图形图像处理技术

《图形图像处理技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《图形图像处理技术（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 图形图像处理技术3.1 图形与图像的基本概念 3.2 颜色的基本概念与表示方法 3.3 图形处理技术 3.4 图像处理技术 3.5 常见图像文件格式 3.6 Photoshop图像处理3.1 图形与图像的基本概念 3.1.1 图形 在计算机科学领域，一般称图形（Graphics）为矢 量图（Vector Graphics）。图形是用一个指令集合 来描述的。这些指令描述构成一幅图的所有直线、园 、圆弧、曲线和矩形等的位置、维数和大小、形状、 颜色。显示时需要相应的软件读取这些命令，并将其 转变为屏幕上所显示的形状和颜色。 产生图形的程序通常称为绘图（Draw）程序。 图形与分辨率无关，用户可以

2、将它们缩放到任意尺 寸，可以按任意的分辨率打印，而不会遗漏细节或降 低清晰度。 3.1 图形与图像的基本概念 3.1.2 图像图像是由许多颜色与亮度不同的像素点组成的，它 适合表现层次细致、色彩丰富、包含大量细节的对象 （如照片）。 图像与分辨率有关，用户将它们缩放或低于创建的 分辨率打印时，将丢失其中的细节，并出现锯齿状。 图形与分辨率无关，用户可以将它们缩放到任意尺 寸，可以按任意的分辨率打印，而不会遗漏细节或降 低清晰度。3.2 颜色的基本概念与表示方法 3.2.1 颜色的基本概念 颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果。物 体由于构成和内部结构的不同，受光线照射后， 一部分光线被吸收，其

3、余的被反射或投射出来。 由于物体的表面具有不同的吸收光线与反射光的 能力，反射光不同，眼睛就会看到不同的颜色。颜色通常使用光的波长来定义，用波长定义的 颜色叫做光谱色。国际照明委员会(CIE) 定义了颜色的特性： 色调(hue)、饱和度(saturation)和明度 (brightness)。色调用于区别颜色的种类。色调是视觉系统对一个 区域所呈现颜色的感觉。如红、橙、黄、绿、青、蓝 、靛、紫等 。饱和度是颜色的纯洁性，用来区别颜色的程度。当 一种颜色渗入其他光成分愈多时，颜色愈不饱和。 明度是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感 知属性。3.2 颜色的基本概念与表示方法 亮度是用反映视觉特

4、性的光谱敏感函数加权之 后得到的辐射功率，用单位面积上反射或者发射 的光的强度表示。由于明度很难度量，通常可以 用亮度来度量。 3.2 颜色的基本概念与表示方法 3.2.2 颜色空间表示与转换颜色常用颜色空间来表示。颜色空间是用一种数学方 法形象化表示颜色，人们用它来指定和产生颜色。 颜色空间中的颜色通常用代表3个参数的3维坐标来描 述，其颜色要取决于所使用的坐标。在显示技术和印刷 技术中，颜色空间经常被称为颜色模型。颜色空间侧重 于颜色的表示，而颜色模型侧重于颜色的生成。在一个典型的多媒体计算机系统中，常常涉及到用几 种不同的颜色空间表示图形和图像的颜色，以对应于不 同的场合和应用，各种颜色

5、空间可以方便地进行转换。 3.2 颜色的基本概念与表示方法 1RGB颜色空间计算机颜色显示器显示颜色的原理与彩色电视机一样 ，都是采用红（R）、绿（G）、蓝（B）相加混色的原理 ，通过发射出3种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的 红、绿、蓝荧光材料发光而产生颜色的。这种颜色的表 示方法称为RGB颜色空间表示 。在RGB颜色空间，任意色光F都可以用R、G、B这3色 不同分量的相加混合而成 ，即(3-1)任何颜色都可以表示为RGB颜色空间中的一个点。当三基色 分量都为0（最弱）时，混合得到的是黑色光，故黑色在 RGB颜色空间中的坐标为(0,0,0)，即为坐标原点；当三基色 分量都为1（最强）时，混

