第二章 圖形及圖像

第二章圖形與圖像一、圖形與圖像的基本概念

(一)圖形與圖像的顏色模型

1.顏色的基本概念(1)物體的顏色由反射光的光波決定.(2)三基色三基色原理:自然界中景物的絕大多數(shù)的彩色光,都能分解成為互相獨(dú)立的紅、綠、藍(lán)三種基色光.用互相獨(dú)立的三基色光以不同的比例混合,可以模擬出自然界中絕大多數(shù)景物的彩色.視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色和亮度的響應(yīng)特性曲線（各個(gè)波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度相等）(3)彩色三要素:色調(diào):描述顏色的不同類別的物理量,如紅.橙.黃.色調(diào)由該顏色的主要波長(zhǎng)決定.冷色暖色中性色互補(bǔ)色相鄰色色飽和度:描述顏色深淺程度的物理量亮度:描述色光的明暗變化的強(qiáng)度的物理量.表明色光能量的大小.■色飽和度調(diào)整(4)像素像素是計(jì)算機(jī)圖形與圖像中能被單獨(dú)處理的最小基本單元.2.顏色模型:定量顏色的方法顯示器(發(fā)光物體)—RGB模型打印機(jī)(吸光物體)—CMY模型彩色電視信號(hào)顯示與傳輸—YUV模型藝術(shù)繪畫—HIS模型(1)RGB模型—加色法混色模型以等量的紅.綠.藍(lán)基色混合時(shí):紅+綠=黃紅+藍(lán)=品紅綠+藍(lán)=青色紅+綠+藍(lán)=白色理論上絕大部分可見(jiàn)光譜都可用紅、綠和藍(lán)(RGB)三色光按不同比例和強(qiáng)度的混合來(lái)表示。顏色C＝R(紅色的百分比)＋G(綠色的百分比)＋B(藍(lán)色的百分比)RGB模型稱為相加混色模型，用于光照、視頻和顯示器。例如，顯示器通過(guò)紅、綠和藍(lán)熒光粉發(fā)射光線產(chǎn)生彩色。(2)CMY模型:用青色.品紅.黃色合成顏色的方法在理論上，絕大多數(shù)顏色都可以用三種基本顏料（青色cyan、品紅magenta、和黃色yellow）按一定比例混合得到。CMYK模型稱為相減混色模型。CMYK模式(用于印刷)●

