多媒体技术应用教程之图形图像处理技术

多媒体技术应用教程陈永强，张聪主编胡兵，崔树芹，苏勇参编电子工业出版社2011.8第三章图形图像处理技术3.1图形图像基本原理

3.1.1人类视觉特性

3.1.2计算机图形

3.1.3数字图像3.2常用图像压缩标准

3.2.1JPEG

3.2.2JPEG20003.3常用图形图像处理软件

3.3.1绘图设计软件AutoCAD

3.3.2图像处理软件Photoshop3.4图形图像处理实验

3.4.1AutoCAD实验

3.4.2Photoshop实验2第三章图形图像处理技术3.1图形图像基本原理3.1.1人类视觉特性3.1.2计算机图形3.1.3数字图像3计算机图形学、图像处理是计算机理论与应用领域的2个分支学科，其相关技术已经在各行各业中得到了广泛的应用。图形图像处理指的是使用图形图像输入/输出设备、图形图像算法与软件在计算机上处理和生成静态或动态的图形图像。

43.1.1人类视觉特性眼睛对光的感觉被称为光觉，对颜色的感觉被称为色觉，它们是眼睛的基本特性。1．光觉2．色觉

53.1.1人类视觉特性1．光觉视觉系统要产生光感觉，就需要有一定量的光进入眼球，我们把产生光觉的最小亮度称为光觉门限或光觉阈。光觉门限与刺激面积有密切关系，这种关系可以使用里克（Ricco）定理和里波（Riper）定理来描述。63.1.1人类视觉特性2．色觉人们对色觉的普遍认识是：光线波长的不同而产生了不同的颜色感觉。色觉是视觉系统的基本机能，对于图像和物体的检测具有重要意义。对人眼而言，可见光线的波长在380～780mμ范围内，一般可分辨出包括紫、蓝、青、绿、黄、橙、红等7种主要颜色在内的120～180种不同的颜色。目前，一般采用“三原色学说”来解释色觉机理。

73.1.2计算机图形1．计算机图形学2．计算机图形与图形基元3．计算机图形的表示特点

83.1.2计算机图形1．计算机图形学计算机图形学是研究图形处理技术（利用计算机来处理图形）的学科，包括图形处理的原理、方法和技术等内容。（1）主要研究内容：图形的生成和表示技术；图形的运算方法；图形输入/输出设备及相应的输入/输出技术；图形系统与支持部件；图形信息的描述和表示；几何模型的构造技术与动画技术；图形的实时性与真实感。（2）主要应用领域：科学计算可视化；图形用户界面；计算机辅助设计；娱乐与计算机动画；图形实时绘制与自然景物仿真；计算机艺术。

