多媒体技术与应用颜色及图像基础

1、1西 南 交 通 大 学多媒体技术与应用李茜2.1 图像和图形的基本原理32.3 图像的获取方式12.2 图像数字化技术242.4 使用Photoshop处理图像的方法第2章 颜色及图像基础22.1.1 图形和图像2.1.2 图像的分辨率2.1 图形图像的基本原理图形图像基本概念数字图像的种类42.1.1 图形和图像图形图像基本概念图形和图像图形：反映物体的局部特性，它是真实物体的模型化图像：反映物体的整体特性，是物体的真实再现两者在外观上有时很难区分，但它们有许多不同的属性，一般需要使用不同的软件进行处理 图形处理：在计算机上借助数学的方法生成、处理和显示图形图像处理：将客观世界中实际存在的

2、物体映射成数字化图像，然后在计算机上用数学的方法对数字化图像进行处理图 像图 形5图形图像基本概念图像：直接量化的原始信号形式 图像的最小单位是像点 用于表现自然影像图形：运算形成的抽象化产物 图形由具有方向和长度的 矢量表示 用于分析运算结果，简单 图形表示6美国康乃尔大学Suzanne Smits 和Priamos Georgiades建模并绘制的俄罗斯茶壶 例1:俄罗斯茶壶7例2：计算机绘制的钢笔画和铅笔画 木 桶 玻璃瓶引用自：Georges Winkenbach,D.Salesin (Univ.of Washington) pp.469-476, SIGGRAPH968数字图像的种类

3、矢量图矢量图由矢量定义的直线和曲线组成。矢量图形是根据轮廓的几何特性，用数学表达式指令来进行描述，图形的轮廓画出后，被放在特定位置并填充颜色。矢量图形文件体积一般较小 难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果矢量图一般也被称为图形9数字图像的种类位图把一幅图像按水平和垂直方向划分成若干个小方格，每个小方格称为一个像素点，由这些像素点排列组成的栅格称为“光栅”，计算机通过表示这些像素点的位置、颜色、亮度等信息，从而表示出整幅图像，这种图像通常被称为位图或像素图。适合表现比较细腻，层次和色彩比较丰富，包括大量细节的图像 位图一般也被称为图像1011矢量图形和位图图像的特点如果绘制图比较简单，用矢量图形快

4、，文件的数据量比位图图像小得多，但不如位图逼真矢量图形的颜色数目与文件的大小无关，位图图像的颜色数目越多，占据的二进制位数越多，文件越大矢量图形在放大、缩小或旋转等操作后不会失真 ，而位图会出现失真矢量图形侧重于绘制、去创造，而位图偏重于获取、去复制12131.3.1 图形和图像矢量图形与分辨率无关，无论放大和缩小多少倍，图形都有一样平滑的边缘和清晰的视觉效果。如果在屏幕上以较大的倍数放大显示图像，或以过低的分辨率打印，位图图像会出现锯齿边缘，显示类似马赛克的效果。2.1.2 图像的分辨率图像的分辨率是用来衡量图像清晰度的一个概念，其表示图像中单位长度中包含的像素数，通常用像素/英寸（disp

5、lay Pixels/Inch）表示。图像分辨率的单位为dpi，即每英寸显示的像点数。14 Resolution (分辨率)单位 dpi的数值越大，图像越清晰dpi (display pixels / inch)每英寸显示的像素300 dpi 96 dpi 21 dpidpi视觉效果清晰度绝对清晰度分辨率分辨率16分辨率根据应用场合的不同，图像分辨率一般有两种类型：1、显示分辨率指屏幕上能够显示的像素数目，即水平和垂直方向的像素个数。是一系列标准显示模式的总称，其单位不用dpi，而采用像素。 图像大小指该图像像素的高度和宽度的数目，即图像的长宽尺寸。屏幕上图像的显示尺寸是由图像的像素尺寸与显示

