第3章 图像处理技术(一)

1、1第第3 3章章 图像处理技术（一）图像处理技术（一） 计算机教学实验中心2007多媒体技术及应用多媒体技术及应用2提出问题提出问题 如何用图形来表达意愿、思想、美好 图形语言的特点是什么 图形、图像在计算机中如何描述 色彩如何表达 处理图像常用哪些工具 我也想处理图像3图片欣赏图片欣赏 学生作品1、2、3、4、5、 自然风光1、2、3、4、5、 人物肖像1、2、3、4、5、 静 物 1、2、3、4、5、 冬天景色1、2、3、4、5、 来自太空1、2、3、4、5、4第第3章章 图像处理技术图像处理技术 图像是指绘制、摄制或印制的形象。图像处理是将已有的图像改变成一幅新的，更好的图像。5本单元要

2、点本单元要点 图像的基本属性 三基色原理 色彩空间 PhotoShop入门63.1 图像的基本概念图像的基本概念 1. 图像的基本属性图像的基本属性 图像分辨率（图像分辨率（Image resolution） 显示分辨率显示分辨率 图像深度（图像深度（Image Depth Depth） 真彩色（真彩色（True color）7图像与图形的区别8图像组成9图图10像点组成图像示意像点组成图像示意11例例3-1 3-1 计算图像的像素数计算图像的像素数 计算72dpi和300dpi的11英寸图像的像素数；在使用扫描仪扫描彩色图像时，如果用300dpi来扫描一幅8inch10inch的彩色图像，得

3、到图像的像素数目是多少？解1：对于72dpi 11英寸的图像 总像素数=721721=5184解2：对于300dpi的8inch10inch的彩色图像 总像素数=830010300 = 2400300012图像处理时应考虑的问题图像处理时应考虑的问题 设定图像的分辨率时，应该考虑所制作的图像的最终发布媒体。 若图像是用于网络的在线媒体，只要使用图像的分辨率和典型的显示器分辨率相匹配即可； 若制作的是打印图像，采用过低的分辨率会使图像显得粗糙，而采用过高的分辨率导致文件的增大和打印时间的延长。 而且，对于分辨率过高的图像，打印设备未必能够正常工作。 13（2）显示分辨率显示分辨率 显示分辨率是确

4、定显示图像的区域大小。 如果显示屏的分辨率为640480，那么一幅320240的图像只占显示屏的14；相反，24003000的图像在这个显示屏上就不能显示一个完整的画面。显示分辨率显示分辨率400300图片分辨率图片分辨率9813014常见分辨率15图像深度（图像深度（Image DepthImage Depth） 也称图像的位深，是指描述图像中每个像素的数据所占的二进制位数。 图像的每一个像素对应的数据通常可以是1位（bit）或多位，用于存放该像素的颜色、亮度等信息，数据位数越多，可以表达的颜色数目就越多。16颜色数量与颜色深度17例例3-2 3-2 计算图像的位深计算图像的位深 一幅图像的

5、每个像素用R、G、B（红、绿、蓝）三个分量表示，若每个分量使用8位，则一个像素需要24位来表示，此图像深度为24位。 该图像可表达的颜色数目是多少？解：可以表达的颜色数为： 224=16,777,216（16M） 18真彩色（真彩色（True Color） 指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R，G，B三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。 例如，用R、G、B各8位表示的彩色图像。 而人的眼睛是很难分辨出这么多种颜色的。 因此在许多场合将这样的图像称为真彩色图像，也称为全彩色图像。192、图像的种类图像的种类 矢量图像(Vector) 位图图像(Bi

6、tmap)20矢量图矢量图 也称为面向对象的图像或绘图图像。在数学上定义为一系列由线连接的点。矢量图主要用于工程图、白描图、卡通漫矢量图主要用于工程图、白描图、卡通漫画、图例和三维建模等。画、图例和三维建模等。例如：一个圆可以表示成圆心在例如：一个圆可以表示成圆心在(x1,y1)，半径为半径为r的图形；一个矩形可以通过指定左的图形；一个矩形可以通过指定左上角坐标上角坐标(x1,y1)和右下角坐标和右下角坐标(x2,y2)的四边的四边形来表示。形来表示。 基于矢量的绘图同分辨率无关。存盘后文基于矢量的绘图同分辨率无关。存盘后文件的大小与图形中元素的个数和每个元素件的大小与图形中元素的个数和每个元

7、素的复杂程度成正比。的复杂程度成正比。21位图图像位图图像 亦称为点阵图像或绘制图像，是由称作像素的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。当放大位图时，可以看见赖以构成整个图像的无数单个方块。扩大位图尺寸的方法是增多单个像素，从而使线条和形状显得参差不齐。由于每一个像素都是单独染色的，可以通过以每次一个像素的频率操作选择区域而产生近似相片的逼真效果。缩小位图尺寸也会使原图变形，因为它是通过减少像素使整个图像变小的。不能单独操作（如移动）局部位图。22位图图像23矢量图和位图局部放大对比矢量图和位图局部放大对比 矢量图局部放大效果清晰位图局部放大效果模糊位图放大效果示意矢量图放

