所谓矢量图是用一系列计算机指令来表示一幅图，如点、线、曲线、圆、矩形等。在显示图时，也往往能看到画图的过程。392022-1-203.3.43.3.4图

26、像的大小及种类图像的大小及种类 矢量图有许多优点，由于矢量图可通过公式计算获得，所以矢量图文件体积一般较小。矢量图文件的大小主要取决图的复杂程度。当然，矢量图最大的优点还在于当它被放大、缩小或旋转等不会失真。矢量图与分辨率无关，可以将它缩放到任意大小和以任意分辨率在输出设备上打印出来，都不会影响清晰度。 它最大的缺点是难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果，遇到这种情况往往就要采用点位图表示。 402022-1-203.3.43.3.4图像的大小及种类图像的大小及种类 点位图也简称位图。点位图与矢量图不同，它是把一幅图分成许多的像素，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。因此一幅

27、图由许多描述每个像素的数据组成，而这些数据作为一个文件来存储，这种文件又称为位图文件。位图与分辨率有关，换句话说，它包含固定数量的像素，代表图像数据。另外，点位图文件占据的存储器空间比较大。但是点位图在表现复杂的图像和丰富的色彩方面有明显的优势。412022-1-203.3.43.3.4图像的大小及种类图像的大小及种类 矢量图和点位图之间可以用软件进行转换，由矢量图转换成点位图采用光栅化(rasterizing)技术，这种转换也相对容易；由点位图转换成矢量图用跟踪(tracing)技术，这种技术在理论上说是容易，但在实际中很难实现，对复杂的彩色图像尤其如此。422022-1-203.3.43.

28、3.4图像的大小及种类图像的大小及种类 所谓图像格式即图像文件存放在存储器上的格式，各种文件格式通常是为特定的应用程序创建的。这些文件格式大致上可以分为两大类：一类是属于位图图像文件格式，另一类是属于矢量图形的文件格式。 位图图像常用的文件格式有以下几种: （1）PSD图像格式 扩展名是PSD,全名为Photoshop Document，它是Photoshop的专用文件格式，也是惟一可以存取所有Photoshop特有的文件信息以及所有彩色模式的格式。 （2）BMP图像格式 扩展名是BMP，全名为Bitmap-File。它是Windows采用的图像文件存储格式，在Windows环境下运行的所有图

29、像处理软件都支持这种格式。该图像格式采用的是无损压缩，因此其优点是图像完全不失真，其缺点是图像文件的尺寸较大。432022-1-203.3.43.3.4图像的大小及种类图像的大小及种类（3）JPEG图像格式 扩展名是JPG，全名为Joint Photograhic Experts Group。它利用一种失真式的图像压缩方式将图像压缩在很小的储存空间中，其压缩比率通常在10:140:1之间。这样可以使图像占用较小的空间，所以很适合应用在网页的图像中。JPEG格式的图像主要压缩的是高频信息，对色彩的信息保留较好，因此也普遍应用于需要连续色调的图像中。（4）GIF图像格式 扩展名是GIF，全名是Gr

30、aphics Interchange Format。此种格式的图像特点是文件尺寸较小，支持透明背景，特别适合作为网页图像。此外，GIF文件格式可在一个文件中存放多幅彩色图形、图像。如果在GIF文件中存放有多幅图，它们可以像演幻灯片那样显示或者像动画那样演示。442022-1-203.3.43.3.4图像的大小及种类图像的大小及种类(5) TIFF图像格式 扩展名是TIF，全名是Tagged Image File Format。它是一种非失真的压缩格式(最高也只能做到23倍的压缩比)能保持原有图像的颜色及层次，但占用空间却很大。例如一个200万像素的图像，差不多要占用6MB的存储容量，故TIFF

31、常被应用于比较专业的用途，如书籍出版、海报等，极少应用于互联网上。矢量图形的文件格式主要有以下几种：（1）CDR格式 CDR是CorelDraw中的一种矢量图形文件格式。它是所有CorelDraw应用程序中均能够使用的一种文件格式。452022-1-203.3.43.3.4图像的大小及种类图像的大小及种类（2）DWG格式 DWG是AutoCAD中使用的一种图形文件格式。（3）DXF格式 DXF是AutoCAD中的图形文件格式，它以ASCII码方式存储图形，在表现图形的大小方面十分精确，可被CorelDraw、3dMAX等大型软件调用编辑。（4）EPS EPS是用PostScript语言描述的一

