彩色数字图像基础

1、彩色数字图像基础第1页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三主要内容颜色理论与人的色觉颜色空间数字图像的基本知识计算机图形学基础知识图像与图形的文件格式动画与数字视频第2页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三问题1： 什么是图像？图像是自然界中的客观景物通过某种系统的映射，使人们产生的视觉感受。人们在观察景物时，视觉的第一印象乃是色彩的感觉。色彩在视觉艺术中具有十分重要的美学价值。3.1 视觉系统对颜色的感知9/18/20223第3页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三问题2： 什么是颜色？ 颜色是视觉系统对可见光的感知结果。 1666

2、年，英国科学家牛顿第一个揭示了光的色学性质和颜色的秘密。他用光的色散实验说明太阳光是各种颜色的混合光，并发现光的颜色决定于光的波长。9/18/20224第4页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三1.光的色学性质 光波是一种具有一定频率范围的电磁波，其波长覆盖范围很广。电磁波中只有一小部分能够引起眼睛的兴奋而被感觉，其波长大约在380nm 780nm（l nm=10-9 m）之间，我们称为可见光。9/18/20225第5页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 光的波长与颜色的关系500600紫400700750紫蓝蓝蓝绿绿绿黄黄橙橙红红350眼睛感知的颜

3、色和波长之间的关系如图。9/18/20226第6页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三颜色的实质是光波。其存在必须的3个实体是：光线、被观察对象和观察者。观察对象的颜色是指该对象在光线的照射下，所反射的各光谱成分作用于人眼的综合效果；对于透射对象则是透过该物体的光谱综合作用的结果。9/18/20227第7页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三2. 物体的颜色 物体的颜色决定于它对光线的吸收和反射，实质上决定于物质的结构，不同的物质结构对不同波长的光吸收能力不同。光是由光子组成的。不同波长的光由不同能量的光子组成。波长和能量E间的关系为 E=hc/式中h为

4、普朗克常数，c为光速。9/18/20228第8页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三当光子射到物体上时，某波长的光子能量与物质内原子的振动能，或电子发生跃迁时所需能量相同时，就易被物质吸收，其它波长的光就不易被吸收。物质对光的选择吸收，就造成了各自的颜色。同一种物质，当改变其内部结构时，颜色也会改变。如碘化汞在正方晶系时呈红色，而加温到127使晶形转变为斜方晶系时却成蓝色。这主要因物质结构的改变，对光的选择吸收也发生了改变。9/18/20229第9页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3.人的色觉特点 不同波长的光照射到人眼视网膜上，将给大脑不同的感觉，

5、这种感觉称为色觉。人们就是凭自己的色觉来辨别物体的颜色，一般人的眼睛可分辨120多种颜色，如果在不同颜色的相互补充、相互衬托之下，有经验的人可分辨13000多种颜色。9/18/202210第10页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三人的视网膜（haman retina）通过神经元来感知外部世界的颜色，每个神经元或者是一个对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的某种锥体细胞（cone），或者是一个对颜色不敏感的在光功率极端低的条件下才能起作用的杆状体（rod）。当眼睛接受了混合光之后，三种色觉细胞都按自己的规律兴奋起来；产生三种视觉信号经视神经传到大脑，大脑把它们总合在一起，形成一个综

6、合的色觉。9/18/202211第11页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三人的视网膜（haman retina）通过神经元来感知外部世界的颜色。锥状光敏细胞（cone） ：光强与颜色，对红、绿、蓝颜色敏感程度不同。杆状光敏细胞（rod） ：光强，对颜色不敏感，在光功率极端低的条件下才能起作用。三种色觉细胞产生三种视觉信号经视神经传到大脑，大脑把它们总合在一起，形成一个综合的色觉。9/18/202212第12页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三400600700500 /nm0.00.20.40.60.81.0感知度蓝绿红亮度图1 视觉系统对颜色和亮度