8、大示意24灰度图和彩色图灰度图和彩色图 从色彩方面来讲，又可分为灰度图和彩色图。 灰度图(Grayscale image)按照灰度等级的数目来划分。只有黑白色的图像称为单色图像（monochrome image），图中每个像素值用1位存储。如果每个像素的像素值用一个字节表示，灰度等级数为256，每个像素可以是0255之间的任何一个值。 彩色图像(Color image)可以按照颜色的数目来划分，如256色图表示该图像中颜色的总数目不超过256种。25单色图和灰度图对比单色图和灰度图对比单色图灰度图26不同位深度的图像对比不同位深度的图像对比黑白色黑白色16色色256色色24位色位色273.2

9、图像色彩与色彩空间图像色彩与色彩空间 生气勃勃的大自然色彩向人们展示着物质、生命、存在和运动状态。 视觉是人们认识世界的窗口，客观世界作用于人的视觉器官，通过视觉器官形成信息，从而使人产生感觉和认识。281、颜色的描述与度量、颜色的描述与度量 颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到的颜色由光波的频率决定。 光波是一种具有一定频率范围的电磁波。颜色的实质是一种光波; 物体表面的光滑程度或物质成分不同，对于光反射、折射、散射和吸收的情况也有所不同，因而所呈现的颜色就有不同; 纯颜色通常使用光的波长来定义，用波长定义的颜色叫做光谱色;用不同波长的光进行组合可以产生相同的颜色感觉。29颜色的波长

10、范围颜色的波长范围颜颜 色色 波长范围波长范围 /nm/nm红 760-622橙 622-597黄 597-577青 492-455绿 577-492紫 455-38030色调色调 引起视觉的色光，可能是由数种波长的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近红、橙、黄、绿、蓝、紫等纯光谱色中的那一种，这种属性称为色调。色调有一个自然的顺序：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。在这个次序中，当人们混合相邻颜色时，可以获得在这两种颜色之间连续变化的色调。 31饱和度饱和度 指的是颜色偏离灰色、接近纯光谱色的程度。黑、白、灰色的饱和度最低（0%），而纯光谱色的饱和度最高（100%）。纯光谱色与白光混合，可以

11、产生各种混合色光，其中纯光谱色所占的百分比，就是该色光的饱和度。 32明度明度 指的是光所产生的亮暗感觉。是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。 就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色则最暗，灰色则居中。 在不太严格的场合，明度也可以看作是亮度。33颜色圆颜色圆 沿径向表示饱和度沿圆周来表示色调沿垂直方向表示明度342.三基色原理三基色原理 色彩构成为了某种目的，把两个或两个以上的色彩按照一为了某种目的，把两个或两个以上的色彩按照一定的原则进行组合和搭配，形成新的色彩关系。定的原则进行组合和搭配，形成新的色彩关系。 现代颜色视觉理论中的三色学说认为人眼的锥状细胞是由红、绿、蓝三种感光细胞

12、组成的。 自然界中的任何一种颜色都可以由R、G、B这3种颜色值之和来确定，它们构成一个3维的RGB矢量空间。35色彩理论 根据色彩理论，原色包括根据色彩理论，原色包括“色料三色料三原色原色”和和“光的三原色光的三原色”两个系统。两个系统。 36“色料三原色色料三原色”系统系统 在绘画中，使用R（红）、Y（黄）、B（蓝）可以配出多种其它颜色。色料是绘画的基本原料，掌握色料三原色的搭配是绘画的基本功。37“光的三原色光的三原色”系统系统 0 255 灰阶灰阶0 255 灰阶灰阶0 255 灰阶灰阶 R（红）、G（绿）、B（蓝）三种颜色构成了光线的三原色。计算机显示器是根据该原理制造的。因此也被称为

13、“电脑三原色”。38色彩三要素39403. 相加混色和相减混色相加混色和相减混色 任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的比例混合得到。三种颜色的光强越强，到达人眼的光就越多，它们的比例不同，看到的颜色也就不同，没有光到达眼睛，就是一片漆黑。三基色的大小决定彩色光的亮度，混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。三基色的比例决定混合色的色调，当三基色混合比例相同时，是灰色。 41相加混色相加混色 某种颜色可用下列公式描述： 颜色 = R（红色的百分比） + G（绿色的百分比） + B（蓝色的百分比） 三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为0时得到黄色。 三基色的大小决定彩色光的亮度； 三基色

