第1讲_数字图像处理技术

授课内容简介了解数字图像处理的概念了解计算机图像处理的历史了解数字图像的常用名词与概念了解计算机图像的压缩和文件格式本讲概述数字图像处理技术，是指针对数字化图形图像，借助计算机为代表的辅助工具，进行数字编辑创作的过程。数字图像处理技术，也是一门方兴未艾的实用技术，其应用领域不断发展与扩大。就目前而言，其主要的行业应用有：平面设计，网页设计，广告，艺术，影视，摄影，印刷，动漫，教育，医疗，科研等。范围相当的广泛。数字图像处理技术概述本门课程内容主要讨论平面数字图像的处理技巧，了解数字化图形图像的特点，熟悉计算机图像的使用环境，掌握以AdobePhotoshopCS2为代表的数字图像处理软件，达到独立编辑处理平面数字图像的能力。本课程特点由于数字图像处理的应用非常广泛，其内容不可能在一门课程全部掌握。就目前的学习来看，书籍和网络资料不少，但大多或只介绍理论，或只介绍实例。能够将理论和实例统一的很少。因此本门课程的选材，主要从理论结合实践的角度考虑。对图像处理中的主流运用、需掌握的重点和难点，从实践出发，都有深入浅出的描述，并附有针对性的练习。本课程力求成为学习者的良师益友，为想学习数字图像处理的朋友，快速学习和提高自己的眼界和技能。由于水平所限，课程设计的不足之处，欢迎大家批评指正。本课程特点相关书籍：1、《照相馆的故事》出版社：北京希望电脑公司作者：鉴君，王且力讲述版本：PS5.02、《Photoshop解像》出版社：中国青年出版社作者：游閔州讲述版本：PS6.0或PS7.0相关网站：1、火星时代、中国Photoshop联盟、白沙数码教育网学习参考计算机在图形方面的应用，比起计算机在数学计算方面的应用要晚得多，由于图形设计要求有较高的色彩还原度，真彩色的显示方式，高质量、方便而廉价的输出设备，因此对计算机的要求相对较高。真正满足数字图像处理应用的环境，至今不过才几年时间。所以，计算机在图像方面的应用普及时间并不长，我们可以将计算机在图形方面的应用分为五个阶段：计算机图形应用的发展历史80年代中期，计算机在图形方面的运用开始推广，此时主要用于工程制图和数学线性图，此时的处理特点，是以线和点为主的图形，而色彩等参数常常被忽略，只需要满足客户在准确度方面的要求就行。操作者主要是一些工程计算机专业人员，在设计过程中需要相当的计算机硬件方面的知识，需要编制程序，熟悉图形学，熟悉数学，实现复杂，也不方便。（一）辅助设计阶段计算机图形应用的发展历史80年代中后期，随着微型机的大批上市和普及，软件也开始不断丰富，虽然这是还是单显的天下，但已经有不少的学习用和游戏用软件出现。当时微机中的主打型是8位机—APPLE机，图形主要应用在游戏画面和教学画面的绘制上，这些图形主要是矢量图形，由程序控制，也主要由程序绘制，编程者要求掌握一定的C、BASIC、汇编等程序语言的知识。（二）图形应用的初级阶段计算机图形应用的发展历史到了80年代末，随着光笔、鼠标的运用，特别是后来视窗类软件的出现，出现了良好的人机交互界面，美术工作者不再需要学编程，给不是专业计算机程序员的人们带来了福音。热升华、蜡转印、彩色激光等高质量的输出设备陆续出现。图形的输出问题也得到了较大程度上的解决，彩色显示器开始普遍应用，计算机在图形处理方面的优势开始显现出来。这时候拥有开放式的介面的第一批图形软件面市，其中包括CorelDRAW1、Freehand、Photoshop1、Dimensions等，广告和排版企业开始大规模的采用计算机进行平面设计，但这时的计算机主要是MAC机。计算机图形应用的发展历史（三）平面设计的初级阶段90年代初，随着计算机价格的不断下降和配置的不断提高，PC已经能够完全胜任平面设计的工作，因此平面设计开始除去神秘面纱，得以普及，一般用户都可以使用这些专业软件进行创作。同时三维立体图或三维动画软件也开始在国内运用起来，形成了平面和三维图形图像设计的各自风格。