32、种ASCII图形文件格式，在PostScript图形打印机上能打印出高品质的图形图像，最高能表示32位图形图像。462022-1-203.4 3.4 数字图像的获取技术数字图像的获取技术3.4.13.4.1位图的获取设备与技术位图的获取设备与技术 位图的获取通常用扫描仪，以及摄像机、录相机、激光视盘与视频信号数字化卡一类设备。 获取位图图像的三种常用方法： （1）通过数字转换设备采集，如：扫描仪或视频采集卡 （2）通过数字化设备摄入，如：数码相机、数字摄像机 （3）从数字图库中收集，如：光盘、网络、硬盘。472022-1-203.4.1位图的获取设备与技术3.4.1.13.4.1.1扫描仪扫描

33、仪 扫描仪（Scanner）是一种高精度的光电一体化的高科技产品，它是将各种形式的图像信息输入计算机的重要工具，是继键盘和鼠标之后的第三代计算机输入设备。482022-1-203.4.1位图的获取设备与技术（1 1）扫描仪种类及原理）扫描仪种类及原理 目前市场上流行的扫描仪有：手持式扫描仪、滚筒式扫描仪和平台式扫描仪。 手持式扫描仪是1987年推出的技术形成的产品，外形很像超市收款员拿在手上使用的条码扫描仪一样。手持式扫描仪绝大多数采用接触式感光（CIS）技术，光学分辨率为200dpi，有黑白、灰度、彩色多种类型，其中彩色类型一般为18位彩色。也有个别高档产品采用电荷耦合器件（CCD）作为感光

34、器件，扫描效果较好。492022-1-203.4.1位图的获取设备与技术 平台式扫描仪也称平板式扫描仪、台式扫描仪。这类扫描仪光学分辨率在300dpi-8000dpi之间，色彩位数从24位到48位，扫描幅面一般为A4或者A3，如图3-8所示。图3-8 平台式扫描仪502022-1-203.4.1位图的获取设备与技术 小滚筒式扫描仪是手持式扫描仪和平台式扫描仪的中间产品，如图3-9所示。因为采用内置供电且体积小，小滚筒式扫描仪被称为笔记本扫描仪。小滚筒式的设计是将扫描仪的镜头固定，而移动要扫描的物件通过镜头来扫描，运作时就像打印机那样，要扫描的物件必须穿过机器再送出，因此被扫描的物体不可以太厚。

35、512022-1-203.4.1位图的获取设备与技术图3-9 滚筒式扫描仪522022-1-203.4.1位图的获取设备与技术 其它扫描仪还包括大幅面扫描用的大幅面扫描仪、笔式扫描仪、条码扫描仪、底片扫描仪、实物扫描仪，还有主要用于专业印刷排版领域的滚筒式扫描仪等。 以目前最常见的平板式扫描仪为例，扫描仪一般由光源、光学透镜、扫描模组、模拟数字转换电路加塑料外壳构成。它利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟数字转换器转化为数字信号传输到计算机中处理。532022-1-203.4.1位图的获取设备与技术（2）扫描仪的光电器件 扫描仪的性能参数包括光电器件、分辨率等。一台扫描

36、仪的光电器件是决定其性能的重要因素，目前市场上扫描仪所使用的感光器件主要有四种：光电倍增管，硅氧化物隔离CCD，半导体隔离CCD，接触式感光器件（CIS或LIDE）。 电荷耦合器件（Charge Coupled Device,CCD）,是一种特殊的半导体器件。CCD的构成是在一片硅单晶上集成了几千到几万个光电三极管。这些光电三极管分为三列，分别用红绿蓝色的滤色镜罩住，从而实现彩色扫描。542022-1-203.4.1位图的获取设备与技术 接触式感光器件使用的感光材料一般是用来制造光敏电阻的硫化镉，生产成本较CCD低。市场上同等精度的CIS扫描仪总是比CCD的扫描仪便宜不少。这种光电元件的扫描仪

37、的缺点是扫描距离短，扫描清晰度低，甚至有的时候达不到标称值，温度变化比较容易影响扫描精度。硫化镉的电阻间漏电现象比半导体隔还大，这降低了扫描精度。 光电倍增管使用的感光材料主要是金属铯的氧化物。其扫描精度，甚至受温度影响的程度和噪音等都是最好的，对应的价格也是最贵的。552022-1-203.4.1位图的获取设备与技术（3）扫描仪的分辨率 扫描仪的分辨率分为光学分辨率和最大分辨率。其中，光学分辨率是指扫描仪物理器件所具有的真实分辨率，而最大分辨率相当于插值分辨率，并不代表扫描仪的真实分辨率。 光学分辨率是扫描仪的光学部件在每平方英寸面积内所能捕捉到的实际的光点数，它的数值是由光电元件所能捕捉的

