圖像處理技術(shù)

1、1圖像處理技術(shù)圖像處理技術(shù) 小結(jié)小結(jié)2圖像圖像n圖像是指繪制、攝制或印制的形圖像是指繪制、攝制或印制的形象。圖像處理是將已有的圖像改象。圖像處理是將已有的圖像改變成一幅新的，更好的圖像變成一幅新的，更好的圖像.3圖像的基本概念圖像的基本概念 n圖像的基本屬性圖像的基本屬性 n圖像的像素?cái)?shù)目（圖像的像素?cái)?shù)目（Pixel dimensions），是指），是指圖像的寬度和高度方向上含有的像素?cái)?shù)目。圖像的寬度和高度方向上含有的像素?cái)?shù)目。n一幅圖像在顯示器上的顯示效果由像素?cái)?shù)目和顯一幅圖像在顯示器上的顯示效果由像素?cái)?shù)目和顯示器的設(shè)定共同決定。示器的設(shè)定共同決定。4圖像分辨率（圖像分辨率（Image re

2、solutionImage resolution）指組成一幅圖像的像素密度的度量方法，通常使用單位指組成一幅圖像的像素密度的度量方法，通常使用單位長(zhǎng)度上的圖像像素的數(shù)目多少，即用每英寸多少點(diǎn)長(zhǎng)度上的圖像像素的數(shù)目多少，即用每英寸多少點(diǎn)(dot per inch，dpi)表示。對(duì)同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖表示。對(duì)同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來就越逼像像素?cái)?shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。在同樣大小的面積上，圖像的真。相反，圖像顯得越粗糙。在同樣大小的面積上，圖像的分辨率越高，則組成圖像的像素點(diǎn)越多，像

3、素點(diǎn)越小，圖像分辨率越高，則組成圖像的像素點(diǎn)越多，像素點(diǎn)越小，圖像的清晰度越高。的清晰度越高。5顯示分辨率顯示分辨率顯示分辨率是確定顯示圖像的區(qū)域大小。如果顯示分辨率是確定顯示圖像的區(qū)域大小。如果顯示屏的分辨率為顯示屏的分辨率為640480，那么一幅，那么一幅320240的圖像只占顯示屏的的圖像只占顯示屏的14；相反，；相反，24003000的圖像在這個(gè)顯示屏上就不能顯示一的圖像在這個(gè)顯示屏上就不能顯示一個(gè)完整的畫面。個(gè)完整的畫面。6圖像深度（圖像深度（Image DepthImage Depth）也稱圖像的位深，是指描述圖像中每個(gè)像也稱圖像的位深，是指描述圖像中每個(gè)像素的數(shù)據(jù)所占的二進(jìn)制位數(shù)

4、。圖像的每一個(gè)像素的數(shù)據(jù)所占的二進(jìn)制位數(shù)。圖像的每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通?？梢允撬貙?duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通常可以是1 1位（位（bitbit）或多位，）或多位，用于存放該像素的顏色、亮度等信息，數(shù)據(jù)位用于存放該像素的顏色、亮度等信息，數(shù)據(jù)位數(shù)越多，可以表達(dá)的顏色數(shù)目就越多。數(shù)越多，可以表達(dá)的顏色數(shù)目就越多。 10矢量圖像矢量圖像n矢量圖像矢量圖像，也稱為面向?qū)ο蟮膱D像或繪圖圖像。在，也稱為面向?qū)ο蟮膱D像或繪圖圖像。在數(shù)學(xué)上定義為一系列由線連接的點(diǎn)。數(shù)學(xué)上定義為一系列由線連接的點(diǎn)。n矢量圖主要用于工程圖、白描圖、卡通漫畫、圖例和三矢量圖主要用于工程圖、白描圖、卡通漫畫、圖例和三維建模等。維建模等。n矢量文件中

5、的圖形元素稱為矢量文件中的圖形元素稱為對(duì)象對(duì)象。每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)自。每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)自成一體的成一體的實(shí)體實(shí)體，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。在維持它原有清晰度和彎曲度的同時(shí)，多位置等屬性。在維持它原有清晰度和彎曲度的同時(shí)，多次移動(dòng)和改變它的屬性，而不會(huì)影響圖例中的其它對(duì)象。次移動(dòng)和改變它的屬性，而不會(huì)影響圖例中的其它對(duì)象。n例如：一個(gè)圓可以表示成圓心在例如：一個(gè)圓可以表示成圓心在(x1,y1)，半徑為，半徑為r的圖的圖形；一個(gè)矩形可以通過指定左上角坐標(biāo)形；一個(gè)矩形可以通過指定左上角坐標(biāo)(x1,y1)和右下和右下角坐標(biāo)角坐標(biāo)(x2,y2)的四