（四）平面设计的普及阶段计算机图形应用的发展历史到了90年代中后期，计算机技术有了很大的发展，多媒体技术开始普遍应用，加之网络技术的日臻完善，计算机已经由单一的平面设计走向了动画、音乐相结合的多媒体时代。这时候的计算机图形软件更加丰富，但划分也就更加细致，也就是说专业性更强了，各个方面都有很出色的软件新产品。同时对软件的使用人员素质，也有了越来越高的要求。（五）多媒体技术广泛运用的阶段计算机图形应用的发展历史矢量图是用一系列计算机指令来表示一幅图，如画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。矢量图特点：易于修改、文件小、不宜用于复杂图像一、矢量图与位图注意：矢量图与位图如何转换位图也叫点阵图，是把一幅彩色图分成许多的像素，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。位图特点：不宜修改、文件大、显示速度快常规概念和名词二、色彩深度，单色图、灰度图与彩色图色彩深度也叫图像深度，是指描述图像中每个像素的数据所占的位数。图像中的每一个像素对应的数据通常可以是一位（bit）或多位字节，用来存放该像素点的颜色、亮度等信息。因此如果数据位数越多，所对应的颜色种数也就越多。单色图像：只有黑白两中颜色灰度图：图像的画面由白到黑共256级色度组成,即从白,淡灰,浅灰,中灰......一直到黑,共有256级,即2的8次方.比如黑白照片.彩色图像：可按照颜色的数目来划分：如真彩色图、256色图、16位彩色图,24位真彩一共有256*256*256=1670万种颜色.常规概念和名词三、分辨率1、简介分辨率是和图像相关的一个重要概念，表示图像数字信息的数量或密度，它是衡量图像细节表现力的技术参数，与像素和网格特性有着直接的联系。分辨率的种类有很多，其含义也各不相同。常规概念和名词2、图像分辨率是指图像中存储的信息量。这种分辨率有多种衡量方法，典型的是以每英寸的像素数（PPI）来衡量。图象分辨率和图象尺寸的值一起决定文件的大小及输出质量，该值越大图形文件所占用的磁盘空间也就越多。常规概念和名词三、分辨率（二）图象分辨率图一：30ppi图二：300ppi图三：伪300ppi思考：为什么要用高分辨率的数码相机常规概念和名词（三）设备分辨率又称输出分辨率，指的是各类输出设备每英寸上可产生的点数，如显示器、喷墨打印机、激光打印机、绘图仪的分辨率。这种分辨率通过DPI来衡量，目前，PC显示器的设备分辨率在60至120DPI之间。而打印设备的分辨率则在360至1440DPI之间。（四）扫描分辨率指在扫描一幅图象之前所设定的分辨率，它将影响所生成的图象文件的质量和使用性能，它决定图象将以何种方式显示或打印，扫描仪的分辨率又分光学分辨率和插值分辨率,光学分辨率是指扫描仪的实际分辨率。常规概念和名词（五）显示分辨率显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显示分辨率为640×480表示显示屏分成480行，每行显示640个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。屏幕能够显示的像素越多，说明显示设备的分辨率越高，显示的图像质量也就越高。在计算机上，显示分辨率可人为设定。常规概念和名词（六）图像分辨率的选择思考：报纸、商业印刷和户外的喷绘是如何选择分辨率的。一般情况下，图象分辨率应该是网幕频率的2倍，这是目前中国大多数输出中心和印刷厂都采用的标准。然而实际上，图象分辨率应该是网幕频率的1.5倍，具体到不同的图象本身，情况也各不相同。常规概念和名词（七）像素总量和文件大小像素总量：像素总量=宽度*高度（以像数点计算）例如：1024*768=786432个像素文件大小：文件大小=像素总量*色彩深度（byte）常规概念和名词色彩模型是指计算机为了表示、模拟和描述图像色彩空间的方法，也称色彩（色调）模型。