7、的响应特性9/18/202213第13页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三4. 颜色描述与度量纯颜色通常使用光的波长定义，称为光谱色（spectral color）。使用不同波长的光进行组合时可以产生相同的颜色感觉。国际照明委员会（Commission International del Eclairage CIE）使用人对颜色的感觉对描述颜色做了定义。9/18/202214第14页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三颜色的三个特性以人类对颜色的感觉为基础，颜色的3种基本特性是：色调/色相、饱和度、亮度。色相是从物体反射或透过物体传播的颜色。在0 到3

8、60 度的标准色轮上， 按位置度量色相。在通常的 使用中，色相由颜色名称标 识，如红色、橙色或绿色。9/18/202215第15页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 色环9/18/202216第16页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三亮度（Y）：光的强和弱。是颜色的相对明暗程度，通常用从0% （黑色）至100% （白色）的百分比来度量。9/18/202217第17页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三饱和度（S）：是指颜色的强度或纯度。饱和度表示色相中灰色分量所占的比例，它使用从0% （灰色）至100% （完全饱和）的百分比来度

9、量。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。9/18/202218第18页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三5. 三基色原理人眼的颜色感觉取决于色光谱分布，但并不能从看到的颜色来判断它们的光谱分布。即一定的光谱分布对应着一种惟一确定的颜色；但同一颜色可以由不同光谱分布所组成，这种现象称为“同色异谱”现象。重现颜色并非要求重现原景物辐射光的光谱成分，重要的是获得与原景物相同的彩色感觉。9/18/202219第19页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三什么是三基色（RGB）？ 理论上，任何一种颜色都可以用三种基本颜色按照不同比例混合得到，这三种颜色是红、绿、

10、蓝。自然界中的任何一种颜色都可以由R、G、B这三种颜色值之和来 确定，它们构成一 个三维的RGB矢量 空间。9/18/202220第20页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三可以选择其他三种颜色为三基色，但是，三种颜色必须是相互独立的，即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成。由于人眼对红、绿、蓝三种色光最敏感，因此由这三种颜色相配所得的彩色范围也最广。9/18/202221第21页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三人眼对三基色的主观感受由于人眼对于相同亮度单色光的主观亮度感觉不同，所以，用相同亮度的三基色混色时，如果把混色后所得的单色光亮度定为100%

11、的话，那么人的主观感觉是：绿光仅次于白光是三基色中最亮的。红光次之，亮度约占绿光的一半；蓝光最弱，亮度约占红光的1/3。9/18/202222第22页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三亮度公式当白光的亮度用Y来表示时，它和红、蓝、绿三色的关系可用如下的方程来描述： Y=0.299R+0.587G+0.114B这就是常用的亮度公式，它是根据美国国家电视制式委员会的NTSC制式推导得到的。9/18/202223第23页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3.2 颜色模式要正确地描述各种色彩之间的差异，必须对它们进行数值化的处理，才可以进行记录、编辑以及印刷

12、。根据记录的角度不同，使用不同的色彩系统，即所谓的颜色模式/颜色空间。常见的颜色模式有RGB颜色模式、CMYK颜色模式、HSB颜色模式、Lab颜色模式和YUV等。9/18/202224第24页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三1. RGB颜色空间采用红、绿、蓝三种基色来匹配所有颜色的模型称为RGB颜色空间。CIE将3种单色光的波长分别定义为700nm（红）、546.1nm（绿）、453.8nm（蓝）。9/18/202225第25页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三配色方程在RGB彩色空间，任意彩色光F，其配色方程可写为： F = rR + gG +

13、bB其中r、g、b为三色比例系数；rR、gG、bB为F色光的三色分量。9/18/202226第26页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 RGB颜色空间9/18/202227第27页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三Photoshop的RGB模式Photoshop 的RGB模式使用RGB模型，为彩色图像中每个像素的RGB分量指定一个介于0（黑色）到255（白色）之间的强度值。例如，亮红色可能R值为246，G值为20，而B值为50。当这3个分量的值相等时，结果是中性灰色。当所有分量的值均为255 时，结果是纯白色；当该值为0 时，结果是纯黑色。9/18