6、邊形來表示。的四邊形來表示。 n基于矢量的繪圖同分辨率無關(guān)。存盤后文件的大小與圖基于矢量的繪圖同分辨率無關(guān)。存盤后文件的大小與圖形中元素的個(gè)數(shù)和每個(gè)元素的復(fù)雜程度成正比形中元素的個(gè)數(shù)和每個(gè)元素的復(fù)雜程度成正比 11位圖圖像位圖圖像n位圖圖像位圖圖像，亦稱為點(diǎn)陣圖像或繪制圖像，是由稱作，亦稱為點(diǎn)陣圖像或繪制圖像，是由稱作像素的單個(gè)點(diǎn)組成的。這些點(diǎn)可以進(jìn)行不同的排列像素的單個(gè)點(diǎn)組成的。這些點(diǎn)可以進(jìn)行不同的排列和染色以構(gòu)成圖樣。和染色以構(gòu)成圖樣。n當(dāng)放大位圖時(shí)，可以看見賴以構(gòu)成整個(gè)圖像的無數(shù)單個(gè)當(dāng)放大位圖時(shí)，可以看見賴以構(gòu)成整個(gè)圖像的無數(shù)單個(gè)方塊。擴(kuò)大位圖尺寸的方法是增多單個(gè)像素，從而使線方塊。擴(kuò)大

7、位圖尺寸的方法是增多單個(gè)像素，從而使線條和形狀顯得參差不齊。條和形狀顯得參差不齊。n由于每一個(gè)像素都是單獨(dú)染色的，可以通過以每次一個(gè)由于每一個(gè)像素都是單獨(dú)染色的，可以通過以每次一個(gè)像素的頻率操作選擇區(qū)域而產(chǎn)生近似相片的逼真效果。像素的頻率操作選擇區(qū)域而產(chǎn)生近似相片的逼真效果。n縮小位圖尺寸也會(huì)使原圖變形，因?yàn)樗峭ㄟ^減少像素縮小位圖尺寸也會(huì)使原圖變形，因?yàn)樗峭ㄟ^減少像素使整個(gè)圖像變小的。使整個(gè)圖像變小的。n不能單獨(dú)操作（如移動(dòng)）局部位圖。不能單獨(dú)操作（如移動(dòng)）局部位圖。12矢量圖和位圖的局部放大矢量圖和位圖的局部放大 13灰度圖和單色圖像灰度圖和單色圖像灰度圖灰度圖按照灰度等級(jí)的數(shù)目來劃分。

8、只有黑白兩種顏色的圖像按照灰度等級(jí)的數(shù)目來劃分。只有黑白兩種顏色的圖像稱為稱為單色圖像單色圖像（monochrome image），圖中的每個(gè)像素），圖中的每個(gè)像素值用值用1位存儲(chǔ)，它的值只有位存儲(chǔ)，它的值只有“0”或者或者“1”，一幅，一幅640480的單色圖像需要占據(jù)的單色圖像需要占據(jù)37.5KB的存儲(chǔ)空間。如的存儲(chǔ)空間。如果每個(gè)像素的像素值用一個(gè)字節(jié)表示，灰度值級(jí)數(shù)就等于果每個(gè)像素的像素值用一個(gè)字節(jié)表示，灰度值級(jí)數(shù)就等于256級(jí)，每個(gè)像素可以是級(jí)，每個(gè)像素可以是0255之間的任何一個(gè)值。之間的任何一個(gè)值?；叶葓D單色圖14圖像色彩與色彩空間圖像色彩與色彩空間n生氣勃勃的大自然色彩向人們展示

