图像的基本知识.

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1、第2章 图像的基本知识 .图像都是以模拟图像的形式存在，它们是由连续 的有不同色彩及亮度等属性的颜色点组成的。 .要利用数字计算机处理模拟图像，就必须将模拟 图像转换为用数字方式表示的数字图像文件，即所谓 的数字图像。 .将模拟图像转换成数字图像的过程称为图像数字 化过程。 .根据计算机系统处理图像的特点，本章将从图像 文件的分类、属性、色彩通道、色彩模式、层次及文 件格式等方面介绍有关图像的一些基本知识。 退出退出 2.1 图像文件及其分类 2.2 图像文件的属性 2.3 图像的色彩通道 2.4 图像的色彩模式 2.5 图像的层次 2.6 图像文件的常见格式 2.1 图像文件及其分类 .数字

2、图像是以计算机图像文件的形式存在的。 .根据计算机具有的处理图像的特殊方式及各种类 图像本身具有的不同的表现形式与用途等因素，图像 文件一般可按计算机的存储方式与图像本身的颜色来 进行分类。 .按前者分有矢量格式与位图格式，按后者分有黑 白图像、灰度图像及彩色图像。 1.按在计算机存储方式分类 a.矢量格式(向量格式)是用一系列的绘图指令与参 数及数学式来表示一幅图，如点、直线、矩形、圆以 及一些复杂的曲线和曲面等。见图2-1。 .常见的有.DXF、.3DS、.MAX、.WMF等。 .处理矢量图形的软件通常称为绘图软件（Draw Program），常见的有AutoCAD、CorelDRAW以及

3、 Adobe II1ustrator等软件。 .矢量图形有许多优点: (1)如对矢量格式的图形移动、缩放、旋转、复制 、颜色的改变、线条粗细的变化等很方便。 (2)可以将常见的图形作为构成复杂图形的基本元 素预先绘制好，存储在系统的图形库中加以利用。 (3)另外，矢量图形与设备的分辩率无关，一般可 对矢量图形进行任意缩放或变形而不影响其清晰度和 光滑性等。 (4)矢量图形一般适合表示有规律的线条组成的图 形，如三维造型、工程图或艺术字等。 b.位图格式是直接描述像素点属性的图像文件格式 。 .计算机屏幕上图像是由屏幕上发光点（常称像素 ）构成，对每个点可用二进制数据来描述其颜色与亮 度等属性。

4、 .像素是构成点阵图像的基本元素，它是离散的， 就像是在绘图纸上一样排列成矩阵形式。由连续区域 内的像素构成的图像称为点阵图像，也称位图像。全 部像素形成的矩阵就构成位图。见图2-2。 .计算机存储位图图像时，是存储图像各像素的位 置和颜色数据等。扩展名为.BMP、.TIF及.GIF等的是 图像文件。用来绘制位图图像的软件称为画图软件， 如Photoshop等。 .位图适用于表示具有颜色、阴影、色调等的变化 的图像，如各类照片或绘画作品等。 位图放大后，其清晰度和光滑度都要受到影响。见图2- 3与图2-4。 .位图图像中的水平方向上的像素个数和垂直方向 上的像素个数决定了该幅图像的分辨率。如屏

5、幕上显 示的图像的分辨率为640480，表示其水平方向上有 640个像素，垂直方向上有480个像素，则屏幕上的总 像素有640480=307200个像素，即有307200个发光点 。 .位图图像文件一般比矢量图形文件要大。影响位 图文件的大小的因素主要有两个，即图像的分辨率与 位深。 2.按颜色分类 .图像按颜色分有黑白图像、灰度图像及彩色图像 等。 a.黑白图像是最简单的一种图像，它只包含黑白两 种信息，占用很少的存储空间。 .黑白图像又可分为两种不同的类型，即线条图和 半色调图。线条图是一种简单的黑白线条组成的图像 ，包括如铅笔或钢笔的素描图或如机械蓝图等单一颜 色类的彩图。半色调图是一种

6、模拟灰度图像的黑白图 。见图2-5。 b.灰度图像除包含黑色和白色，还包含实际的灰色 调。见图2-6。 c.彩色图像包含丰富的图像信息，在计算机中通常 采用RGB（红、绿、蓝）三原色的模型来表示。RGB 三原色可以组合成世界上所有的颜色。 .彩色图像中的每个像素是用多个位来表示的，常 用的是24-bit彩色图像，它是由三个8-bit的RGB通道组 成，可以记录1670万种色彩，这种图像常称为真彩色 图像。 2.2 图像文件的属性 图像的属性主要有图像的分辨率、颜色、尺寸及 存储方式等，这些属性确定了图像的表现形式、操作 方式及其适用领域等。 1. 图像的分辨率 .计算机不能直接处理连续的图像信