38、像素点除以扫描仪水平最大可扫尺寸得到的数值。 一般来说，扫描仪的纵向分辨率是横向分辨率的两倍，有时甚至是四倍。判断扫描仪光学分辨率时，应以最小的一个为准。562022-1-203.4.1位图的获取设备与技术 最大分辨率其实就是插值分辨率，是通过在相邻像素间求出颜色或灰度的平均值，从而通过计算机对图像进行分析，对空白部分进行数学填充（这一过程也叫插值处理），得以增加像素数的办法而提高的分辨率。在最大分辨率方式下可以增加图像的像素值，但不能增添更多的图像细节。 在产品的说明书上，往往还会有另一个名词色彩分辨率，它是表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程度的指标，它的单位是bit（位）。色彩分辨率的含义是用

39、多少个位来表示扫描得到的一个像素。例如:1bit只能表示黑白像素，它们分别代表黑与白。8bit可以表示256个灰度级(28=256)，它们代表从黑到白的不同灰度等级。572022-1-203.4.1位图的获取设备与技术（4）扫描仪接口方式 扫描仪接口方式指扫描仪与电脑的连接类型。接口技术是扫描仪除成像技术之外最重要的技术之一，直接关系到扫描仪作为输入设备的工作效率。扫描仪的常用接口方式包括： 小型计算机标准接口（SCSI）：此接口最大的连接设备数为8个，通常最大的传输速度是40Mbps，速度较快，一般连接高速的设备。SCSI设备的安装较复杂，在PC机上一般要另加SCSI卡，容易产生硬件冲突，但

40、是功能强大。582022-1-203.4.1位图的获取设备与技术 增强型并行接口（EPP）：一种增强了的双向并行传输接口，最高传输速度为15Mbps。优点是不需在PC中用其它的卡，无限制连接数目（只要你有足够的端口），设备的安装及使用容易。缺点是速度比SCSI慢。此接口因安装和使用简单方便而在中低端对性能要求不高的场合取代SCSI接口。 通用串行总线接口（USB）：最多可连接127台外设，具有即插即用功能。现在的USB1.1标准最高传输速度为12Mbps，并且有一个辅通道用来传输低速数据。USB2.0标准的扫描仪速度可扩展到480Mbps。592022-1-203.4.1位图的获取设备与技术3

41、.4.1.23.4.1.2数码相机数码相机 数码相机也叫数字式相机，英文全称Digital Camera，简称DC,如图3-10所示。数码相机是集光学、机械、电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件，具有数字化存取模式，与电脑交互处理和实时拍摄等特点。602022-1-203.4.1位图的获取设备与技术图3-10数码相机612022-1-203.4.1位图的获取设备与技术（1）数码相机的工作原理 数码相机的工作原理如下：当按下快门时，镜头将光线会聚到感光器件CCD（电荷耦合器件）上,它代替了普通相机中胶卷的位置，功能是把光信号转变为电信号。感光器件得到了对应于拍摄景物的电子图

42、像，A/D（模/数转换器）器件获得数字信号。微处理器（MPU）对数字信号进行压缩并转化为特定的图像格式，例如JPEG格式。最后，图像文件被存储在内置存储器中。通过数码相机，我们可以通过LCD（液晶显示器）查看拍摄到的照片。622022-1-203.4.1位图的获取设备与技术（2）数码相机的工作部件 数码相机是由镜头、CCD、A/D（模/数转换器）、MPU（微处理器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡（可移动存储器）和接口（计算机接口、电视机接口）等部分组成，通常它们都安装在数码相机的内部。632022-1-203.4.1位图的获取设备与技术 数码相机使用CCD代替传统相机的胶卷，CCD

43、的分辨率被作为评价数码相机档次的重要依据。与扫描仪一致，数码相机也分光学分辨率和最高分辨率。一般来说，数码相机的最高分辨率由生产厂商决定的，使用者只能在最高值范围之内进行有限级别的调整。 A/D转换器又叫做ADC（Analog Digital Converter），即模拟/数字转换器。它是将模拟电信号转换为数字电信号的器件。A/D转换器的主要指标是转换速度和量化精度。转换速度是指将模拟信号转换为数字信号所用的时间，由于高分辨率图像的像素数量庞大，因此对转换速度要求很高。量化精度是指可以将模拟信号分成多少个等级，常见的有8位、10位、12位和24位等。642022-1-203.4.1位图的获取设

44、备与技术 数码相机要实现测光、运算、曝光、闪光控制、拍摄逻辑控制以及图像的压缩处理等操作必须有一套完整的控制体系。数码相机通过MPU（Micro-processor Unit）实现对各个操作的统一协调和控制。和传统相机一样，数码相机的曝光控制可以分为手动和自动，手动曝光就是由摄影者调节光圈大小、快门速度。自动曝光方式又可以分为程序式自动曝光、光圈优先式曝光和快门优先式曝光。MPU通过对CCD感光强弱程度的分析，调节光圈和快门，又通过机械或电子控制调节曝光。 数码相机中存储器的作用是保存数字图像数据，这如同胶卷记录光信号一样，不同的是存储器中的图像数据可以反复记录和删除，而胶卷只能记录一次。存储