14、/202228第28页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三RGB模型通常用于彩色阴极射线管和彩色光栅图形显示器。各个原色光叠加在一起产生复合色。在多媒体计算机技术中，用得最多的是RGB彩色空间表示。因为计算机彩色显示器的输入需要RGB三个彩色分量。不管多媒体系统中采用什么形式的彩色空间表示，最后的输出一定要转换成RGB彩色空间表示。9/18/202229第29页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三颜色相加图 加色法RGB由于RGB 颜色合成可以产生白色，因此也称它们为加色。将所有颜色加在一起可产生白色，即所有可见光波长都传播回眼睛。9/18/202230

15、第30页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三阴极射线管CRT9/18/202231第31页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 孔状荫罩式显像管 9/18/202232第32页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 彩色显象管产生颜色的原理9/18/202233第33页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三2. CMY模型CMY 模型以打印在纸上的油墨的光线吸收特性为基础。当白光照射到半透明油墨上时，某些可见光波长被吸收，而其它波长则被反射回眼睛。理论上，纯青色(C)、洋红(M) 和黄色(Y) 色素在合成后可以吸收

16、所有光线并产生黑色。这些颜色因此称为减色。9/18/202234第34页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三相减色和相加色之间的关系相加混色相减混色生成的颜色RGBCMY000111黑001110蓝010101绿011100青100011红101010品红110001黄111000白9/18/202235第35页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三四色印刷由于所有打印油墨都包含一些杂质，因此这三种油墨实际生成深咖啡色，必须与黑色(K) 油墨合成才能生成真正的黑色。( 为避免与蓝色混淆，黑色用 K 而非B 表示）将这些油墨混合重现颜色的过程称为四色印刷。9

17、/18/202236第36页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三颜色相减图 减色法CMYK相减：白光照在某种颜色的物体上，部分波长的光波被吸收，剩下波长的光波进入人的眼睛。9/18/202237第37页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3. Lab 模型Lab 颜色模型是在1931 年国际照明委员会(CIE) 制定的颜色度量国际标准模型的基础上建立的。1976 年，该模型经过重新修订并命名为CIE L *a *b。Lab 颜色与设备无关，无论使用何种设备（如显示器、打印机、计算机或扫描仪）创建或输出图像，这种模型都能生成一致的颜色。9/18/20223

18、8第38页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 Lab模型9/18/202239第39页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三色域(Photoshop)色域是颜色系统可以显示或打印的颜色范围。人眼看到的色谱比任何颜色模型中的色域都宽。在Photoshop 使用的各种颜色模型中，Lab 具有最宽的色域，包括RGB 和CMYK 色域中的所有颜色。9/18/202240第40页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 色域对比9/18/202241第41页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三4. 色调-饱和度-亮度 颜色模

19、型H定义颜色的波长，称为色调；S定义颜色的强度，表示颜色的深浅程度，称为饱和度；B定义为掺入的白光量，称为亮度。HSB颜色模式9/18/202242第42页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三 图 RGB图像和与之对应的HSB图像分量9/18/202243第43页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三5. YUV和YIQ彩色空间在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机，它把摄得的彩色图像信号，经分色棱镜分成R0G0B0三个分量信号，分别经放大和校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y，最后发送端将Y、

20、R-Y 及B-Y三个信号进行编码，用同一信道发送出去。这就是我们常用的YUV彩色空间。9/18/202244第44页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三现代彩色电视系统9/18/202245第45页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三目前采用的彩色空间有三种：YIQ,YUV和YCrCb。在PAL彩色电视制式（欧洲电视系统）中使用YUV模型。 在YUV中， Y表示亮度，U、V表示色差。在NTSC彩色电视制式（北美电视系统）中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。9/18/202246第46页，共143页，2022年，5月20日，23点5分

21、，星期三YUV彩色空间的好处YUV表示法的亮度信号（Y）和色度信号（ U， V）是相互独立的，Y信号分量构成的黑白灰度图与用U、V信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。人眼对彩色图像细节的分辨本领比对黑白的低得多，因此对色度信号U、V，可以采用“大面积着色原理”。9/18/202247第47页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三用亮度信号Y传送细节，用色差信号UV进行大面积涂色。彩色图像的清晰度由亮度信号的带宽保证（PAL制亮度信号Y的带宽采用4.43MHz），而把色度信号的带宽变窄（PAL制色度信号带宽限制在1.3MHz）。 9/18/202248第48页，共143页，2

