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1、第6章 数字形像技术,周苏 教授 Z 电话: 13805784515 Q Q: 81505050 http:/ (感悟人生),第6章 数字形像技术,传统情况下，计算机输入输出以及处理和管理的信息主要是数字和字符。20世纪80年代末，多媒体计算机技术出现后，使计算机能够综合处理声音、文字、数字和像信息,第6章 数字形像技术,数字像是指由摄像机或扫描仪等设备输入并存储在计算机中的数字信息 形 (Graphics) 一般指用计算机绘制的画面，如直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和表等 像 (Image或Picture等) 则指由输入设备捕捉的实际场景画面，或以数字化形式存储的任意画面,第6章 数字形像技
2、术,6.1 视觉媒体及其特性 6.2 彩空间表示 6.3 像及其特征 6.4 形及其特征 6.5 像显示技术 6.6 形像文件格式 6.7 准备形像素材 6.9 实训与思考：读软件ACDSee,6.1 视觉媒体及其特性,视觉是人类最丰富的信息来源之一，从形、像、文字到可观察到的种种现象、形体动作等，都是通过视觉来传递的，人类接受的信息约有70来自视觉 所谓视觉媒体，就是指通过视觉传递信息的媒体，视觉媒体在多媒体技术中占有重要的地位,视觉媒体概括起来有以下几类 位，又称点阵像：是一种对视觉信号进行直接量化的媒体形式，以数字形式对构成像的每一点上的颜、亮度等相关信息进行描述和存储 矢量形：是一种抽
3、象化了的像，是对像依据某个标准进行分析而产生的结果，它不直接描述数据的每一点，而是描述产生这些点的过程，并以指令集合的形式存储,6.1 视觉媒体及其特性,动态像：由多帧连续的静态画面 (像或形) 序列在时间轴上不断变化所形成的动态视觉感受。当每帧画面是实时获取的自然景物人物像时，称为动态视频或视频 如果每帧画面是人工或计算机产生的形时，称为动画；如果每帧画面是计算机产生的真实感像时，称为三维真实感动画或三维动画 符号：是对信息进行抽象的结果。符号可以表示数值，表示事物或事件，也可以表示语言 其他：许多其他信息也可转换为视觉的形式，如音乐可转换为乐谱，数值可转换为曲线形等,6.1 视觉媒体及其特
4、性,视觉媒体具有准确、直观、具体、生动、高效、应用广泛、信息容量大等诸多优点。它的参与使得多媒体技术的发展和应用更加广泛和诱人 视觉媒体数字化后的数据量非常之大，对计算机的运算、存储、传输和处理等能力提出了更高的要求,6.1 视觉媒体及其特性,6.2 彩空间表示,离散化一幅彩像，就是将连续函数f(x,y) 在空间坐标和彩幅度离散化。空间坐标x，y的离散化通常取128，256，512或1024等，而彩幅度如何离散化，要取决于所使用的彩空间表示。,6.2.1 彩的基本概念,彩可用亮度、调和饱和度来描述，人眼看到的任一彩光都是这3个特性的综合效果 亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与被观
5、察物体的发光强度有关，由于其强度不同，看起来可能亮一些或暗一些。显然，如果彩光的强度降到使人看不到了，在亮度标尺上它应与黑对应；同样，如果其强度变得很大，那么亮度等级应与白对应,调是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩感觉，它反映颜的种类，是决定颜的基本特性，例如红、棕等都是指调 饱和度是指颜的纯度，即掺入白光的程度，或者说是指颜的深浅程度。对于同一调的彩光，饱和度越深颜越鲜明或者说越纯 通常把调和饱和度通称为度，即：亮度表示某彩光的明亮程度，而度则表示颜的类别与深浅程度,6.2.1 彩的基本概念,自然界常见的各种颜光，都可由红 (R) 、绿 (G) 、蓝 (B) 3种颜光按不同比例相配而