9、著物質(zhì)、生氣勃勃的大自然色彩向人們展示著物質(zhì)、生命、存在和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。視覺是人們認(rèn)識(shí)世生命、存在和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。視覺是人們認(rèn)識(shí)世界的窗口，客觀世界作用于人的視覺器官，界的窗口，客觀世界作用于人的視覺器官，通過視覺器官形成信息，從而使人產(chǎn)生感覺通過視覺器官形成信息，從而使人產(chǎn)生感覺和認(rèn)識(shí)和認(rèn)識(shí) 。15顏色顏色n顏色的實(shí)質(zhì)顏色的實(shí)質(zhì)n光波，視覺系統(tǒng)對(duì)可見光的感知結(jié)果。被觀察對(duì)光波，視覺系統(tǒng)對(duì)可見光的感知結(jié)果。被觀察對(duì)象吸收或反射不同波長(zhǎng)的光波形成象吸收或反射不同波長(zhǎng)的光波形成n可見光波長(zhǎng)可見光波長(zhǎng) n380 nm780 nm之間的電磁波。眼睛看到的之間的電磁波。眼睛看到的光常為多種不同波長(zhǎng)的光組合成。當(dāng)

10、各種不同的光常為多種不同波長(zhǎng)的光組合成。當(dāng)各種不同的光信號(hào)一起進(jìn)入眼睛某點(diǎn)時(shí)，視覺器官將其混合，光信號(hào)一起進(jìn)入眼睛某點(diǎn)時(shí)，視覺器官將其混合，作為一種顏色接收。作為一種顏色接收。16可見光的波長(zhǎng)范圍可見光的波長(zhǎng)范圍光色波長(zhǎng)（nm)代表波長(zhǎng)紅（紅（Red）780630700橙（橙（Orange）630600620黃（黃（Yellow）600570580綠（綠（Green）570500550青（青（Cyan）500470500藍(lán)（藍(lán)（Blue）470420470紫（紫（Violet）420380420400nm700nm紫外光紅外光可見光區(qū)546.1nm435.8nm780nm17顏色的度量顏色的度

11、量 色調(diào)色調(diào)( (色相）色相）引起視覺的色光，可能是由數(shù)種波引起視覺的色光，可能是由數(shù)種波長(zhǎng)的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近長(zhǎng)的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等純光譜色中的那一種，紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等純光譜色中的那一種，這種屬性稱為色調(diào)。這種屬性稱為色調(diào)。n而最接近的光譜色，一般也稱之為色光的色彩。太陽光譜而最接近的光譜色，一般也稱之為色光的色彩。太陽光譜中各色光的色彩，可以用其波長(zhǎng)表示。因此單一波長(zhǎng)的光，中各色光的色彩，可以用其波長(zhǎng)表示。因此單一波長(zhǎng)的光，就稱為就稱為單色光單色光。n黑色與白色都沒有色彩，介于黑與白中間的是灰色。黑色與

12、白色都沒有色彩，介于黑與白中間的是灰色。n色調(diào)有一個(gè)自然的順序：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。色調(diào)有一個(gè)自然的順序：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。在這個(gè)次序中，當(dāng)人們混合相鄰顏色時(shí)，可以獲得在這兩種在這個(gè)次序中，當(dāng)人們混合相鄰顏色時(shí)，可以獲得在這兩種顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。 18顏色的度量顏色的度量 飽和度飽和度 指的是顏色偏離灰色、接近純光譜指的是顏色偏離灰色、接近純光譜色的程度。色的程度。n黑、白、灰色的飽和度最低（黑、白、灰色的飽和度最低（0%），而純光譜色），而純光譜色的飽和度最高（的飽和度最高（100%）。）。n純光譜色與白光混合，可以產(chǎn)生各種混合色光，其純光譜色

13、與白光混合，可以產(chǎn)生各種混合色光，其中純光譜色所占的百分比，就是該色光的飽和度。中純光譜色所占的百分比，就是該色光的飽和度。 19顏色的度量顏色的度量 明度明度 指的是光所產(chǎn)生的亮暗感覺。是視覺系統(tǒng)指的是光所產(chǎn)生的亮暗感覺。是視覺系統(tǒng)對(duì)可見物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。對(duì)可見物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。n就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色則最暗，就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色則最暗，灰色則居中?；疑珓t居中。20三基色原理三基色原理 n現(xiàn)代顏色視覺理論中的三色學(xué)說認(rèn)為人眼的現(xiàn)代顏色視覺理論中的三色學(xué)說認(rèn)為人眼的錐狀細(xì)胞是由紅、綠、藍(lán)三種感光細(xì)胞組成錐狀細(xì)胞是由紅、綠、藍(lán)三種感光細(xì)胞組成