93.1.2计算算机图形2．计算机图形形与图形基元元计算机图形是一个广义的的概念，它既既包括了描述述图形，也包包括了自然图图形。从构成图形的的要素来看，，图形是由点、线、面面、体等几何何要素以及明明暗、灰度、、色彩等非几几何要素构成的。可以这样来描描述计算机图形：它是从客观观世界的物体体中抽象出来来的、具有灰灰度或色彩以以及具有形状状的图或形。。事实上，这这样的定义也也涵盖了“图图像”这一概概念。103.1.2计算算机图形2．计算机图形形与图形基元元图形基元指的是最基本本的图形元素素。在计算机机图形学中，，它实际上包包括两层含义义，即静态含含义和动态含含义。静态含义指的是图形基基元的逻辑意意义，即前面面所述的基本本图形单元在在计算机内的的表示；动态含义指的是显示输输出图形基元元的过程（被被称为输出基基元或图形输输出原语），，即在输出设设备的指定位位置使用最基基本的输出原原语来生成确确定的图形几几何结构。113.1.2计算算机图形3．计算机图形形的表示特点点在图形系统中中，计算机图图形是以指令的形式来存放放的。计算机通过指令和数学公式来建立矢量的的计算机图形形。123.1.2计算算机图形3．计算机图形形的表示特点点矢量图形式表表示的计算机机图形特点：：（1）图形缩放不不变形（2）局部编辑特特性（3）存储空间小小13图3-1一幅计算机图图形3.1.3数字字图像根据记录方式式的不同，图图像可以分为为两大类：模拟图像和数字图像，前者通过某某种物理量（（如光和电））的强弱变化化来记录图像像上各点的灰灰度信息，后后者则是使用用数字来记录录图像灰度信信息的。数字图图像是一种种可以以在计计算机机中显显示、、编辑辑、保保存和和输出出的图图像。。3.1.3数数字图图像1．数字字图像像处理理2．灰度度与图图像数数据的的表示示3．位图图图像像的表表示特特点4．矢量量图与与位图图文件件的对对比3.1.3数数字图图像1．数字字图像像处理理（1）主要研研究内内容：图像像信息息的获获取、、存储储、传传输、、处处理、、输出出与显显示。。（2）典型的的应用用领域域：遥感感图像像处理理、医医学应应用、、图像像通信信领域域、安安全保保障领领域、、教学学与科科研领领域。。3.1.3数数字图图像2．灰度度与图图像数数据的的表示示灰度是指图图像上上各点点处的的颜色色深浅浅程度度的信信息。。对于单色黑黑白图图像来说，，灰度度即是是黑白白程度度等级级；对于彩色图图像来说，，因为为任何何彩色色图像像都可可以分分解成成红、、绿、、蓝三三种单单色图图像，，所以以彩色色图像像的灰灰度指指的是是这三三种单单色图图像的的灰度度。3.1.3数数字图图像2．灰度度与图图像数数据的的表示示数字图图像在在计算算机上上是以以位图的形式式存在在的，，位图是一个个矩形形点阵阵，上上面的的每一一个点点被称称为像像素。。像素是数字字图像像中的的基本本单位位，一一幅m×n大小的的图像像由m×n个明暗暗不等等的像像素组组成。。实际际上，，像素素所具具有的的明暗暗程度度就是是由灰灰度值值(GrayLevel)来标识识的。。3.1.3数数字图图像3．位图图图像像的表表示特特点位图图图像适适合表表现具具有细细致层层次和和丰富富色彩彩等特特点的的图像像。。位图图图像文文件较较大，，需消消耗大大量的的存储储空间间。位图图图像的的编辑辑也比比较困困难。。位图图图像缺缺乏灵灵活性性。。3.1.3数数字图图像4．矢量量图与与位图图文件件的对对比图形图图像文文件大大致上上可以以分为为两大大类：：一类类为位图（（又称称光栅栅或像像素图图）文文件；另一一类称称为描绘类类、矢矢量类类或面面向对对象图图形图图像文文件。前者者以点点阵形形式描描述图图形图图像，，后者者是以以数学学方法法描述述的一一种由由几何何元素素组成成的图图形图图像。。3.1.3数数字图图像4．矢量量图与与位图图文件件的对对比类别矢量图位图表示原理用数学方法描述通过采样、量化等步骤文件大小体积小体积大灵活性旋转、放大、缩小、倾斜等变换操作容易，且不变形、不失真操作不容易，易变形、失真色彩单一缺乏变化丰富逼真适用类型简单的几何图形较复杂的图像（如照片）表3-13.1.3数数字图图像4．矢量量图与与位图图文件件的对对比（1）位位图图文文件件的的常常见见格格式式：：PCX、TIFF、TGA、BMP、GIF、JPEG、PNG。（2）矢矢量量图图文文件件的的常常见见格格式式：：WMF、EMF、EPS、DXF、SWF。第三三章章图图形形图图像像处处理理技技术术3.2常常用用图图像像压压缩缩标标准准3.2.1JPEG3.2.2JPEG2000对于于静静止止的的图图像像，，已已有有多多个个国国际际标标准准。。ISO制定定了了JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)和JBIG（JoinBilevelImageGroup）标准准，，ITU制定定了了G3、G4等标标准准。。在这这些些标标准准中中，，JPEG标准准及及其其下下一一代代的的JPEG2000标准准运运用用的的最最为为广广泛泛。。3.2.1JPEGJPEG是关关于于静静止止图图像像编编码码的的联联合合专专家家组组名名称称的的缩缩写写。。