7、息，而只能处 理离散的像素。数字化设备的主要作用之一就是将信 息分成可以进行独立处理的单元，即像素。 .像素作为图像元素是可以用来度量图像数据的最 小单元。计算机图像是由像素点组成的，在同样大小 的面积上，组成图像的像素点越多，图像的清晰度就 越高。 a.分辨率表示图像数字信息的数量或密度；它与像 素和网格特性有着直接的联系，而像素与网格是扫描 设备或输出设备再现光栅图像的基础成分。 显示器是以像素的形式显示图像的。例如一个14 英寸的显示器在宽与高方向上分别可显示640与480个 像素，而每个像素的宽度一般为1/72英寸，则一般称 此时该显示器分辨率为640480，或者说该显示器的屏 幕分辨

8、率为72dpi（dot per inch 每英寸点数）。 显示器的分辨率可以在一定范围内作调整。一般 的图像处理软件均可以通过一定的算法调整图像像素 与屏幕像素的对应方式，以使图像在屏幕上按一定的 分辨率进行显示。 如图2-7所示为分辨率不同的两幅图像，左边图像 的分辨率比右边的高，显得更清晰。 b.图像的分辨率依据应用对象或环境的不同可以分 为几种类型或描述方式，如输入（扫描）分辨率、光 学分辨率、内插分辨率、显示器分辨率、图像分辨率 、输出分辨率及打印机分辨率等。 图像分辨率、显示器分辨率及输出分辨率等是图像设 计与处理中的重要参数。 (1)输入或扫描分辨率是指在每英寸或每厘米原始 图像上

9、，一台扫描设备可捕获的信息量，它受扫描设 备所具有的最高光学分辨率或内插分辨率的限制。 (2)光学分辨率指扫描仪或无胶片照相机的光学系 统采样的最大信息量或最高信息密度，对于扫描仪是 指水平的每一英寸或厘米的信息量，对于数字照相机 一般表示为一个固定的量。 (3)内插分辨率适用于输入和输出阶段。在输入情 况下，内插分辨率是指扫描仪通过硬件或软件算法可 以模拟的最高信息密度。 (4)显示器分辨率指计算机屏幕一次可显示的总信 息量（如1024768像素），或指显示器在水平方向每 一英寸的点数（如72dpi）。显示器分辨率影响使用者 对图像进行处理工作时的方便性及视觉效果，但不会 影响图像数据的输出

10、质量。 (5)图像分辨率指图像中储存的信息量，这种分辨 率有多种衡量法，一种是以图像水平和垂直方向上的 像素点数量（ppi）来表示，如分辨率640480的图像 表示这幅图像水平方向上有640个像素，垂直方向上有 480个像素。另外一种表示方法是以每英寸的像素（ dpi）来衡量，如300dpi图像分辨率表示图像上每英寸 有300个像素点。 (6)输出分辨率适用于打印或印刷，它表示将最终 文件发送到激光照排机或打印机时所需的每英寸像素 数（ppi或dpi）。印刷复现方法、挂网约定、选定的 输出设备的分辨率等综合在一起，可以决定图像的确 切的输出分辨率。 (7)打印机分辨率可用来度量输出设备在水平和

11、垂 直方向可以产生的每英寸点数。打印机或激光照排机 的分辨率越高，它所产生的点就越小，图像的色调就 显得越连续。 2. 图像的颜色与深度 a.图像颜色是指图像中所具有的最多的颜色种类。 .图像中的每一个像素都有其自己的颜色或灰度值 ，当像素很小且相邻像素的颜色或色调变化不大时， 图像会显示一种连续色调的视觉效果。 .图像中的细节由像素尺寸和色调可取范围确定， 而像素尺寸与分辨率有关，色调范围是由扫描设备的 动态范围确定的。 b.图像深度是指描述图像中每个像素的数据所占的 位数。图像的每一个像素对应的数据通常可以是1位（ bit）或多位字节，用来存放该像素点的颜色、亮度等 信息。 .数据位数越多