14、的，自然界中的任何一種顏色都可以由的，自然界中的任何一種顏色都可以由R、G、B這這3種顏色值之和來確定，它們構(gòu)成一種顏色值之和來確定，它們構(gòu)成一個(gè)個(gè)3維的維的RGB矢量空間。這就是說，矢量空間。這就是說，R、G、B的數(shù)值不同混合得到的顏色就不同，也就的數(shù)值不同混合得到的顏色就不同，也就是光波的波長(zhǎng)不同。是光波的波長(zhǎng)不同。21相加混色相加混色n任何一種顏色都可用三種基本顏任何一種顏色都可用三種基本顏色按不同的比例混合得到。色按不同的比例混合得到。n三種顏色的光強(qiáng)越強(qiáng)，到達(dá)人眼的三種顏色的光強(qiáng)越強(qiáng)，到達(dá)人眼的光就越多，它們的比例不同，看到光就越多，它們的比例不同，看到的顏色也就不同，沒有光到達(dá)眼睛

15、，的顏色也就不同，沒有光到達(dá)眼睛，就是一片漆黑。就是一片漆黑。n三基色的大小決定彩色光的亮度，三基色的大小決定彩色光的亮度，混合色的亮度等于各基色分量亮度混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。三基色的比例決定混合色的之和。三基色的比例決定混合色的色調(diào)，當(dāng)三基色混合比例相同時(shí)，色調(diào)，當(dāng)三基色混合比例相同時(shí)，是灰色。是灰色。 22常用的相加混色方法有以下三種常用的相加混色方法有以下三種 n時(shí)間混色法時(shí)間混色法：將三基色按一定比例輪流投射到同一：將三基色按一定比例輪流投射到同一屏幕上，由于人眼的視覺惰性，只要交替速度足夠屏幕上，由于人眼的視覺惰性，只要交替速度足夠快，產(chǎn)生的彩色視覺與三基色直接相混時(shí)一

16、樣。快，產(chǎn)生的彩色視覺與三基色直接相混時(shí)一樣。n空間混色法空間混色法：將三基色同時(shí)投射到彼此距離很近的：將三基色同時(shí)投射到彼此距離很近的點(diǎn)上，利用人眼分辨力有限的特性而產(chǎn)生混色，或點(diǎn)上，利用人眼分辨力有限的特性而產(chǎn)生混色，或者使用空間坐標(biāo)相同的三基色光的同時(shí)投射產(chǎn)生合者使用空間坐標(biāo)相同的三基色光的同時(shí)投射產(chǎn)生合成光。成光。n生理混色法生理混色法：利用兩只眼睛分別觀看兩個(gè)不同顏色：利用兩只眼睛分別觀看兩個(gè)不同顏色的同一景象，也可獲得混色效果的同一景象，也可獲得混色效果 23相減混色相減混色n相減混色相減混色利用濾光特性，在白光中減去不需要利用濾光特性，在白光中減去不需要的彩色，留下所需要顏色。如

17、印染、顏料等采的彩色，留下所需要顏色。如印染、顏料等采用的相減混色。用的相減混色。n當(dāng)兩種以上的色料相混和重疊時(shí)，白光就減去當(dāng)兩種以上的色料相混和重疊時(shí)，白光就減去各種色料的吸收光，其剩余部分的反射色光混各種色料的吸收光，其剩余部分的反射色光混合結(jié)果就是色料混合或重疊產(chǎn)生的顏色。合結(jié)果就是色料混合或重疊產(chǎn)生的顏色。24顏色空間顏色空間 n顏色空間是組織和描述顏色的方法之一，也可以稱顏色空間是組織和描述顏色的方法之一，也可以稱之為顏色模型之為顏色模型 nRGB顏色空間顏色空間n采用紅、綠和藍(lán)采用紅、綠和藍(lán)3基色來匹配所有顏色的模型稱為基色來匹配所有顏色的模型稱為RGB顏色空間。顏色空間。n國際照