常用的色彩空间模型有：RGB（红/绿/蓝）色彩模型；CMYK（青、洋红、黄、黑）色彩模型；LAB（亮度/绿红/蓝黄）也称CIELAB色彩模型；HSB（色相/饱和度/亮度）色彩模型；计算机图像的色彩模式四、色彩空间模型上页下页RGB色彩模式，是（红、绿、蓝）三种发光管作用于屏幕上，如显示器、电视机，是一种加色模式。计算机图像的色彩模式四、色彩空间模型上页下页CMYK色彩模式，是（青、品红、黄色、黑色）四种矿物质，相互混合叠加在印刷品上，是一种减色模式。RGB-CMYK的颜色失真问题计算机图像的色彩模式四、色彩空间模型上页下页LAB色彩模型，是由国际照明委员会（CIE）制定的，它与设备无关，色调成分的某一值既可描述打印、又可描述显示色调。Lab的颜色光谱囊括了RGB和CMYK的颜色光谱。Lab模型由照明发光率（Luminance）和两个颜色轴通道组成。L指发光率和亮度值；a表示从绿到红的颜色轴通道；b表示从蓝到黄的颜色轴通道。Lab模型能表达的色彩空间比RGB、CMYK模型所表达颜色范围大。计算机图像的色彩模式四、色彩空间模型上页下页HSB色彩模式，最能符合人的眼睛所看到的色调空间，是模拟人眼感知色彩的一种方法。HSB模型描述色彩比较自然，但在实际应用中需进行转换，如显示时需转换成RGB模型，打印时转换为CMYK模型。HSB模型采用色相（Hue）、饱和度（Saturation）、亮度（Brightness）来描述一个颜色（像素色），H为光谱中的单色（纯色）等级值，S为颜色纯度的等级值，B为颜色明度等级值。计算机图像的色彩模式四、色彩空间模型上页返回颜色模式范例RGB、CMYK、单色相，灰度，位图(黑白)，二色图（黑白）计算机图像的色彩模式上页下页（一）图像压缩的主要目的图像大小表示图像在磁盘上存储所需要的空间。我们一般用计算机存储的基本单位字节来度量。图像文件的大小主要受图像分辨率、色彩数和图像大小三个因素.一张A4(210mm*297mm)幅面的照片，若用中等分辨率（300dpi）的扫描仪按真彩扫描，其数据量为多少？图像压缩的主要目的是为了减少存储空间，根据对原素材的影响，主要分为无损压缩和有损压缩。计算机图像的压缩上页（二）图像的压缩编码(1)RLE行程长度编码把一系列的重复值用一个单独的值再加上一个计数值来取代。(2)哈夫曼编码(HuffmanEncoding)出现频率越高的值对应的编码长度越短，反之出现频率越低的值，其对应的编码长度越短(3)JPEG压缩编码标准JPEG是目前静态图象中压缩比最高的编码标准，被广泛地应用于多媒体和网络程序中。此外：LZW编码、预测编码、变换编码、模型法编码、混合编码。在目前的实际使用中，大多采用混合编码。返回计算机图像的压缩什么是文件格式上页下页当打开或保存文件时，首先要考虑采用什么文件格式。文件格式反映了文件的存储方式和压缩模式，并可通过它，初步了解其所存储文件的特性。将文件保存为不同的格式，就类似于将一本书翻译成不同的语言。计算机图像的文件格式上页下页psd格式：是Photoshop内部固有的文件格式，其采用无损压缩，支持Photoshop可处理的任何内容，包括图层、蒙版、样通道、路径、切片以及注解等。在作业尚未完成时应采用该格式。tif格式：是一种扫描仪、桌面出版系统及电子出版CD-ROM系统使用的通用图像文件格式。TIFF文件允许在同一个文件中存储多幅图像。该文件又分为压缩和非压缩两类。在Photoshop7中，该文件格式支持Photoshop固有格式的内容，包括图层、蒙版、样通道、路径、切片以及注解等。计算机图像的文件格式常用图像文件格式及特点上页下页bmp格式：是在Windows系统下使用的与硬件设备无关的基本位图格式文件。几乎所有Windows环境下图像处理软件都支持该格式。该文件采用位映射存储格式，即将数字图像中的各个像素点对应存储。一般不采用压缩，因此占用存储空间很大。在广告制作中，通常不直接使用该格式文件，只是用它保持最真实的图像效果，编辑和处理完后再转换到其他文件格式。dib(DeviceIndependentBitmap)是一