22、022年，5月20日，23点5分，星期三例如：要存储RGB为8：8：8的彩色图像，图像的大小为640480像素： 640480 24/8 = 921600字节如果使用YUV来表示同一幅彩色图像，图像大小仍是640480像素，Y分量用8位表示，而对每四个相邻像素（2 2）的UV值分别使用相同的一个值表示：（640480 8 + 640480 16 /4）/8 = 640 480 1.5 = 460800字节9/18/202249第49页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三YIQ彩色空间美国、日本等国采用的NTSC制，使用YIQ彩色空间，但I、Q与U、V是不同的，其区别是色度矢

23、量图中的位置不同。在色度矢量图中，人眼对处在红、黄之间，相角为123的橙色及其相反方向相角为303的青色，具有最大的彩色分辨能力，我们把它称为I轴，它表示人眼最敏感的色轴。与I轴正交的色度信号轴称为Q轴，表示人眼最不敏感的色轴。 9/18/202250第50页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 IQ轴与UV轴的关系F3333IVQU9/18/202251第51页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三I、Q与V、U之间的关系可以表示成：I=Vcos33oUsin33oQ=Vsin33o+Ucos33o9/18/202252第52页，共143页，2022年

24、，5月20日，23点5分，星期三在传送分辨力弱的Q信号时，可以利用较窄的频带，而传送分辨力较强的I信号时，可使用较宽的频带。在NTSC制中，I 的带宽取1.3 1.5 MHz，和PAL制的U、V差不多，而Q的传送带宽只是0.5MHz，仅是I的带宽的1/3。9/18/202253第53页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三YUV与RGB彩色空间变换RGB和YUV的对应关系可以近似地使用下面的方程式表示： Y=0.299R+0.587G+0.114B U=- 0.147R- 0.289G+0.436B V=0.615R- 0.515G- 0.100B9/18/202254第54

25、页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三YIQ与RGB彩色空间变换RGB和YIQ的对应关系可以近似地使用下面的方程式表示： Y=0.299R+0.587G+0.114B I= 0. 596R- 0.275G - 0.321B Q=0.212R- 0.523G- 0.311B9/18/202255第55页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3.3 数字图像的基本知识问题1：什么是图像？图像：抽象地讲，就是定义在一个矩形区域上的各个点光强值的连续函数f(x,y)。问题2：什么是数字图像？9/18/202256第56页，共143页，2022年，5月20日，23点

26、5分，星期三为了能够在计算机中用数字方式表示图像，要在离散的点上对这个函数进行采样，采样得到的光强值经过量化就形成了离散的亮度级。一幅数字图像就是一个由量化后的光强值组成的矩阵。设I是一个二维矩阵，则I(r,c)就代表行r列c点的光强值。数字图像9/18/202257第57页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三采样对连续图像彩色函数f(x,y)，沿x方向以等间隔x采样，采样点数为N，沿y方向以等间隔y采样，采样点数为N，于是得到一个NN的离散样本阵列f(m,n) N N.为了达到由离散样本阵列f(m,n) N N.以最小失真重建原图的目的，采样密度必须满足Whittaker

27、-Kotelnikov-Shannon采样定理。9/18/202258第58页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三Whittaker-Kotelnikov-Shannon采样定理采样定理阐述了采样间隔与f(x,y)频带之间的依存关系，频带愈窄，相应的采样频率可以降低，采样频率是图像变化频率二倍时，就能保证由离散图像数据无失真地重建原图。实际情况是空域图像f(x,y)一般为有限函数，而它的频域带宽不可能有限，卷积时混叠现象也不可避免，因而用数字图像表示连续图像时总会有些失真。9/18/202259第59页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三量化采样是对图像