6、器分辨率的设置共同确定的。17520 x376260 x188130 x94（1）在像素尺寸和显示器的显示分辨率相同时，显示在屏幕上的图像尺寸与图像大小成正比。181.3.2 图像的分辨率分辨率191、有一张800X600像素尺寸的图像，分别在分辨率均为800X600像素的15寸和17寸显示器上显示，哪个图像尺寸更大？2、同一副图像，当显示器的分辨率定义更高时，图像变小还是变大？（2）同一幅图像，在显示器分辨率相同的显示器上显示时，图像的尺寸大小与像素尺寸成正比。 例如，在15英寸和17英寸的分辨率为800*600的显示器上，同一幅图像在17英寸的显示器上的图像尺寸更大。（3）在同一台显示器上

7、，同一幅图像的尺寸大小与显示器的分辨率成反比。 例如，在同一台显示器上，显示器分辨率越大，同一幅图像的尺寸大小越小。201.3.2 图像的分辨率分辨率2、打印分辨率是打印机输出图像时采用的分辨率。又称为输出分辨率，以dpi（像素/英寸）来表示，其代表了每英寸可以打印的油墨的点数。一般说来，打印分辨率越高，即每英寸的油墨越多，打印效果将越好。21常见分辨率 平板扫描仪：1200 dpi 底片扫描仪 4800 dpi 印刷图片 普通：300dpi 高精度：600 dpi 显示器：96 dpi 显示用图片：96 dpi 动画、视频：96 dpi 喷墨打印机：7202880 dpi 激光打印机：600

8、1200 dpi222.2.1 图像的色彩模式2.2.2 图像的颜色深度2.2.3 图像压缩2.2.4 图像文件格式2.2.5 图像文件的体积2.2 图像的数字化技术颜色的基本概念颜色的形成色彩的三要素三基色24颜色的形成物体受光线照射后，产生光的分解现象，一部分光线被物体吸收，其余的被物体反射或投射出来，成为物体的颜色人对颜色感觉的形成主要有四个要素，即光源、物体、眼睛和大脑色彩是视觉系统对可见光的感知结果25颜色与波长纯颜色通常用光的波长来定义，其定义的颜色称之为光谱色(Spectral Color)。10-1410-1210-910-610-410-2.射线射线紫外线红外线.可见光谱38

9、0435500520565590625780紫蓝青绿黄橙红颜色的形成26色彩的三要素色调指颜色的种类和名称，是指颜色的基本特征，是一种颜色区别于其他颜色的因素。色调和色彩的强弱及明暗没有关系，只是纯粹表示色彩相貌的差异。如红、黄、绿、蓝、紫等为不同的基本色相。 色环： 色环是色彩按红、黄、绿、蓝、红依次过度渐变呈现出来的不同颜色，就可以得到一个色彩环。色环通常包括12种不同的颜色。27色彩的三要素亮度指颜色的深浅、明暗程度，没有色调和饱和度的区别。光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。即使强度相同，不同的颜色，反射的光量强弱不一，也会产生不同程度的明暗。非色彩的黒、灰、白较能形象的表达这一特质。

10、颜色与亮度之间的关系28色彩的三要素饱和度指色彩的鲜艳程度或者纯度。对同一色调的彩色光，饱和度越高，颜色越纯。原色最纯，颜色的混合越多则纯度逐渐减低。如某一鲜亮的颜色，加入了白色或者黑色，使得它的纯度低，颜色趋于柔和、沉稳。29三基色三基色原理:以三种颜色作为基色相配来获得彩色基色是指互为独立的单色，任一基色都不能由其他两种基色混合产生三基色的选择不唯一30三基色的选择因为人的眼睛对红、绿、蓝这三种色光最敏感，因此，以这三种颜色作为基色相配来获得彩色得到了最为广泛的应用也可选择三基色CMYcyan(青)、magenta(品红)、 yellow(黄)31互补色凡是两种色光相混合而成白光，这两种色