特點(diǎn):色彩灰暗分色膠片印版印輥印紙成品(二)圖形與圖像的基本屬性1.分辨率(1)顯示分辨率:指某一種顯示方式下,顯示屏上能夠顯示出的像素?cái)?shù)目.以水平和垂直的像素?cái)?shù)表示.800(列)×600(行)同樣大小顯示屏能夠顯示的像素越多，說(shuō)明顯示設(shè)備的分辨率越高，顯示的圖像質(zhì)量也就越高。(2)圖像分辨率:指組成一副圖像的像素的密度，一般用單位長(zhǎng)度上包含像素的個(gè)數(shù)來(lái)衡量。dpi(displaypixels/inch)每英寸顯示的點(diǎn)數(shù)300dpi96dpi21dpidpi視覺(jué)效果清晰度絕對(duì)清晰度(3)掃描分辨率:以每英寸的點(diǎn)數(shù)表示●平板掃描儀：1200dpi2.顏色深度顏色深度:指圖像中每個(gè)像素的顏色(或亮度)信息所占的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù).位/像素(b/p)顏色深度(像素深度)決定彩色圖像每個(gè)像素可能有的顏色數(shù)，或者確定灰度圖像每個(gè)像素可能有的灰度級(jí)數(shù)。4bit:VGA支持的顏色深度,共有24=16種顏色8bit:多媒體應(yīng)用中的最低顏色深度,28=25616bit:3×5bit,剩余的1位表示其他屬性.24bit:3×8bit約16M,真彩色32bit:3×8bit,剩余的8位表示其他屬性.3.文件的大小圖形與圖像文件的大小(數(shù)據(jù)量)是指在磁盤上存儲(chǔ)整幅圖像所有點(diǎn)的字節(jié)數(shù).文件字節(jié)數(shù)=圖像分辨率×圖像深度/8圖像分辨率=高×寬(像素?cái)?shù))4.真彩色指組成一幅彩色圖像的每一個(gè)像素值中,有R,G,B這3個(gè)基色的分量,每個(gè)基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強(qiáng)度,這樣產(chǎn)生的彩色為真彩色.調(diào)色板一個(gè)彩色圖像假如只包含24位真彩色空間中的16個(gè)離散的點(diǎn)（16色圖），則可以建立一個(gè)顏色查找表，表中的每一行記錄一組RGB值，實(shí)際像素的值用來(lái)指定該點(diǎn)顏色在查找表中的索引值，這樣就可以大大縮小存儲(chǔ)量。這個(gè)顏色查找表就叫做調(diào)色板。(三)圖形與圖像的基本類型1.位圖(1)位圖：指由像素組成的平面點(diǎn)陣圖。位圖中每個(gè)像素的顏色、亮度和屬性是用一組二進(jìn)制數(shù)值來(lái)表示的?！駡D像：原始信號(hào)形式●圖像的最小單位是像點(diǎn)●用于表現(xiàn)自然影像教學(xué)進(jìn)程●圖像由基本顯示單元“像點(diǎn)”構(gòu)成圖像像點(diǎn)8bit(28=256色)16bit(216=65536色)24bit(224=16M色)●8位圖像●16位圖像●24位圖像●

二進(jìn)制位與圖像之間存在嚴(yán)格的“位映射”關(guān)系●像點(diǎn)由若干個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行描述●

二進(jìn)制位代表圖像顏色的數(shù)量●

具有位映射關(guān)系的圖叫作“位圖”●

“位圖”特指圖像教學(xué)進(jìn)程(2)位圖的優(yōu)點(diǎn)是：（1）顯示速度快。（2）真實(shí)世界的圖像可以通過(guò)掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等設(shè)備方便的轉(zhuǎn)化為點(diǎn)位圖。位圖的缺點(diǎn)是：（1）存儲(chǔ)和傳輸時(shí)數(shù)據(jù)量比較大。（2）縮放、旋轉(zhuǎn)時(shí)算法復(fù)雜且容易失真。2.矢量圖(1)矢量圖：是用一系列計(jì)算機(jī)指令來(lái)表示一幅圖，如畫點(diǎn)、畫線、畫曲線、畫圓、畫矩形等。這種方法實(shí)際上是用數(shù)學(xué)方法來(lái)描述一幅圖?！瘛駡D形由具有方向和長(zhǎng)度的矢量表示●用于分析運(yùn)算結(jié)果，簡(jiǎn)單圖形表示教學(xué)進(jìn)程圖形：運(yùn)算形成的抽象化產(chǎn)物圖形由具有方向和長(zhǎng)度的矢量表示優(yōu)點(diǎn)：一般不會(huì)失真(2)矢量圖的優(yōu)點(diǎn)是：（1）縮放、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)時(shí)圖像不會(huì)失真。（2）存儲(chǔ)和傳輸時(shí)數(shù)據(jù)量較小。矢量圖的缺點(diǎn)是：（1）圖像顯示時(shí)花費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)。（2）真實(shí)世界的彩色圖像難以轉(zhuǎn)化為矢量圖。圖像的分類矢量圖點(diǎn)位圖二、圖形與圖像的處理