28、数据函数f(x,y)的空间坐标（x,y）进行离散化处理，而量化是对每个离散点像素的灰度或颜色样本进行数字化处理。具体说就是在样本幅度值的动态范围内进行分层、取整，以正整数表示。9/18/202260第60页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三问题例如一幅黑白灰度图像，在计算机中灰度级以2的整数幂表示，即 G = 2m当m = 8 、7、6、1时，其对应的灰度等级各为多少？ 9/18/202261第61页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三当m = 8 、7、6、1时，其对应的灰度等级各为256、128、64，和2 。2级的灰度等级构成二值图像，画面只有黑

29、白之分，没有灰度层次。通常的A/D变换设备产生256级灰度，以保证有足够的灰度层次。彩色幅度的量化方法取决于所选用的彩色空间表示。9/18/202262第62页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三像素图像上的采样点叫图像元素，称为像素。像素的光强值叫灰度级（我们对颜色进行了编码），像素的光强值用整数表示，它取决于图像函数在这一点附近区域颜色的平均效果。通常使用纵横均匀分布的网格进行采样。网格点之间的距离影响图像表示的精确程度，决定了可以表现的细节层次。9/18/202263第63页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 一幅图像由许多像素组成 9/18/

30、202264第64页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图像的基本属性1.分辨率（1）显示分辨率（dpi, dot per inch）描述一台显示器在同一时间可以显示的总信息量。计算机用的CRT和家用电视机用的CRT之间的主要差别是显像管玻璃面上的孔眼掩膜和所涂的荧光物质不同。9/18/202265第65页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三PC机常见的显示器分辨率有如下几种：6404808006001024768 1152864具有较多像素的图像在屏幕上显示时会比较大。9/18/202266第66页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期

31、三620400像素图像在屏幕显示的大小取决于图像的像素尺寸、显示器尺寸以及显示器分辨率设置9/18/202267第67页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三（2）图像分辨率（ppi, pixel per inch） 指单位长度上存在的描述图像的像素数。用每英寸多少点（dots per inch，DPI）来表示。通常用这个参数衡量图像的细节表现能力，数值越大，图像包含的细节就越多。 如果用300DPI来扫描一幅810 的彩色图像，就得到一幅2400 3000个像素的图像。9/18/202268第68页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图像分辨率左边是72

32、ppi的图像，右边是300ppi图像；小插图缩放比为200%9/18/202269第69页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图像文件的大小图像的长度（英寸）图像的分辨率(ppi)= 图像长度方向的像素数图像的宽度（英寸）图像的分辨率( ppi)= 图像宽度方向的像素数9/18/202270第70页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三像素与像素值像素(pixel)：一幅彩色图像由许多个点组成，每个单个的点称为像素。每个像素都有一个值，称为像素值。它表示该点的颜色。一个像素值用RGB三个分量表示。9/18/202271第71页，共143页，2022年，5月

33、20日，23点5分，星期三2.像素深度/颜色深度像素深度：存储每个像素所用的二进制位数。它决定彩色图像的每个像素可能有颜色数或确定灰度图像的每个像素可能有的灰度等级数。例如，一幅彩色图像的每个像素用RGB三个分量表示，若每个分量用8位二进制数表示，则一个像素用24位表示，称为像素深度为24bit。每个像素可以是224种颜色的一种。9/18/202272第72页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三不同的颜色深度BlackWhiteGray Scale黑白图像的颜色深度为1，只能表示出两种色彩，即黑和白。 灰度图，图像颜色深度为8，以256个灰度级的形式表示图像的层次变化。 9

34、/18/202273第73页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三RGB Color8色图，图像颜色深度为3，利用三基色组合可产生8种颜色。 索引16色图，图像颜色深度为4，通过建立调色板，可以任选16种颜色供图像使用，调色板中的颜色根据不同的图像可以进行改变。 Indexed 16-Color不同的颜色深度9/18/202274第74页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三不同的颜色深度索引256色图，图像颜色深度为8，可任选256种颜色供图像使用。 真彩色图，图像颜色深度为24,可表示1670万种颜色，其像素的色彩数由3个字节组成，分别代表R（红）、G（

35、绿）和B（蓝）三色值。 Indexed 256-ColorRGB True Color9/18/202275第75页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图像色彩模式BlackWhite（黑白图）Gray Scale（灰度图）RGB Color 8色图Indexed 16-Color(索引16色图)Indexed 256-Color(索引256色图)RGB True Color(真彩色图)9/18/202276第76页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3.真彩色和伪彩色真彩色（true color）：是指组成一幅彩色图像的每一个像素值中，有RGB三个基本

