《多媒体技术与信息处理-电子教案-杨帆 第05章 图形图像信息处理技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多媒体技术与信息处理-电子教案-杨帆 第05章 图形图像信息处理技术（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 图形/图像信息处理技术,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第2页/共101页,本章导读,图形/图像处理技术包括对位图图像和矢量图形两方面的处理内容。图形处理是指在计算机环境下，实现对图形的表示、绘制、处理、输出等；而图像处理则包括对非数字化的图形/图像信息进行采样、量化及编码实现数字化，然后对数字化的信息进行数字化编辑处理、压缩、存储、传输，当需要输出图像时，再将其解压缩并还原。其中的数字化编辑处理主要是指对已经数字化了的图像信息所进行的具体技术性处理，以达到所希望的应用效果。这些技术处理包括图像亮度或对比度的增强、图像平滑、边缘锐化、图像分割、图像校正、图像识别等。在图形
2、/图像处理过程中，还要用到颜色的相关知识。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第3页/共101页,本章主要内容,5.1 颜色的基本知识 5.2 位图图像与矢量图形 5.3 图像的数字化过程 5.4 数字图像处理 5.5 数字图像分析 5.6 图形图像文件 5.7 图形图像处理软件,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第4页/共101页,5.1 颜色的基本知识 5.1.1 颜色的基本概念,1、颜色的三要素,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。 饱和度：是指颜色的鲜艳程度或纯度。
3、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。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第5页/共101页,2、三基色和混色 1）三基色原理,2）混色（三基色光按不同比例相加可产生混色光） 红色+绿色=黄色 红色+蓝色=紫色（也称品红） 绿色+蓝色=青色 红色+绿色+蓝色=白色 黄色、紫色和青色分别为红、绿、蓝三色的补色。,各种彩色光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色光按不同比例相配而成； 绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第6页/共101页,1） 混色原理属于“加性”颜色形成方法，计算机显
4、示器就是采用这种原理产生颜色的。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彩色图像。 2）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，或访问“配色手册网站”，网址是： http:/ 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第7页/共101页,5.1.2 计算机中的颜色模式,颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色的一组规则。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RGB、HSB、Lab、CMYK等多
5、种颜色模式。下图是Photoshop软件中常用的四种彩色模式的表示与调整方法。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第8页/共101页,1、RGB颜色模式,所谓RGB颜色模式，就是用红（R）、绿（G）、蓝（B）三种基本颜色来表示任意彩色光。根据三基色原理，在RGB颜色模式中，任意彩色光F的配色方程可写成： F= rR+gG+bB,其中r、g、b分别代表对应色的比例系数，rR、gG、bB分别代表F色光的红绿蓝三色分量。,在MPC中，使用最多的是RGB颜色模式，因为MPC彩色监视器的输入需要RGB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。所以显示输出一定要转换成R
6、GB颜色模式。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第9页/共101页,2、HSB颜色模式,HSB颜色模式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，如图5-3。,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。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第10页/共101页,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。 亮度：是颜色的相对明暗程度，通常使用从 0%（
7、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HSB颜色模式，只要对亮度信号操作就可获得良好效果。因此，利用HSB颜色模式中可以大大简化图像分析和处理的工作量。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第11页/共101页,3、CMY颜色模式,CMY颜色模式是采用青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）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，其原理称为“减色”原理。因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，颜料全部除去后才成为白色。 虽然理论上利用CMY三基色混合可以制
8、作出所需要的各种色彩，但实际上同量的CMY 混合后并不能产生完善的黑色或灰色，因此在印刷时必须加上一个黑色（Black），由于字母B已经用来表示蓝色，因此黑色选用单词Black的最后一个字母“K”来表示，这样又称为CMYK颜色模式。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第12页/共101页,四色印刷是依据CMYK彩色模式表示原理发展而来的，所以，彩色打印和彩色印刷都是采用CMYK彩色模式实现彩色输出的。因此，当要将MPC上的显示图像通过彩色打印机输出时，系统会自动将RGB彩色模式转换为CMYK彩色模式表示。从理论上讲，RGB与CMY彩色模式是互补的，可以互相转换，但实际上因为发射光与
9、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机上复制出来，因此同一彩色图像的显示与打印颜色会有细微差别。,特别提示：,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第13页/共101页,4、Lab颜色模式,Lab颜色模式分别用亮度或光亮度分量 (L) 和两个色度分量（a、b）来表示颜色，a 分量表示从绿到红， b 分量表示从蓝到黄，如图5-4所示。具体取值范围是：L在0到100之间，a和b都在-128+127之间。,Lab颜色模式可以表示的颜色最多，颜色更为明亮且与光线和设备无关,不管使用什么设备（如显示器、打印机、计算机或扫描仪）创建或输出图象，这种颜色模型产生的颜色都保持一致
10、。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第14页/共101页,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256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。 2）灰度模式 灰度模式最多使用256级灰度来表现图像，图像中的每个像素有一个0（黑色）到255（白色）之间的亮度值，如图5-5上半部所示。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（0%表示白色，100%表示黑色）。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第15页/共101页,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1位二进制数表示，“0”表示
11、黑色，“1”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，则需要通过点的抖动来模拟（如图5-5下半部所示）。位图模式通常用于文字识别，如果扫描需要使用OCR（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。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第16页/共101页,5.1.3 颜色模式的色域,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。 Lab具有最宽的色域，它包括RGB和CMYK色域中的所有颜色。 CMYK色域较窄，仅包含使用印刷色油墨能够打印的颜色。 RGB色域包含能在计算机显示器或电视屏幕（发出红、绿和
12、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,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第17页/共101页,5.2 位图图像与矢量图形,5.2.1 位图图像,位图是用矩阵形式表示的一种数字图像，矩阵中的元素称为像素，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5-7给出了二值图像抖动技术显示的位图和对应的灰度位图。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第18页/共101页,图像文件保存的是组成位图的各像素点的颜色信息，颜色的种类越多，图像文件越大。在将图像文件放大
13、、缩小和旋转时，会产生失真。 位图图像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，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分辨率密切相关。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第19页/共101页,5.2.2 矢量图形,由矢量定义的基本图形元素组成。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。
14、因此，矢量图形处理的基本单位是图形对象。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命令，并将命令转换为组成图形的各个图元。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第20页/共101页,5.2.3 图形图像处理的基本内容,矢量图形处理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、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。 图像处理是指对位图图像所进行的数字
15、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、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。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第21页/共101页,5.2.4 位图与矢量图的比较与转换,1、位图和矢量图的不同： 矢量图形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很小，能方便的对每个图像元素方便的进行编辑修改；位图图像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压
16、缩，且不便于编辑修改。 矢量图形常用的技术标准有GKS、PHIGS、OpenGL、WMF、VRML、CGM、STEP等。位图图像常用的技术标准有JBIG、JPEG、TIFF等。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第22页/共101页,2、转换方法 转换方法分为两种：,一种是通过硬件设备实现的转换，如图5-9所示。 另一种是通过文件格式的转换。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第23页/共101页,5.2.5 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，常涉及的分辨率概念有以下几种。,1）图像分辨率：指单位图像线性尺寸中所包含的像素数目，通常以像素英寸（ppi）为计量单位。图5-10是PhotoShop中图像分辨率与图像尺寸的关系示意图。,主讲：杨 帆,第五章 图形/图像信息处理技术,第24页/共101页,2）显示分辨率：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（dpi）为计量单位。