(一)圖形與圖像的獲取1.圖形的獲取2.圖像的獲取(二)圖形與圖像的存儲(chǔ)1.靜態(tài)圖形與圖像常見(jiàn)文件存儲(chǔ)格式(1)BMP格式位圖文件(Bitmap-File，BMP)格式是Windows采用的圖像文件存儲(chǔ)格式，在Windows環(huán)境下運(yùn)行的所有圖像處理軟件都支持這種格式。BMP是一種與設(shè)備無(wú)關(guān)的圖像文件格式.文件頭調(diào)色板數(shù)據(jù)(反向排列)圖像數(shù)據(jù)●特點(diǎn)(1)擴(kuò)展名采用“.bmp”(2)文件描述單一(靜止)圖像(3)彩色模式:24~232(4)調(diào)色板RGB數(shù)據(jù)順序反向排列(左下—右上)(5)以圖像左下角為起點(diǎn)排列數(shù)據(jù)(6)一般采用非壓縮數(shù)據(jù)格式●使用要點(diǎn)(1)用于表現(xiàn)打印、顯示用圖像(2)不適于網(wǎng)絡(luò)傳送(3)不適于提供印刷文件(2)GIF格式GIF（GraphicsInterchangeFormat）GIF圖像文件以塊(block)為單位存儲(chǔ)信息。一個(gè)GIF文件由表示圖形/圖像的數(shù)據(jù)塊、數(shù)據(jù)子塊以及顯示圖形/圖像的控制信息塊組成，稱為GIF數(shù)據(jù)流(DataStream)。數(shù)據(jù)流中的所有控制信息塊和數(shù)據(jù)塊都必須在文件頭(Header)和文件結(jié)束塊(Trailer)之間。文件頭邏輯屏幕描述圖像數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志調(diào)色板信息特點(diǎn)(1)擴(kuò)展名采用“.gif”(2)具有87a、89a兩種格式87a——描述單一(靜止)圖像89a——描述多幀圖像(3)彩色模式:8bit(256色)，分辨率96dpi(4)采用改進(jìn)的LZW壓縮算法.gif圖形交換文件格式,由CompuServe公司于87年開(kāi)發(fā)目的是便于在不同的平臺(tái)上進(jìn)行圖像交流和傳輸.gif圖像最大不能超過(guò)64MB.顏色最多為256色(8bit)唯一使用LZW無(wú)損壓縮方法的圖像文件格式.GIF文件支持圖像數(shù)據(jù)的交叉存儲(chǔ)方式，這樣一個(gè)大的圖像可以逐步顯示，讓用戶首先看到圖像概貌，然后逐步清晰gif87a和gif89a需要引入調(diào)色版的支持.能夠進(jìn)行圖像內(nèi)的多畫面循環(huán)顯示,可以制作小型動(dòng)畫,成為網(wǎng)上流行的圖像文件格式.●使用要點(diǎn)(1)用于屏幕顯示圖像和電腦動(dòng)畫(2)用于網(wǎng)絡(luò)傳送(3)不適于保存高質(zhì)量印刷文件(3)TGA格式最高色彩32bit,顯示模式依賴顯像卡擴(kuò)展名為.tga.tga適用于色彩復(fù)雜并極富變化的圖像圖像每一像素的顏色值變化很大,且重復(fù)性低,所以沒(méi)有壓縮格式.TGA格式的使用要點(diǎn)小結(jié)：(1)用于表現(xiàn)影視廣播級(jí)動(dòng)畫的幀(2)不適于保存高質(zhì)量印刷文件(3)不適于網(wǎng)絡(luò)傳送(4)JPEG格式(JPG)JointPhotographicExpertsGroup格式是靜態(tài)圖像壓縮文件有損壓縮,文件非常小(壓縮比可調(diào))JPE壓縮算法影響圖像質(zhì)量,圖像邊緣可以看出不太明顯的失真,顯示比較慢色彩最高達(dá)24bit,(真彩色).JPEG格式的使用要點(diǎn)小結(jié)：(1)用于保存表現(xiàn)自然景觀的圖像(2)用于網(wǎng)絡(luò)傳送(3)不適于表現(xiàn)有明顯邊界的圖形(4)不適用于高質(zhì)量印刷文件(5)TIFF格式是Alaus和Microsoft公司為掃描儀和桌上出版系統(tǒng)研制彩色:21(單色)-232文件大,細(xì)微層次多,有利于色彩復(fù)制.TIFF定義了五種不同的格式,支持不同類型的圖像TIFF格式的使用要點(diǎn)小結(jié)：(1)平面設(shè)計(jì)作品的最佳表現(xiàn)形式(2)用于提供印刷文件(3)不適于網(wǎng)絡(luò)傳送2動(dòng)態(tài)圖形與圖像常見(jiàn)文件存儲(chǔ)格式(1)動(dòng)畫圖像文件格式Flc文件格式:擴(kuò)展名為.flc(.fli)無(wú)損壓縮,畫面清晰—計(jì)算機(jī)生成動(dòng)畫Swf文件格式:基于矢量圖形的交互式多媒體技術(shù),可以任意改變畫面大小而不失真文件較小,更適合在網(wǎng)上傳播可以顯示真彩色,比.flc更適合多種畫面可以附加聲音,有人-機(jī)交互功能(2)主要數(shù)字視頻文件存儲(chǔ)格式.avi格式:擴(kuò)展名為.avi有伴音的視頻圖像文件,是Windows環(huán)境中最基本的數(shù)字視頻格式有多種壓縮方式,可以有較高的壓縮比MPEG文件格式:擴(kuò)展名為.mpg是按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮的全運(yùn)動(dòng)視頻文件格式有MPEG-1,MPEG-2,MPEG-7多種壓縮標(biāo)準(zhǔn)播放時(shí)需要解壓縮軟件的支持.MOV格式:擴(kuò)展名為.MOV有同步聲音有損壓縮.“二值”圖像只有黑、白兩色簡(jiǎn)單形式●單色圖像——色族單一的圖像，但并非只有一種顏色的圖像單色圖像復(fù)雜形式“灰度”圖像具有256級(jí)灰度