36、分量，每个分量直接决定显示设备的基色强度。9/18/202277第77页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三伪彩色（pseudo color）：表示彩色图像的每个像素值不分RGB，把像素值作为彩色查找表的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的RGB强度值，用查找出的RGB强度值产生的彩色称为伪彩色。9/18/202278第78页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 真彩色和伪彩色图像之间的差别 9/18/202279第79页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3.4 图像的种类在计算机系统中，有两种不同的图形编码方法：位图(bit

37、map)/位映射矢量画(vector-drawn)/向量图形9/18/202280第80页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三1. 位图计算机通过指定每个独立的点（或像素）在屏幕上的位置来存储位图图像。即位图图像是由描述图像中各个像素点的颜色的数位集合而成。位图图像与分辨率有关。9/18/202281第81页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图 位图与像素9/18/202282第82页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三像素与分辨率Pixel（像素）PictureElement 分辨率是用来说明数字信息的数量或密度，它与像素、图像尺

38、寸等有密切的联系，对扫描得到的图像效果和图像的输出影响很大。 在数字影像领域内，其内涵和表示方法不是单一的、固定的：输入分辨率、显示分辨率、输出分辨率和图像分辨率。9/18/202283第83页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三灰度图和彩色图灰度图（gray-scale image）按照灰度等级的数目来划分。只有黑白二色的图像称为单色图像（monochrome image）。VGA模式下，水平方向是640个像素，垂直方向是480个像素。对于单色图像来说，计算存储图像的字节数如下： 640 480 = 307 200 像素 / 8 = 38 400 字节9/18/20228

39、4第84页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三单色图像9/18/202285第85页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三Bitmap graphic9/18/202286第86页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三灰度图像用灰色按比例显示图像，和黑白照片相似。 256级灰度需要使用多少个比特呢？28 = 256一幅640 480的256级灰度图像需要的存储空间是307 200个字节。9/18/202287第87页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三灰度图像9/18/202288第88页，共143页，2022年，5月

40、20日，23点5分，星期三图像的计算彩色图像（color image）有16色、256色、16256色或1.670万色。16色： 640 480 4 / 8 = 153 600 字节 256色： 640 480 8 / 8 = 307 200 字节 9/18/202289第89页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三1,670万种颜色的彩色图像称为24位或真彩色图像。每个像素需要24个比特（3个字节）来表示。一幅这样的图像占用的存储空间为： 640 480 24 / 8 = 921 600 字节9/18/202290第90页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星

41、期三彩色图像9/18/202291第91页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三问题：1 分别用3和4位表示的一幅图像，问该幅图像的颜色数目最多各是多少？2 如果有一幅256色的图像，问该图的颜色深度是多少？9/18/202292第92页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三2. 矢量图像矢量根据图像的几何特性描绘图像。由一串可重构图像的指令构成。这些指令包括描述构成该图形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等的位置、维数和形状。其中每一个对象都是独立的个体，它们有各自的颜色、形状、尺寸及位置坐标等属性。绘制和显示这种图的软件通常称为绘图程序（draw prog

42、rams）。9/18/202293第93页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图9/18/202294第94页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图像与位图 9/18/202295第95页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图的叠加9/18/202296第96页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图命令举例RECT 0 , 0 , 200 , 200RECT 0 , 0 , 200 , 200 , RED , BLUE上述对一个彩色正方形的描述中，所用字母、数字不到30个字节；如使用位图，对黑白图像

43、而言需占用 200 200 / 8 = 5000 B对256色图像而言需占用 200 200 = 40 KB9/18/202297第97页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图和位图的比较位图需占用大量的空间即使图形复杂，位图的刷新速度也比较快矢量图的数据较少当图形变得复杂时，用矢量图计算机要花大量的时间去计算9/18/202298第98页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图欣赏国外名家标志设计9/18/202299第99页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图欣赏美式矢量图9/18/2022100第100页，共143页

