第一章-计算机图像处理基础知识

计算机图像处理基础知识计算机图像处理--PHOTOSHOPCS3课程讲义授课内容简介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AdobePhotoshop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了解平面设计的特点平面设计的基本概念平面设计是将不同的设计元素，按照一定的规则在版面上进行编排。在平面上体现不同的设计空间感，通过元素的组合实现二维甚至三维的空间感，这些元素的组合对人的视觉引导作用形成的幻觉空间。平面设计的特点平面设计作为视觉传达艺术的一种，通过平面设计进行有特征的宣传，具有视觉表现的特征。将特定的物体通过某种方式转换为视觉元素，形成平面设计画面。平面设计的媒介类型平面设计主要分为平面广告设计和平面艺术设计是以一种平面的方式进行信息的传递，通常采用印刷、喷绘与写真、网页等作为宣传媒介。主要包括数码写真、书籍印刷类广告、路牌喷绘广告以及网页设计等，采用不同的媒介对所广告的信息进行传达。平面设计中各元素的重要表现掌握平面设计中各个元素的构成与表现，可以帮助设计师更完善的完成平面设计作品。平面设计主要由色彩、文字、图片3元素构成，形成具有视觉表现力的平面设计作品平面设计中色彩的表现所谓色彩，在自然界中色彩是一种概念，色彩是一种客观现象的存在。平面设计中文字的表现文字在平面设计中常以点、线、面的形式存在，具有极强的灵活性，也是信息传达最直接的表现方式。平面设计中图片的表现图形作为一种视觉表现形态，在平面设计中具有语言信息的表达特征，如三角形具有稳定、顽强的视觉感受；六角形即不是圆形也不是方形，具有平稳、灵活的视觉感受。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(1)图像(image):是指从现实世界中通过数字化设备获取的图像，称为取样图像(sampledimage)或点阵图像(dotmatriximage)或位图图像(bitmapimage)简称－图像(image)。(2)图形(graphics)：是指使用计算机合成的图像(syntheticimage)，称为矢量图形（vectorgraphics），简称图形。(1)图像的获取从现实世界中获得数字图像的过程，实质上是模拟信号的数字化过程。(2)获取的步骤：图像的获取图像的数字化分色取样量化量化量化数字图像RGB扫描模拟图像将画面划分成m×n各网格将取样点的颜色分成三基色(R、G、B)测量每个取样点的每个分量的亮度值对每个取样点的亮度值用数字量表示：是对静止图像的表示(1)数字图像获取设备是指从现实世界获得数字图像过程中所使用的设备(2)设备的功能将现实的景物输入到计算机内并以图像的形式表示(3)设备的分类•2D图像获取设备：只能对图片或景物的2D投影进行数字化。如扫描仪、数码相机等•3D图像获取设备：能获取包括深度信息在内的3D景物的信息。如3D扫描仪数字图像获取设备二、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）常规概念和名词丰富多样的颜色可以分成两个大类：无彩色系有彩色系色彩的种类计算机图像的色彩模式无彩色系无彩色系是指白色、黑色和由白色黑色调合形成的各种深浅不同的灰色。无彩色按照一定的变化规律，可以排成一个系列，由白色渐变到浅灰、中灰、深灰到黑色，色度学上称此为黑白系列。黑白系列中由白到黑的变化，可以用一条垂直轴表示，一端为白，一端为黑，中间有各种过渡的灰色。纯白是理想的完全反射的物体，纯黑是理想的完全吸收的物体。可是在现实生活中并不存在纯白与纯黑的物体，颜料中采用的锌白和铅白只能接近纯白，煤黑只能接近纯黑。无彩色系的颜色只有一种基本性质——明度。它们不具备色相和纯度的性质，也就是说它们的色相与纯度在理论上都等于零。色彩的明度可用黑白度来表示，愈接近白色，明度愈高；愈接近黑色，明度愈低。黑与白做为颜料，可以调节物体色的反射率，使物体色提高明度或降低明度。有彩色系彩色是指红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色，不同明度和纯度的红橙黄绿青蓝紫色调都属于有彩色系。有彩色是由光的波长和振幅决定的，波长决定色相，振幅决定色调。有彩色系的颜色具有三个基本特性：色相纯度（也称彩度、饱和度）明度在色彩学上也称为色彩的三大要素或色彩的三属性。色彩的基本特性计算机图像的色彩模式色相是有彩色的最大特征。所谓色相是指能够比较确切地表示某种颜色色别的名称。如玫瑰红、桔黄、柠檬黄、钴蓝、群青、翠绿……从光学物理上讲，各种色相是由射人人眼的光线的光谱成分决定的。对于单色光来说，色相的面貌完全取决于该光线的波长；对于混合色光来说，则取决于各种波长光线的相对量。物体的颜色是由光源的光谱成分和物体表面反射（或透射）的特性决定的。纯度色彩的纯度是指色彩的纯净程度，它表示颜色中所含有色成分的比例。含有色彩成分的比例愈大，则色彩的纯度愈高，含有色成分的比例愈小，则色彩的纯度也愈低。可见光谱的各种单色光是最纯的颜色，为极限纯度。当一种颜色参入黑、白或其他彩色时，纯度就产生变化。当参入的色达到很大的比例时，在眼睛看来，原来的颜色将失去本来的光彩，而变成掺和的颜色了。当然这并不等于说在这种被掺和的颜色里已经不存在原来的色素，而是由于大量的参入其他彩色而使得原来的色素被同化，人的眼睛已经无法感觉出来了。有色物体色彩的纯度与物体的表面结构有关。如果物体表面粗糙，其漫反射作用将使色彩的纯度降低；如果物体表面光滑，那么，全反射作用将使色彩比较鲜艳。明度明度是指色彩的明亮程度。各种有色物体由于它们的反射光量的区别而产生颜色的明暗强弱。色彩的明度有两种情况：一是同一色相不同明度。如同一颜色在强光照射下显得明亮，弱光照射下显得较灰暗