12、，所对应的颜色种数就越多。图像 深度一般有1位、2位、4位、8位、16位、24位、32位 及36位等几种。图像颜色数与图像深度有着密切的关 系，即颜色数2图像深度。 3. 图像的尺寸 a.图像的尺寸是指图像的长与宽，根据不同的需要 ，尺寸可以用不同的单位来度量，如可用像素点（ pixels）的数量来表示显示器屏幕上显示的图像的尺寸 。 .注意，描述显示器分辨率的640640与描述图像尺 寸的640640是有不同含义的，前者表示屏幕一次可以 显示的总信息量。而后者对图像而言是确定的，如果 利用图像处理软件改变该值，则图像本身就发生了变 化。 .图像在显示器上显示的尺寸与图像在打印机上输 出的尺寸

13、是没有直接关系的，它们分别与图像本身的 尺寸、显示器的分辨率与尺寸及打印机的分辨率等有 关。 .一般在描述图像的尺寸时常用dpi（dot per inch- 每英寸的像素）、inches（英寸）、cm（厘米）等来 描述，它们之间可相互换算。 4. 图像文件的大小 图像文件的大小确定图像所需要的磁盘存储空间 ，一般用计算机存储的基本单位字节（byte）来度量 。不同色彩模式的图像的每一像素所需要的字节数不 同，如灰度图像中的每一像素灰度用一个字节的数值 表示；而彩色图像中的每一像素一般最少用8个字节来 度量。 图像文件的大小主要受图像分辨率、色彩数（位 深）和图像大小三个因素共同决定。 图像分辨

14、率也影响到图像在屏幕上的显示大小，如果 在一台设备分辨率为72dpi的显示器上显示的图像的分 辨率从72dni增大到144dpi且保持图像尺寸不变，则该 图像将以原图像实际尺寸的2倍显示。 5. 色调 指光所呈现的颜色，如红、绿、黄等。彩色图像 的色调决定于其在光照射下所反射的光的颜色。一般 来说，发光物体的色调决定于其本身的光谱组成，而 非发光物体的色调决定于光源及物体本身的反射与透 射性质。 6. 饱和度 饱和度表明色彩的纯度，它决定于物体反射或透 射的特性。 .饱和度用与色调成一定比例的灰度数量来表示， 取值范围通常是0%（饱和度最底）100%（饱和度 最高）。 .可见光中单色光是最饱和

15、的色彩。饱和度为最大 时每一色相显示最纯的色光。对于同一色调的彩色光 ，其饱和度越高，则其颜色就越深，如深红比浅红的 饱和度高。 .高饱和度的彩色光在加入白色后会被冲淡，变成 低饱和度的彩色光。 7. 色度 色度是色调和饱和度的合称，表示光的颜色及其 深浅程度。 8. 图像的亮度 指图像色彩的明暗程度，通常用0%（最暗） 100%（最亮）间的值来表示。亮度为零时即为黑，最 大亮度是色彩最鲜明的状态。 亮度是人眼对物体明暗强度的感觉，发光物体的亮度 或非发光物体的反射度越高，则色彩的亮度均会显得 越高。 9. 对比度 指图像中的明暗对比或变化，或是指亮度大小的 差别。 2.3 图像的色彩通道 .

16、计算机屏幕上显示的图像的色彩通常是由红（ Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三种基本颜色混合 而成的。 .三种基本色按不同比例进行混合可以产生许多种 颜色，每一种颜色所占的份量可以分别进行调整，为 此，保存每一种颜色信息及对其可进行调整处理所提 供的方式或途径就是相应颜色的色彩通道。 .如对由红绿蓝三种颜色光按不同比例混合而成的 RGB图像，计算机中保存的是此幅图像中的三种颜色 的数据，对应的就有红绿蓝三种颜色的通道和一个 RGB通道。 .由于应用的领域或方式的不同，基本颜色的种类 也有不同，如在印刷过程中，彩色图像一般是经过四 个印版来印刷，每个印版分别印刷青色（Cyan）、品 红（Magenta）、黄色（Yellow）及黑色（Black）。 一个通道即相当于印刷中的一个印版，每个通道保存 一种颜色的数据。CMYK图像有青、品红、黄及黑四 种颜色的通道和一个CMYK通道。 颜色通道保存相应颜色的信息，RGB和CMYK通 道均是一个混合通道，保存所有颜色的信息，而所见 到的图像是由几个通道叠加在一起所产生的综合效果 ，如RGB色彩模式的图像就像是由三种颜色通