6、合色为白色光，故白色在RGB颜 色空间中的坐标为(1,1,1)；而红色、绿色、蓝色的坐标分别 是（1,0,0）、（0,1,0）、（0,0,1）。 2HSI颜色空间HSI（Hue，Saturation and Intensity）模 型中， H表示色调，S表示饱和度， I表示亮度， 它反映了人的视觉系统观察颜色的方式。通常把 色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别 与深浅程度。 由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色 浓淡的敏感程度，为了便于颜色处理和识别，人 的视觉系统经常采用HSI颜色空间，它比RGB颜 色空间更符合人的视觉特性。2HSI颜色空间在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在

7、HSI颜色空间中方便地使用，它们可以分开处理 而且是相互独立的。在HSI颜色空间可以大大简化图像分析和处理 的工作量。2HSI颜色空间RGB颜色空间可与HSI空间相互转换，HSI颜色空 间与RGB颜色空间的转换关系如下： 3YUV颜色空间YUV颜色空间也称为电视信号彩色坐标系统。 在现代彩色电视系统中，通常把得到的彩色图像 信号,经分色分别放大校正得到RGB，再经过矩阵 变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y、B- Y，最后发送端将亮度和色差3个信号分别进行编 码，用同一信道发送出去。这就是常用的YUV颜 色空间。YUV彩色电视信号传输时，将R、G、B改组成 亮度信号和色度信号。PAL制式

8、将R、G、B3色信 号改组成Y、U、V信号， 其中Y信号表示亮度， U、V信号是色差信号。3YUV颜色空间采用YUV颜色空间的重要性是它的亮度信号Y 和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量 而没有U、V分量，那么这样表示的图就是黑白灰 度图。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信 号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题， 使黑白电视机也能接收彩色信号。根据美国国家电视制式委员会NTSC制式的标 准，当白光的亮度用Y来表示时，它和红、绿、 蓝3色光的关系可用如下式的方程描述：这就是常用的亮度公式。色差U、V是由B-Y、 R-Y按不同比例压缩而成的。YUV颜色空间与RGB 颜色空间的转换关

9、系如下： 3YUV颜色空间(3- 3)(3- 4a)（3-4b)4CMYK颜色空间计算机屏幕显示通常用RGB颜色空间，它是通 过相加来产生其他颜色，这种做法通常称为加色 合成法。彩色印刷或彩色打印的纸张不能发射光线，因 而只能使用一些能够吸收特定光波而反射其它光 波的油墨或颜料。油墨或颜料的3基色是青( Cyan ) 、品红(Magenta)和黄( Yellow ) ，简称为CMY。理论上，任何一种由颜料表现的颜色都可以用 这3种基色按不同的比例混合而成，这种颜色表示 方法称CMY颜色空间表示法。彩色打印机采用CMY颜色空间，而在印刷工业 上则通常用CMYK表色系统，它通过颜色相减来产 生其他

10、颜色的，称这种方式为减色合成法。 CMY空间正好与RGB空间互补，也即用白色减去RGB 空间中的某一颜色值就等于同样颜色在CMY空间中的值 。CMY空间与RGB空间的颜色值互补关系如表3-1所示。 根据这个原理，很容易把RGB空间转换成CMY空间。4CMYK颜色空间RGB空 间值间值CMY 空间值间值合成的 颜颜色RGB空 间值间值CMY 空间值间值合成的 颜颜色 (0,0,0)(1,1,1)黑(1,0,0)(0,1,1)红 (0,0,1)(1,1,0)蓝(1,0,1)(0,1,0)品红 (0,1,0)(1,0,1)绿(1,1,0)(0,0,1)黄 (0,1,1)(1,0,0)青(1,1,1)

11、(0,0,0)白表3-1 CMY空间与RGB空间的颜色值互补关系理论上，青色(C)、品红(M)和黄色(Y)能合成吸 收所有光线的黑色。但是，因为所有打印油墨都 包含一些杂质，这三种油墨合成实际上产生一种 土灰色，必须与黑色油墨混合才能产生真正的黑 色。于是在印刷工业上通常用CMYK四颜色系统， 在CMY三色基础上增加了一种黑色K。这里用K表 示黑色，而不用Black中的首字母B表示黑色，是为 了避免和RGB三基色中的蓝色（Blue，用B表示） 发生混淆。 4CMYK颜色空间3.3 图形处理技术3.3.1 图形处理技术概述图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、 线性、线宽等非几何属性组