该该专专家家组组的的任任务务是是开开发发一一种种用用于于连续续色色调调的（（黑黑白白的的或或真真彩彩色色的的））静止止图图像像压压缩缩编编码码的通通用用算算法法的的国国际际标标准准。。JPEG标准准可用用于于自自然然景景象象或或任任何何连连续续色色调调图图像像的的数数字字数数据据的的压压缩缩编编码码和和解解码码。。3.2.1JPEG1．工工作作方方式式2．编编码码算算法法3．压压缩缩效效果果3.2.1JPEG1．工工作作方方式式（1）顺序序方方式式：图图像像被被分分割割为为成成行行成成列列的的小小块块，，编编码码时时由由左左而而右右、、由由上上而而下下地地逐逐行行逐逐列列对对每每个个小小块块进进行行运运算算，，直直到到所所有有小小块块都都被被编编码码为为止止。。（2）渐进方方式：整个个图像像首先先以一一种低低于最最终质质量要要求的的质量量标准准（如如分辨辨率或或数据据精度度）进进行编编码，，完成成后再再以较较上次次高一一级的的质量量要求求进行行一次次编码码，仅仅传输输为改改善质质量所所需增增加的的那部部分信信息。。3.2.1JPEG2．编码码算法法JPEG标准规规定了了三种种级别别的编编码算算法：：基本系系统（BaselineSystem）、扩展系系统（ExtendedSystem）和无失真真系统统（LosslessSystem）。JPEG的基本系系统算算法可以归归结为为以下下几个个过程程：①通通过DCT降低图图像数数据的的相关关性。。②利利用人人眼视视觉特特性对对系数数进行行自适适应量量化。。③对对每个个子块块量化化后的的系数数矩阵阵进行行z形扫描描，将将系数数矩阵阵变换换成符符号序序列。。④用用哈夫夫曼变变长码码对符符号进进行熵熵编码码。3.2.1JPEG3．压缩缩效果果彩色自自然景景物和和人像像的测测试图图片:压缩到到0.15位/像素时时，图图像可可识别别；压缩到到0.25位/像素时时，解解码后后的图图像可可评价价为““有用用”；；压缩到到约0.75位/像素时时，被被认为为是““极佳佳”；；压缩到到约1.5位/像素时时，基基本上上与原原图像像无法法区别别。3.2.2JPEG20001．新特特性2．基本本框架架和实实现3．核心心算法法4．应用用3.2.2JPEG20001．新特特性高压缩缩率无损压压缩渐进传传输感兴趣趣区域域压缩缩码流的的随机机访问问和处处理容错性性开放的的框架架结构构基于内内容的的描述述3.2.2JPEG20002．基本本框架架和实实现3.2.2JPEG20002．基本本框架架和实实现整个JPEG2000的编码过过程可概括括：①把把原图图像分分解成成各个个成分（亮度度信号号和色色度信信号））。②把把图像像和它它的各各个成成分分分解成成矩形图图像片片。图像像片是是原始始图像像和重重建图图像的的基本本处理理单元元。③对对每个个图像像片实实施小波变变换。④对对分解解后的的小波波系数数进行行量化并组成成矩形形的编编码块块。⑤对对在编编码块块中的的系数数“位位平面面”熵编码码。⑥为为使码码流具具有容容错性性，在在码流流中添添加相相应的的标识识符。。⑦可可选的的文件件格式式用来来描述述图像像和它它的各各个成成分的的意义义。3.2.2JPEG20003．核心心算法法（1）小波波变换换（2）量化化（3）熵编编码3.2.2JPEG20004．应用用JPEG2000的应用用领域域可概概略分分成两两部分分：一是传统JPEG的市场场，如打打印机机、扫扫描仪仪、数数码相相机等等；再一个个就是是新兴应应用领领域，如网网络传传输、、无线线通信信、数数字图图书馆馆、医医疗图图像等等。对对JPEG2000热情最最大的的是数数码相相机厂厂商。。第三章章图图形图图像处处理技技术3.3常常用图图形图图像处处理软软件3.3.1绘绘图设设计软软件AutoCAD3.3.2图图像处处理软软件Photoshop图形图图像处处理软软件一一般具具有扫扫描输输入、、图形形图像像编辑辑、打打印输输出及及文件件管理理等功功能，，实际际上是是一个个集各各种运运算方方法于于一体体的操操作平平台，，经过过各种种复杂杂的运运算，，以实实现图图形图图像数数据的的读写写、处处理、、变换换和压压缩保保存等等。3.3.1绘绘图设设计软软件AutoCADAutoCAD是由美美国Autodesk公司开开发的的一个个通用用交互互式绘绘图与与设计计软件件，是是用于于二维维及三三维设设计、、绘图图的系系统工工具，，用户户可以以使用用它来来创建建、浏浏览、、管理理、打打印、、输出出、共共享设设计图图形，，具有有易于于掌握握，使使用方方便，，体系系结构构开放放等特特点。2009年3月，Autodesk公司推推出AutoCAD2010简体中中文版版。3.3.1绘绘图设设计软软件AutoCAD1．功能能介绍绍2．编辑辑环境境3．基本本操作作3.3.1绘绘图设设计软软件AutoCAD1．功能能介绍绍1）绘图图功能能2）编辑辑功能能3）设置置功能能4）辅助助功能能5）文件件管理理功能能6）三维维功能能7）数据据库的的管理理与连连接8）开放放式体体系结结构3.3.1绘绘图设设计软软件AutoCAD2．