6、成。同样，绝大多数颜光也可以分解成红、绿、蓝三种光。这就是度学中最基本的原理三基 (RGB) 原理 三基的3种颜必须是相互独立的，即任何一种颜都不能由其他两种颜合成。人眼对红、绿、蓝三种光最敏感,6.2.1 彩的基本概念,由红、绿、蓝三基进行相加混，例如 红+绿=黄 红+蓝=品红 绿+蓝=青 红+绿+蓝=白 红+青=绿+品红=蓝+黄=白,6.2.1 彩的基本概念,由于人眼对于相同程度单光的主观亮度感觉不同，所以，用相同亮度的三基混时，如果把混后所得光亮度定义为100的话，那么人的主观感觉是绿光仅次于白光，是三基中最亮的；红光次之，亮度约占绿光的一半；蓝光最弱，亮度约占红光的1/3,6.2.1
7、彩的基本概念,在一个典型的多媒体计算机系统中，常常会涉及到用几种不同的彩空间来表示形和像的颜 显示时采用RGB彩空间 彩全电视信号数字化时采用YUV彩空间 为了便于彩处理和识别，视觉系统又常采用HSI彩空间等,6.2.2 彩空间,像通常指人类视觉系统所感知的信息形式或人们心目中的有形想象，是与像的总称 是指用描绘或摄影等方法得到的外在景物的相似物 像是指直接或间接的视觉印象 事实上，文字、形、动态像等多种媒体形式最终都是以像的形式出现的。点阵像即为最基本的一种像形式,6.3 像及其特性,点阵是指在空间和亮度上已经离散化了的像。可以把点阵考虑为一个矩阵，矩阵中的每一个元素对应于像中的一个点，而元
8、素的值则对应于该点经量化后得到的灰度 (或颜) 等级。这个矩阵中的元素就称为像素，存放于显示器缓冲区中，与显示器上的显示点一一对应，故又称之为位映射像，简称位,6.3 像及其特性,点阵像就是以数字化的形式对构成像的各个像素点的颜和亮度等相关信息进行描述和存储。当点阵像中的灰度 (颜) 值仅为两个等级时，称之为二值像，否则称之为灰度 (彩) 像。显然，灰度 (彩) 等级越高，像就越逼真,6.3 像及其特性,位像由数字阵列信息组成，阵列中的各项数字用来描述构成像的各个点 (称为像素点) 的强度与颜等信息。位适合于表现层次和彩比较丰富，包含大量细节，具有复杂的颜、灰度或形状变化的像，并可直接、快速地
9、在屏幕上进行显示。,位和矢量,7-2 矢量与位,(a) 矢量 (b) 位,从7-2中可以明显地看出矢量与位之间的区别。 与矢量相比，位占用的存储空间较大，一般需要对其进行数据压缩。,位和矢量,决定位质量的主要因素有分辨率和颜深度等指标。 分辨率是决定像质量的主要因素之一，有屏幕分辨率和像分辨率之分。屏幕分辨率是显示屏幕上的最大显示区域，即水平与垂直方向的像素个数。屏幕分辨率与显示模式有关，例如，标准VGA形卡的最高屏幕分辨率为640像素 (水平) 480像素 (垂直) 。,6.3.1 分辨率,像分辨率指数字像的尺寸，即该像的水平与垂直方向的像素个数。例如，若一幅像的分辨率为320240，计算机
10、屏幕的分辨率为640480，则该像在屏幕上显示时只占据了屏幕的四分之一。 像分辨率与屏幕分辨率相同时，所显示的像正好占满整个屏幕区域；像分辨率大于屏幕分辨率时，屏幕上只能显示出像的一部分。尽管像分辨率与屏幕分辨率是不同的概念，但通常由上下文能够判断出所指的是哪种分辨率。,6.3.1 分辨率,此外，在桌面出版等一些特定的应用场合，可能用其他度量单位 (如英寸或厘米等) 确定分辨率。 像分辨率实际上决定了位像的显示质量。也就是说，即使提高显示分辨率，也无法改善像质量。 另一方面，出版业 (他们更关心印在纸上的像效果) 经常使用打印分辨率的概念，即dpi (每英寸点数) ，以衡量将像打印在纸上的大小