11、光互为补色互补色是彼此之间最不一样的颜色322.2.1 图像的色彩模式图像的色彩模式，是指用来提供将图像中的颜色转换成数据的方法，这种方法使颜色能够在不同的媒体中得到连续的描述，能够实现跨平台的进行显示。不同的色彩模式对颜色的表现能力可能会有很大的差异。常见的色彩模式有RGB、CMYK、HSB、Lab和索引色。色彩模式用三维模型表示，空间中的色彩通常使用代表三个参数的三维坐标来指定。不同的领域，所采用的色彩模型往往不同。33RGB色彩模式是一种加光模式。根据三基色原理，用基色光单位来表示光的量，则在RGB色彩模型，任意色光都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成： R(红色的百分比)G(绿

12、色的百分比)B(蓝色的百分比)颜色 34RGB模式(用于显示打印) 特点:色彩鲜艳RGB色彩模式显示彩色图像的电视机和计算机显示器色彩显示原理主要基于RGB模型。如图所示。组合这三种光波以产生特定颜色称为相加混色，称为RGB相加模型。相加混色是计算机应用中定义颜色的基本方法。 35 红：RGB(255,0,0) 绿：RGB(0,255,0) 蓝：RGB(0,0,255) 黑：RGB(0,0,0) 白：RGB(255,255,255)CMYK色彩模式是一种减光模式。油墨或颜料的三基色是青色(C)、品红(M)和黄色(Y)，除了黑色(K)任何一种由颜料表现的色彩都可以用这三种基色按不同比例混合而成C

13、MY色彩模型与RGB色彩模型互补，又称为相减混色。CMY模型正好与RGB模型互补，即用白色减去RGB模型中的某一色彩值就等于同样色彩在CMY模型中的值。 36CMYK模式(用于印刷) 特点:色彩灰暗分色胶片印版印辊印纸成品CMYK色彩模式37HSB（HSL）色彩模式从人的视觉系统出发，直接使用色调(H)、饱和度(S)和亮度(B/L)来描述色彩38垂直轴表示光的亮度变化；与垂直轴垂直的水平面圆周上，各点代表光谱上不同的色调；从圆周到圆心的变化即饱和度的变化；Lab色彩模式国际照明委员会于1976年公布用亮度和色差来描述颜色分量，其中L为亮度，a和b分别为各色差分量Lab色彩模型所定义的颜色最多，

14、且与光线及设备无关色彩模型有设备相关和设备无关之分：如计算机显示器用RGB来显示颜色，用像素值生成的颜色将随显示器的亮度和对比度的改变而改变。39索引颜色模式由于RGB和CMYK占用内存空间较多。因此该模式采用一个颜色表存放并索引图像中的颜色使用最多 256 种颜色为索引色，通过一个颜色查找表 (CLUT)，用以存放并索引图像中的颜色。每个颜色都不能再改变它的亮度。若图像中的颜色亮度与索引色中的颜色亮度不符，则会自动将图像文件的色彩以相近的色彩取代，使其只显示256色。大多用在网络或动画等对颜色信息要求不高的领域。405、索引颜色模式411.4.1 图像的色彩模式2.2.2 图像的颜色深度图像

15、的颜色深度也称为位分辨率，是用来衡量每个像素储存信息的位数。颜色深度决定了彩色图像可以用的最多颜色数目，决定了灰度图像可以使用的亮度级别数目颜色深度决定可以标记为多少种色彩等级的可能性，颜色深度越高，显示的图像越丰富，画面越自然逼真，但数据量会猛增。常见的颜色深度种类有1位、4位、8位、16位、24位和32位。所谓“位”，实际上是指“2”的平方次数。42颜色深度的例子24 bit8 bit4 bit单色432.2.2 图像的颜色深度最大颜色数颜色深度为4时，表示最大颜色数为16色颜色深度为8时，表示最大颜色数为256色颜色深度为16时，表示最大颜色数为65536色颜色深度为24时，表示最大颜色

16、数为16.7M色（真彩色）44 图像压缩是指减少表示数字图像时需要的数据量，以尽可能少的比特数代表图像或图像中所包含信息的技术。目的是减少图像数据中的冗余信息，从而用更加高效的格式存储和传输数据。451.4.3 图像压缩461.4.3 图像压缩 图像文件的保存格式决定了图像数据的存储内容和存储方式，以及文件是否与某些应用程序兼容，决定了数据交换是否能够方便地实现。图像文件的格式有很多种，它们的不同主要在于图像的数据方式和使用的压缩技术。471.4.4 图像文件格式图像文件格式例1：PSD格式PSD图像格式是photoshop图像处理软件的专用文件格式，是一种非压缩的原始文件保存格式。由于可以保