编辑环境境AutoCAD2010简体中文版版提供了二二维草图与与注释、三三维建模和和AutoCAD经典三种工工作空间模模式。图3-3二维草图与与注释空间间图3-4三维建模空空间图3-5AutoCAD经典工作空空间3.3.1绘绘图设计软软件AutoCAD3．基本操作作（1）安装与启启动AutoCAD2010（2）选择工作作空间（3）AutoCAD命令（4）图形文件件管理（5）确定点（6）绘图基本本设置（7）绘制与编编辑二维图图形（8）绘制与编编辑三维图图形（9）帮助3.3.2图图像处理软软件PhotoshopPhotoshop是Adobe公司最为出出名的图像像处理软件件之一，集集图像创作作、图像修修饰、图形形编辑、彩彩色绘图、、网页制作作等于一体体，在图形形图像处理理领域拥有有毋庸置疑疑的地位。。PhotoshopCS4（CS就是CreativeSuite的意思）于于2008年9月23日正式发行行。3.3.2图图像处理软软件Photoshop1．功能介绍绍2．编辑环境境3．基本操作作3.3.2图图像处理软软件Photoshop1．功能介绍绍图像编辑图像合成校色调色特效制作3.3.2图图像处理软软件Photoshop2．编辑环境境3.3.2图图像处理软软件Photoshop3．基本操作作（1）基本概念念与基本知知识（2）文件操作作（3）控制页面面显示（4）标尺、网网格和参考考线（5）图像的基基本操作（6）图像的色色彩处理第三章图图形图像处处理技术3.4图形图图像处理实实验3.4.1AutoCAD实验3.4.2Photoshop实验3.4.1AutoCAD实验1．实验目的的掌握通用图图形软件AutoCAD的使用，熟熟悉AutoCAD2010经典工作空空间的主界界面、工具具栏及命令令窗口的操操作，能基基本学会使使用该软件件进行工程程制图。2．实验内容容主要应用了了工具栏中中的画线、、平移等操操作，还应应用了相关关的命令窗窗口操作。。希望通过过此例，读读者能够掌掌握一些基基础绘图命命令和操作作。3.4.2Photoshop实验1．实验目的的了解图像的的基本概念念，熟悉PhotoshopCS4简体中文版版的主界面面和基本操操作方法，，掌握各种种工具的使使用，掌握握图层的应应用技巧，，掌握路径径的操作、、图章和魔魔棒的应用用，基本具具备应用Photoshop软件创作设设计艺术作作品的能力力。2．实验内容容首先使用钢钢笔工具获获取应用图图像，然后后对获取到到的图像进进行适当的的组合，最最后使用““曲线”命命令对整幅幅图像进行行调整，以以实现最终终效果。谢谢1月-2320:38:3020:3820:381月-231月-2320:3820:3820:38:301月-231月-2320:38:302023/1/520:38:309、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。20:38:3020:38:3020:381/5/20238:38:30PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。1月-2320:38:3020:38Jan-2305-Jan-2312、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。20:38:3020:38:3020:38Thursday,January5,202313、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。1月-231月-2320:38:3020:38:30January5,202314、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。05一一月月20238:38:30下下午午20:38:301月月-2315、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。一月238:38下午午1月-2320:38January5,202316、行动出成果果，工作出财财富。。2023/1/520:38:3020:38:3005January202317、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。8:38:30下下午午8:38下下午午20:38:301月月-239、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。20:38:3020:38:3020:381/5/20238:38:30PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。1月月-2320:38:3120:38Jan-2305-Jan-2312、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。20:38:3120:38:3120:38Thursday,January5,202313、不知香积积寺，数里里入云峰。。。1月-231月-2320:38:3120:38:31January5,2023