18、明委員會(huì)將國際照明委員會(huì)將3種單色光的波長(zhǎng)分別定義為紅色種單色光的波長(zhǎng)分別定義為紅色（700nm）、綠色（）、綠色（546.1nm）和藍(lán)色）和藍(lán)色（453.8nm）。）。n根據(jù)根據(jù)3基色原理，任意一種顏色可以由下式匹配：基色原理，任意一種顏色可以由下式匹配：C=rR+gG+bBn式中的系數(shù)式中的系數(shù)r、g和和b分別為分別為3基色紅、綠和藍(lán)的比例系數(shù)。當(dāng)基色紅、綠和藍(lán)的比例系數(shù)。當(dāng)r=g=b時(shí)，顏色時(shí)，顏色C為標(biāo)準(zhǔn)的白色。為標(biāo)準(zhǔn)的白色。nRGB顏色模型通常用于彩色陰極射線管和彩色光顏色模型通常用于彩色陰極射線管和彩色光柵圖形顯示器。柵圖形顯示器。n各個(gè)原色的光能疊加在一起產(chǎn)生復(fù)合色。各個(gè)原色的光

19、能疊加在一起產(chǎn)生復(fù)合色。n在正方體的主對(duì)角線上，各原色的量相等，產(chǎn)生由在正方體的主對(duì)角線上，各原色的量相等，產(chǎn)生由暗到亮的白色，即灰度。（暗到亮的白色，即灰度。（0,0,0）為黑，）為黑，（255,255,255）為白。正方體的其它六個(gè)頂）為白。正方體的其它六個(gè)頂點(diǎn)分別為紅、黃、綠、青、藍(lán)、品紅。點(diǎn)分別為紅、黃、綠、青、藍(lán)、品紅。黃(255,255,0)黑(0,0,0)綠(0,255,0)青(0,255,255)藍(lán)(0,0,255)品紅(255,0,255)白(255,255,255)紅(255,0,0)26CMYKCMYK顏色空間顏色空間n與與RGB顏色模型不同，以紅、綠、藍(lán)的補(bǔ)色青顏色模型

20、不同，以紅、綠、藍(lán)的補(bǔ)色青（Cyan）、品紅（）、品紅（Magenta)、黃、黃(yellow)為原為原色構(gòu)成色構(gòu)成CMY顏色系統(tǒng)，常用于從白光中濾去某種顏色系統(tǒng)，常用于從白光中濾去某種顏色，故稱為顏色，故稱為減性原色系統(tǒng)減性原色系統(tǒng)。nCMY顏色模型對(duì)應(yīng)的直角坐標(biāo)系的子空間與顏色模型對(duì)應(yīng)的直角坐標(biāo)系的子空間與RGB模型所對(duì)應(yīng)的子空間幾乎完全相同。區(qū)別僅在于前模型所對(duì)應(yīng)的子空間幾乎完全相同。區(qū)別僅在于前者的原點(diǎn)為白，而后者的原點(diǎn)為黑。前者是通過從者的原點(diǎn)為白，而后者的原點(diǎn)為黑。前者是通過從白色中減去某種顏色來定義一種顏色，而后者是通白色中減去某種顏色來定義一種顏色，而后者是通過向黑色中加入某種

21、顏色來定義一種顏色過向黑色中加入某種顏色來定義一種顏色 27n靜電或噴墨繪圖儀、打印靜電或噴墨繪圖儀、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等硬拷貝設(shè)備機(jī)、復(fù)印機(jī)等硬拷貝設(shè)備將顏色畫在紙張上時(shí)，使將顏色畫在紙張上時(shí)，使用的是用的是CMY顏色系統(tǒng)。顏色系統(tǒng)。 n由于彩色墨水和顏料的化由于彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，用等量的三基色學(xué)特性，用等量的三基色得到的黑色不是真正的黑得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術(shù)中經(jīng)常色，因此在印刷術(shù)中經(jīng)常加入一種真正的黑色加入一種真正的黑色（Black）。）。n黑色用黑色用K表示，表示，CMY顏色空顏色空間成為間成為CMYK顏色空間顏色空間 28YUVYUV顏色空間顏色空間 n電視系統(tǒng)中常用的顏色模式電視系統(tǒng)中常用的顏色模式 n采用三管彩色攝像機(jī)或彩色采用三管彩色攝像機(jī)或彩色CCD（點(diǎn)耦合器（點(diǎn)耦合器件）攝像機(jī)，它把攝得