17、留所有原始信息，是目前惟一能够支持全部图像色彩模式的格式，因此往往体积庞大，在大多平面软件内部可以通用。对于图像处理中尚未制作完成的图像，选用PSD格式保存是最佳的选择48图像文件格式例2：BMP格式BMP图像格式是Windows操作系统下使用的一种标准图像格式，是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。支持单色、16色、256色、真彩色图像几乎不进行压缩。导致占用磁盘空间过大。非压缩的BMP文件是一种通用的图像文件格式，几乎所有Windows 应用软件都能支持49 3、GIF格式GIF(Graphics Interchange Format)的原义是“图像互换格式”，是CompuSer

18、ve公司在 1987年开发的图像文件格式。GIF文件的数据，是一种基于LZW算法的连续色调的无损压缩格式。其压缩率一般在50左右，它不属于任何应用程序。目前几乎所有相关软件都支持它，公共领域有大量的软件在使用GIF图像文件。50图像文件格式例3： GIF 图像图像文件格式例3： GIF 图像颜色数目不超过256色 ，适合用作插图、剪贴画等色彩数要求不高的场合，文件特别小，适合网络传输GIF图像格式具有累进显示功能，适合网络浏览器观看 GIF图像格式能支持透明背景（JPEG不支持）GIF图像格式能支持动画透明背景51图像文件格式例4：JPEG图像JPEG（联合图像专家组）是静止图像数据压缩编码的

19、国际标准，采用JPEG标准的图像文件扩展名是.jpg或.jpeg，是一种有损压缩方式。JPEG特别适合各种连续色调的彩色或灰度图像，在计算机和数码相机中已得到广泛应用 JPEG的最新标准是JPEG2000（图像文件扩展名是 .jp2 ），它采用更先进的技术，可取得更好的效果5253 原图（48.9KB） JPEG压缩（1.85KB） JPEG2000压缩（1.79KB） 图像文件格式例4：JPEG图像 5、TIFF格式文件扩展名为.tif 或.tiff。TIFF是最复杂的一种位图文件格式。TIFF广泛地应用于对图像质量要求较高的图像的存储与转换。由于它的结构灵活和包容性大，它已成为图像文件格式

20、的一种标准，绝大多数图像系统都支持这种格式。541.4.4 图像文件格式 6、PDF格式Adobe公司开发的一种便携文本格式，基于Postscript语言，跨平台。可以精确显示字体、页面格式、位图与矢量图目前电子出版物最常用的格式。在Photoshop中可以将图像存储为PDF格式。551.4.4 图像文件格式 7、EPS格式是跨平台的标准格式，专用的打印机描述语言，可以描述矢量信息和位图信息，支持多种颜色模式。EPS格式采用 PostScript语言进行描述。几乎所有的平面设计软件都能够兼容。561.4.4 图像文件格式2.2.4 图像文件格式文件颜色与分辨率用途.GIF256 / 96dpi

21、用于动画、多媒体程序界面，网页界面. BMP256 224 / * dpi用于Windows环境下的任何场合. TIF256 232 / * dpi用于专业印刷，格式复杂、存贮信息多. JPG216 232 / * dpi压缩静态数字图像的国际标准，用于数字图片保存、传送. TGA256 224 / 96dpi用于专业动画影视制作. PCD216 232 / * dpi用于PHOTO CD57文件格式与数据量A4幅面(横)24 bit彩色300 dpi分辨率. JPG 883 KB损失15%色重复保存,损失加剧. GIF 4,501 KB256色格式转换容易失真. BMP 25,481 KB真彩色 数据量大. TGA 25,481 KB真彩色 数据量大. PCD 25,481 KB真彩色 数据量大. TIF 25,697 KB真彩色 数据量大数据对比58 图像文件的