45、器可以分为内置存储器和可移动存储器。内置存储器为半导体存储器，安装在相机内部，用于临时存储图像。可移动存储器包括PC（PCMCIA）卡、CompactFlash卡、SmartMedia卡等。652022-1-203.4.1位图的获取设备与技术 LCD（Liquid Crystal Display）为液晶显示屏。数码相机使用的LCD与笔记本电脑的液晶显示屏工作原理相同，只是尺寸较小。从种类上讲，LCD大致可以分为两类，即双扫扭曲向列液晶显示器（DSTN-LCD）和薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）。与DSTN相比，TFT的特点是亮度高，从各个角度观看都可以得到清晰的画面，因此数码相机中大都采

46、用TFT-LCD。LCD的作用包括取景、显示相片和显示功能菜单。 数码相机的输出接口主要有计算机通讯接口、连接电视机的视频接口和连接打印机的接口。常用的计算机通讯接口有串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。若使用红外线接口，则要为计算机安装相应的红外接收器及其驱动程序。如果数码相机带有PCMCIA存储卡，那么就可以将存储卡直接插入笔记本电脑的PC卡插槽中。662022-1-203.4.23.4.2矢量图的获取设备与技术矢量图的获取设备与技术 矢量图形是通过电脑的绘图软件创作并在电脑上绘制出来。可以看到矢量图形的获取其实就是绘制。绘制一个图形必然涉及到两个方面的内容：硬件和软件，即绘图所

47、用的工具和绘图软件。绘图板是帮助人们利用电脑进行图形、影视、动画等制作的一种特殊工具，用笔替代鼠标、键盘完成它们无法完成的精细工作。比较典型的例子是泰坦尼克号或星球大战前传等大片，其中恢弘壮大的场面和叹为观止的电影特技是采用绘图板绘制而成。672022-1-203.4.23.4.2矢量图的获取设备与技术矢量图的获取设备与技术（1 1）什么是绘图板）什么是绘图板 绘图板，又叫数位板，它是一种专门针对电脑绘图而设计的输入设备，通常由一块板子和一支笔组成，主要面向美工、设计师或者绘图工作者、美术爱好者等用户。 绘图板最大的特色就是具备压力感测功能，配合相关软件（如Painter、Photoshop等

48、）可以根据使用者下笔的轻重做出适当的反应，如笔画的粗细、颜色的浓淡，就像使用真的画笔一样，画出来的线条就很活泼。绘图板的另一个优势是在影像合成应用方面，通常要将数张图利用淡入淡出的效果贴合成在一起，有了压力感测的功能，只要适当控制下笔的轻重，就可以做出平顺的淡入淡出效果，而不用繁频切换工具的透明度或是动用滤镜处理，可节省大量的时间。682022-1-203.4.23.4.2矢量图的获取设备与技术矢量图的获取设备与技术（2 2）绘图板的功能）绘图板的功能 绘图板可以模拟各种各样的画家的画笔，如模拟最常见的毛笔，用力重时，毛笔能画很粗的线条，很轻时它可以画出很细很淡的线条。它也可以模拟喷枪，而且还

49、能根据笔倾斜的角度，喷出扇形等等的效果。除了模拟传统的各种画笔效果外，它还可以利用电脑的优势，实现使用传统工具无法实现的效果，例如根据压力大小进行图案的贴图绘画，使用者只需要轻轻几笔就能很容易绘出一片开满大小形状各异的鲜花的芳草地。692022-1-203.4.23.4.2矢量图的获取设备与技术矢量图的获取设备与技术 绘图板作为一种硬件输入工具，结合Painter、Photoshop等绘图软件，可以创作出各种风格的作品：油画、水彩画、素描.。 绘图板除了可用于绘画之外，还可以用于照片处理、3D制作、游戏制作和影视制作等。702022-1-203.4.23.4.2矢量图的获取设备与技术矢量图的获

50、取设备与技术（3 3）绘图板与手写板的区别）绘图板与手写板的区别 手写板的作用和键盘类似，局限于输入文字或者绘画，也具有一些鼠标的功能。手写板一般是使用手写笔，或者手指在特定的区域内书写文字，通过各种方法将笔或者手指走过的轨迹记录下来，然后识别为文字。 与手写板不同，绘图板是一种专门针对电脑绘图而设计的输入设备，主要面向美工、设计师或者绘图工作者、美术爱好者等用户。手写板则主要是为了解决文字输入而设计的。712022-1-203.4.23.4.2矢量图的获取设备与技术矢量图的获取设备与技术 在原理上，大部分绘图板是靠电磁笔的感应识别的，可以和桌面的分辨率进行绝对对应的。 手写笔上一般没有感应装