14、的比例决定混合色的色调。42相减混色相减混色 相减混色利用滤光特性，在白光中减去不需要的彩色，留下所需要颜色。如印染、颜料等采用的相减混色。相减混色关系式如：当两种以上的色料相混和重叠时，白光就减去各种色料的吸收光，其剩余部分的反射色光混合结果就是色料混合或重叠产生的颜色。 黄色= 白色蓝色 青色= 白色红色 红色= 白色蓝色绿色 黑色= 白色蓝色绿色红色 43常用的相加混色方法有以下三种常用的相加混色方法有以下三种 时间混色法：将三基色按一定比例轮流投射到同一屏幕上，由于人眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样。 空间混色法：将三基色同时投射到彼此距离很近的点

15、上，利用人眼分辨力有限的特性而产生混色，或者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合成光。 生理混色法：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也可获得混色效果。 444. 颜色空间颜色空间 RGB颜色空间CMYK颜色空间 XYZ颜色空间 Lab颜色空间HSB颜色空间45(1)RGB颜色空间颜色空间 采用红、绿和蓝3基色来匹配所有颜色的模型称为RGB颜色空间。 国际照明委员会将3种单色光的波长分别定义为红色（700nm）、绿色（546.1nm）和蓝色（453.8nm）。 根据3基色原理，任意一种颜色可以由下式匹配： C=rR+gG+bB 式中的系数r、g和b分别为3基色红、绿和蓝的比例系

16、数。当r=g=b时，颜色C为标准的白色。46RGB颜色空间表示法颜色空间表示法 RGB颜色模型通常用于彩色阴极射线管和彩色光栅图形显示器。 各个原色的光能叠加在一起产生复合色。 在正方体的主对角线上，各原色的量相等，产生由暗到亮的白色，即灰度。（0,0,0）为黑，（255,255,255）为白。正方体的其它六个顶点分别为红、黄、绿、青、蓝和品红。47CMYK颜色空间颜色空间 这是以打印在纸上的油墨的光线的吸收特性为基础。以青（Cyan）、品红（Magenta)、黄(yellow)、黑（Black）为原色构成CMYK颜色系统，常用于从白光中滤去某种颜色，故称为减性原色系统。 CMYK颜色模型对应

17、的直角坐标系的子空间与RGB模型所对应的子空间几乎完全相同。区别仅在于前者的原点为白，而后者的原点为黑。前者是通过从白色中减去某种颜色来定义一种颜色，而后者是通过向黑色中加入某种颜色来定义一种颜色 。48CMYK颜色空间颜色空间 以红、绿、蓝的补色C（青）、M（品红）、Y（黄）为原色构成的CMY空间。 静电或喷墨绘图仪、打印机、复印机等硬拷贝设备将颜色画在纸张上时，使用的是CMY颜色系统。 由于彩色墨水和颜料的化学特性，用等量的三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷术中经常加入一种真正的黑色（Black）。 黑色用K表示，CMY颜色空间称为CMYK颜色空间 。49XYZ颜色空间颜色空间 在

18、RGB的颜色空间匹配式C=rR+gG+bB中，通过试验，发现当匹配一些颜色的时候，r将取负值。这样一来既不利于计算，也不好理解，于是使用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中r、g、b均变为正值。这三种颜色被命名为X、Y、Z。50XYZ和和RGB的关系的关系 对任一颜色C有C=xX+yY+zZ并且x+y+z=1，x、y、z均大于0。这样的颜色空间称为XYZ颜色空间，它和RGB颜色空间有如下的换算关系：X=0.490R+0.310G+0.20BY=0.177R+0.812G+0.011BZ=0.010G+0.990B51XYZ和和RGB的转换关系的转换关系 两组颜色空间坐标

19、的相互转换关系为 x=（0.490r+0.310g+0.200b）/（0.667r+1.132g+1.200b） y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b） z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）52Lab颜色空间颜色空间 Lab颜色空间与设备无关。它既不依赖光线，也不依赖于颜料，它是一个理论上包括了人眼可以看见的所有色彩的色彩模式。 Lab颜色空间由三个量组成：一个是亮度，即L；另外两个是色彩，用A和B来表示，A包括的颜色是从深绿色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉红色（高亮度值）

20、；B则是从亮蓝色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黄色（高亮度值）。 53Lab颜色模型颜色模型 54(5) HSB颜色空间颜色空间 nHSB颜色空间是以颜色空间是以人对颜色的感觉为人对颜色的感觉为基础的一种颜色模基础的一种颜色模式。它描述颜色的式。它描述颜色的三个基本特征三个基本特征色相色相H、饱和度、饱和度S S，和亮度和亮度B B。55Photoshop中的取色框中的取色框 5657实验实验4 以Photoshop为工具，处理给定的图像。详见实验4（图像编辑）指导。58SHOTOSHOP简介简介 Adobe Photoshop是美国Adobe公司开发的图像处理软件，目前广泛应用在广告设计、网页设计、包装设计、封面设计、插图漫画设