44、，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图欣赏花束9/18/2022101第101页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三矢量图欣赏风景9/18/2022102第102页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图形和图像的简单比较图像是用像素来描述的数据量较大计算机中多数的图都是用图像表示的。图形是用许多基本图形（如直线、矩形、圆、多边形等）来描述的数据量较小，处理容易图形用来表示包含有许多细节的照片之类有困难9/18/2022103第103页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3.6 图像文件格式数字化图像、图形信息，都是以文件的

45、形式存储到计算机的存储器中。称为静态图像文件格式。9/18/2022104第104页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图像文件的内容图像数据存储图像实际上存储的是一个二维数组，数组中的值就是图像中对应点的数据。对于二值图像，这个值只有一个二进制位；对于彩色图像这个值可以有如下几种组合：9/18/2022105第105页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图像文件的内容图像数据表示像素颜色中红、绿、蓝颜色强度分量的三个数值；表示在红、绿、蓝颜色表中索引值的三个数值；一个三元组颜色表的索引值；其他能表示颜色的数据结构的索引号；每种颜色的4到5个光谱采样值。

46、9/18/2022106第106页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图像文件的内容识别信息文件识别信息：包括图像文件的识别码与版本识别码，用于判断这个文件应为哪种文件格式；图像识别信息：如图像的长、宽、色彩深度、调色板数据、作者姓名等。9/18/2022107第107页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三位图图像及其格式 图像是由一些排成行和列的点组成的，通常称为位图或点阵图。图像文件在计算机中的存储格式有多种，常用的位图图像格式有BMP、PCX、GIF、TIFF、JPEG、TGA、PSD等。 9/18/2022108第108页，共143页，2022年

47、，5月20日，23点5分，星期三1BMP格式位图是现在最常用的表示方法，是Windows系统下的标准位图格式，具有多种分辨率。其结构简单，未经过压缩，一般图像文件会比较大。它最大的好处就是能被大多数软件“接受”，可称为通用格式。9/18/2022109第109页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三BMP是bitmap的缩写，即为位图图片。位图图片是用一种称作“像素”的单位存贮图像信息的。这些“像素”其实就是一些整齐排列的彩色（或黑白）点，如果这些点被慢慢放大，您就会看到一个个的“像素”中添充着自己的颜色，这些“像素”整齐地排列起来，就成为了一幅BMP图片，并以.bmp（.r

48、le，.dib等）为扩展名。9/18/2022110第110页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三“位图表示”是将一幅图像分割成栅格，栅格的每一点（象素）的亮点值都单独记录。位图区域中数据点的位置确定了数据点表示的像素。位图比较适合于具有复杂的颜色、灰度等级或形状变化的图像，如照片、绘图和数字化了的视频图像。有些图像原来就是按照位图格式组织的，比如计算机屏幕显示。 9/18/2022111第111页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三BMP图片9/18/2022112第112页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三2PCX格式PCX图像

49、文件最先出现在ZSOFT公司推出的名叫PC Paintbrush的用于绘画的商业软件包中，PCX是最早支持彩色图像的一种文件格式，最高可达24位彩色。PCX采用行程编码方案来对数据进行压缩，占用磁盘空间较少，并具有压缩及全彩色的优点。 9/18/2022113第113页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三法国影星阿佳妮伊莎贝拉一幅PCX文件格式的图像9/18/2022114第114页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3GIF格式（图形交换格式）GIF图像文件格式是最先使用在网络中用于图形数据的在线传输，特别是应用在互联网的网页中。GIF是主要为数据流而

50、设计的一种传输方式，而不只是作为文件的存储格式，它具有顺序的组织形式。GIF分为静态GIF和动画GIF两种，支持透明背景图像，适用于多种操作系统，体型很小，网上很多小动画都是GIF格式。9/18/2022115第115页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三GIF格式图片9/18/2022116第116页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三GIF是将多幅图像保存为一个图像文件，从而形成动画，所以归根到底GIF仍然是图片文件格式。GIF是经过无损压缩的图像文件格式，大多用在网络传输上，速度要比传输其他图像文件格式快得多。GIF最大缺点是最多只能处理256种色