●

單色圖像用途：簡(jiǎn)單形式——文本顯示、木刻、版畫效果的圖像復(fù)雜形式——書(shū)籍用圖片、報(bào)紙用圖片●單色圖像格式：TGA、JPG、TIF、PCX等教學(xué)進(jìn)程單色圖像彩色圖像●RGB——紅、綠、藍(lán)

R

GBR

G

BR數(shù)組—8bit表示(256階梯)G數(shù)組—8bit表示(256階梯)B數(shù)組—8bit表示(256階梯)最大表示：28×28×28=224=16777216(16.7M)教學(xué)進(jìn)程CMYK彩色圖像●CMYK青、品紅、黃、黑C

KMYC數(shù)組—8bit表示(256階梯)M數(shù)組—8bit表示(256階梯)Y數(shù)組—8bit表示(256階梯)K數(shù)組—8bit表示(256階梯)最大表示：28×28×28×28=232=4294967296(4294M)CMYK教學(xué)進(jìn)程●

動(dòng)態(tài)圖像定義——多幀位圖的有序組合動(dòng)態(tài)圖像文件Δt●

動(dòng)態(tài)原理——Δt≤1/24s(視覺(jué)滯留時(shí)間)，產(chǎn)生連續(xù)活動(dòng)視覺(jué)效果●

動(dòng)態(tài)圖像文件構(gòu)成組合位圖(靜態(tài)圖像)數(shù)據(jù)調(diào)色盤數(shù)據(jù)速度參數(shù)(時(shí)間間隔)壓縮算法教學(xué)進(jìn)程動(dòng)態(tài)圖像的技術(shù)參數(shù)●

幀速度——幀的切換速度[1]NTSC制30Frame/s[2]PAL制25Frame/s●

數(shù)據(jù)量相關(guān)因素：[1]畫面幾何尺寸