12、成。人们用概念或数学描述表示物体的几何数据或几何模型 ，并运用计算机对这些数据或几何模型进行显示、存储、修 改、完善等操作，这样的过程叫做计算机图形处理。 图形处理研究的方向包括如何通过计算机生成、处理和 显示图形。研究计算机图形处理的学科分支叫计算机图形学 。计算机图形学的研究内容涉及用计算机对图形数据进行处 理的硬件和软件两个方面的技术，主要围绕着计算机图形信 息的输入、表达、存储、显示、变换以及表示物体的图形的 准确性、真实性和实时性的基础算法进行研究。 3.3 图形处理技术3.3.2 常用图形绘制软件1. CorelDraw软件CorelDraw 是加拿大Corel软件公司（官方中文网

13、站 http:/ ）的产品。 CorelDraw 是融合了绘画与插图、文本操作、绘图编辑、 桌面出版及版面设计、追踪、文件转换、等高品质的输出于 一体的矢量图绘图软件，在工业设计、产品包装造型设计， 网页制作、建筑施工与效果图绘制等设计领域中得到了极为 广泛的应用。 CorelDraw的功能可大致分为两大类：绘图与排版。它除 了支持矢量图形处理以外，也支持位图图像处理。 3.3 图形处理技术3.3.2 常用图形绘制软件 2. Illustrator软件Illustrator是大名鼎鼎的ADOBE公司推出的专业绘图工具 ，是出版、多媒体和在线图形图像工业标准插画绘图软件。 它的优势在于处理矢量图

14、形方面，能够非常精确地控制 矢量图形的位置、大小，是工业界标准的绘图软件。 它在文字处理和图表方面也有着独特的优势，尤其是它 将矢量图形、字体和图表有机地结合起来，非常适合于制作 海报、网页、广告等宣传资料。 3.3 图形处理技术3.3.2 常用图形绘制软件 3. Freehand软件FreeHand是Macromedia公司的产品。与前面两款软件相 比，有它自身的优势：体积不像Illustrator、CorelDRAW那样 庞大，运行速度快。与Macromedia的其它产品如Flash, Fireworks等相容性极好。 Freehand主要具有以下特点：透视网格功能、即时打包 功能、精绘工

15、具功能、交互变形功能、方便快捷的符号素材 库、完善的选择功能、透明功能、放大功能、多页面管理。 3.3 图形处理技术3.3.2 常用图形绘制软件 4. 高级编程语言Visual BasicVisual Basic是一种面向对象的程序设计语言，同时也是 一个高效、实用的图形界面软件开发环境。Visual Basic具有 很强的图形图像处理功能，并广泛应用于图形设计、图像处 理及多媒体技术的其它领域中。与目前常用的程序设计语言相比，Visual Basic 6在图形 开发方面具有如下特点： （1）系统提供了功能强大的图形方法。 （2）用户设定空间较大。 （3）图形编程不依赖于硬件。 （4）开发流程

16、简单，易于掌握。 3.3 图形处理技术3.3.2 常用图形绘制软件 5. 高级编程语言MatlabMatlab是一种以矩阵为基本数据类型的科学计算程序设 计语言，但其功能已经大大超出了单纯科学计算的范围。除 了Matlab具有接近数学描述的及简单语法，它还有丰富的内 部函数，方便的矩阵操作，内建的复数运算，完整和详细的 在线帮助文档。丰富的扩展工具箱。方便强大的数据图形显 示功能。直接调用Matlab的内置图形函数即可轻松实现绘图。 Matlab的图形函数可以分为6大类，即二维图形函数、三维 图形函数、特殊图形函数、动画图形函数、文件图形操作函 数、以及GUI图形函数。Matlab可以实现所有方式的图形绘 制（3D，饼图，矢量