11、。,6.3.1 分辨率,位像中每个像素的颜 (或灰度) 信息被量化后将用若干数据位来表示，这些数的位数称为像的颜深度 (也称为像深度、颜深度或深度) 。 颜深度反映了构成像所用的颜 (或灰度) 的总数，记作位/像素 (bpp, bits per pixel) 。,6.3.2 颜深度,例如颜深度为1bpp时，像只能有两种颜 (一般为黑和白，但也可以是另外两种调或颜) ，这样的像称为单像；深度为4的像可以有16种颜；深度为8的像可表示256种颜；深度为24的像称为真彩像。,6.3.2 颜深度,配备标准VGA显示的普通PC机在640480屏幕分辨率下可显示16种颜的位像；在320200分辨率下的可显
12、示256种颜；Super VGA卡可支持在1024768 (甚至更高) 的分辨率下显示256种颜，一些高档显示卡在640480分辨率下支持24位16,772,216种颜的真彩显示。灰度级像是一种特殊的索引像，其像素只能是黑、白及不同的灰度颜。,6.3.2 颜深度,位像所需的存储空间可用下面公式计算： 文件的字节数 = (位高度宽度深度) / 8 其中，高度和宽度分别是位像垂直和水平方向上的像素个数；深度是存储像像素点颜信息的位数。 例如，一幅640480的256原始像 (未压缩) 的数据量为: (640像素480像素8位) / 8 = 307, 200个字节,位像的数据量,24bpp真彩像完全
13、覆盖了人眼所能辨识的彩范围，但其所需要的数据空间相当大。为了减少像所需数据空间，在保证像分辨率的前提下，最简单的方法就是降低颜深度。而事实上，人眼视觉特性并不能同时区分16M种颜，因此，在普通彩像 (对像的彩和画质无特别高的要求) 中，就没有必要采用24bpp真彩方式。,6.3.3 调板,但是，采用较低的颜深度 (如8bpp或16bpp) 时，会没有足够的位数来表示每个像素的颜，故而采用了一种折中的办法， 即构造一个颜查找表，表中存放了像所用的颜，对应每一种颜有一个序号，于是，每一像素的颜数位中存放的不再是实际的颜值而是表中的序号，这样经颜查找表就可将较少的像素颜位数 (序号) 变换映射到显示
14、器可以表示的较大的彩空间上 (这是24位真彩值集合的一个子集) 。这样的颜查找表就称之为调板。,6.3.3 调板,位中每一像素的颜值来自于调板，而调板中的颜数取决于颜深度，当像中的像素颜在调板中不存在时，一般由相近的颜代替。所以，当两幅像同时显示时，如果它们的调板不同，将会出现颜失真现象。对于这种情况，需要采用一定的办法使它们的调板一致,6.3.3 调板,形实际上是抽象化了的像，是依据某个标准对像进行分析而产生的结果。它通常是用各种绘工具绘制的，由诸如直线、圆、弧线、矩形、曲线和文字等元构成，如工程等,6.4 形及其特性,矢量是以指令集合的形式描述的 这些指令描述一幅中所包含的各元的位置、大小
15、、形状和其他一些特性 也可以用更为复杂的形式来表示像中曲面、光照、材质等效果 在计算机显示器上显示一幅形时，首先由专用的软件来读取并解释这些指令，然后将它们转换成屏幕上显示的形状和颜，最后通过使用实心的或者有深浅等级的单或彩填充一些区域而形成形,6.4 形及其特性,对像进行抽象形成形的过程称为矢量化 矢量化过程可由人工，也可由计算机自动完成 计算机自动将像转变为形的过程称为像分析。矢量化的结果便是用形指令取代了原始像，去掉了不相干信息，即在格式上进行了变换,6.4.1 形的分类与特征,形一般分为二维形和三维形两大类 二维形是平面的，其变换都在二维空间中进行 三维形则要进行三维空间的显示与变换。普通的三维形只是在三维空间对线条、或简单曲面进行变换显示，若再增加光照、质材等效果，使其尽可能逼近真实形效果，就成为真实感形。显然，三维形及其真实感形的生成需要更多的计算时间和存储空间,6.4.