51、彩，故不能用于存储真彩色的图像文件。 9/18/2022117第117页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三4 TIF格式标记图像文件格式TIFF是图像文件格式中最复杂的一种，它是一种多变的图像文件格式，图像格式的存放灵活多变，它的优点是独立于操作系统和文件系统。 9/18/2022118第118页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三存储的图像质量高，但占用的存储空间也非常大，信息较多，有利于原稿阶调与色彩的复制。tiff文件被用来存储一些色彩绚丽、构思奇妙的贴图文件，它将3DS、Macintosh、PhotoShop有机地结合在一起。 9/18/202

52、2119第119页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三Painter绘制的彩粉图(TIF格式)9/18/2022120第120页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三5JPG格式也是应用最广泛的图片格式之一，它采用一种特殊的有损压缩算法，将不易被人眼察觉的图像颜色删除，从而达到较大的压缩比(可达到2:1甚至40:1)。9/18/2022121第121页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三可以用不同的压缩比例对这种文件压缩，其压缩技术十分先进，对图像质量影响不大，因此可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。由于它优异的性能，所以应用非常广

53、泛，而在Internet上，它更是主流图形格式。 9/18/2022122第122页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三JPG格式图片（赫本）9/18/2022123第123页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三JPG格式图片3D作品护花使者欣赏9/18/2022124第124页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三PSD 图像处理软件Photoshop的专用图像格式，图像文件一般较大。其存取速度比其它格式快很多，功能也很强大，支持Alpha通道。9/18/2022125第125页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三

54、PNG是一种新兴的网络图形格式，采用无损压缩的方式，与JPG格式类似,网页中有很多图片都是这种格式，压缩比高于GIF，支持图像透明，可以利用Alpha通道调节图像的透明度。Fireworks的默认格式就是PNG。 9/18/2022126第126页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三PNG格式图片9/18/2022127第127页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三PDF（可移植文档格式）使用称为Adobe Acrobat的程序能够打开PDF文档，进行放大缩小、单击突出显示等操作。PDF是Postscript打印语言的变种，用户只能在屏幕上查看用电子方法

55、产生的文档。9/18/2022128第128页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图形格式图形格式是用图形元素及其属性来描述的。图形元素包括直线、矩形、圆、椭圆及用文本描述的二维或三维物体。支持哪些图元取决于具体的图形软件包，而图形的外观还受到如线型、线宽、颜色这样的图元属性的影响。9/18/2022129第129页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三图形元素及其属性表现的是高层信息，因为图形不是用像素矩阵表示的。在图像处理过程中有时需要将这种高层表现形式还原为低层表现形式即位图。9/18/2022130第130页，共143页，2022年，5月20日，2

56、3点5分，星期三矢量图形及其格式 常用的矢量图格式有WMF、DRW、CDR、DXF、FLI、FLC、CG、EMF等。 DXF 三维模型设计软件AutoCAD的专用格式，文件小，所绘制的图形尺寸、角度等数据十分准确，是建筑设计的首选。CDR 著名的图形设计软件-CorelDRAW的专用格式，属于矢量图像，最大的优点体重很轻，便于再处理。 9/18/2022131第131页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三DWG 是AutoCAD中使用的一种图形文件格式。WMF 是Microsoft Windows中常见的一种图元文件格式，它具有文件短小、图案造型化的特点，整个图形常由各个独

57、立的组成部分拼接而成，但其图形往往较粗糙，并且只能在Microsoft Office中调用编辑。EMF 是由Microsoft公司开发的Windows 32位扩展图元文件格式。其目的是要弥补WMF文件格式的不足，使得图元文件更加易于使用。 9/18/2022132第132页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三3.7 动画和数字视频1.动画的工作原理“视觉留存” ：人类的眼睛具有一种“视觉留存”的生物现象。在观察过物体之后，物体的映象将在人眼的视网膜上保留一短暂的时间。这样，一系列的、每次变化很小、很快的图像会使人们在视觉上产生一种物体在连续运动的错觉。9/18/2022133第133页，共143页，2022年，5月20日，23点5分，星期三2.动画技术动