《图形表示数字》课件

图形表示数字探讨如何利用不同的图形元素来有效地表示数字和数量关系。从基本的数字图表到复杂的数据可视化技术，全面展示如何通过图形设计传达数据信息。课程目标深入理解数字的表示与运算掌握数字的二进制表示,学习二进制加减乘除等基本运算。掌握数字信息的编码方式了解常见的编码方式如ASCII和Unicode,学习数字信息的压缩技术。学习数字图像的基本处理掌握图像的颜色模型、旋转缩放、亮度对比度调整等基本操作。数字的表示方法1数字系统不同的数字系统有不同的符号和规则2数字编码数字信息通过编码方式在计算机中表示3二进制以0和1两个数字位构成的数字系统数字可以用不同的方式在计算机中表示。最常见的是以二进制形式表示,使用0和1两个数字位来编码。其他如十进制、八进制和十六进制也广泛使用。理解这些数字系统及其编码方式是理解计算机原理的基础。数字的二进制表示1二进制基础二进制是计算机内部使用的数字表示方式，只有0和1两个符号。它简单且易于机器处理。2数值编码使用不同位数的二进制数可以编码出不同范围的数值。如8位二进制可以表示0到255之间的整数。3小数表示二进制小数可以表示小数部分，结合整数部分就可以表示任意实数。小数部分用小数点后的二进制位表示。二进制数的运算二进制加法两个二进制数逐位相加,不进位时为0,进位时为1。可用表格或列式计算。二进制减法从高位到低位依次进行减法运算,借位时向高位"借"1,即1变为-1。二进制乘法将一个二进制数与另一个二进制数每一位相乘,然后将结果对齐相加。二进制除法先计算商,然后计算余数。商是被除数和除数相除的结果,余数是被除数减去商与除数的乘积。二进制加法1逐位相加从最低位开始，每一位二进制数字都进行逐位相加。2处理进位如果某一位相加产生进位，则将进位值添加到下一位。3得到结果将所有位相加的结果组合起来，即得到最终的二进制和。二进制加法与十进制加法的原理类似，主要区别在于运算时只使用0和1这两个数字。通过逐步的位运算和进位处理，可以快速得到两个二进制数的和。二进制减法1对齐位置将被减数和减数对齐，从最低位开始逐位相减。2借位处理如果当前位的被减数小于减数，则需要从高位借位。3结果输出每一位相减的结果构成最终的二进制差。二进制减法的过程与十进制减法类似。首先需要将被减数和减数对齐，从最低位开始逐位相减。如果当前位的被减数小于减数，则需要从高位借位。最终每一位相减的结果即为二进制差。二进制乘法按位乘法将两个二进制数的每一位逐个相乘,得到部分积。对齐部分积将部分积按相应的位数对齐,并逐个相加。得到最终结果将所有部分积相加,即得到两个二进制数的乘积。二进制除法1分子与分母二进制除法的过程是将被除数(分子)逐位与除数(分母)比较并获得商和余数。2逐位判断从最高位开始,依次判断被除数的每一位是否能被除数整除,并记录商。3余数处理若有余数,则将余数拼接到下一位商的后面,直至被除数为0或达到所需精度。数制转换1十进制基于10个数字(0-9)的常见数字系统2二进制使用2个数字(0和1)表示的数字系统3八进制使用8个数字(0-7)表示的数字系统4十六进制使用16个数字(0-9,A-F)表示的数字系统不同数制之间需要进行转换,以满足计算机内部二进制运算和人类阅读习惯的需求。掌握数制转换方法是理解和应用数字信息处理的基础。十进制与二进制的转换1十进制转二进制通过除2取余的方法进行转换2二进制转十进制位权相加的方法进行转换3小数的转换先转换整数部分，再转换小数部分十进制是我们日常使用的数字表示方法,但在计算机系统中,二进制是更基础和重要的数字表示方式。掌握十进制和二进制之间的转换是理解计算机工作原理的关键。这包括通过除2取余法将十进制转换为二进制,以及通过位权相加法将二进制转换为十进制。对于小数的转换,需要分别处理整数部分和小数部分。八进制与二进制的转换1八进制数的二进制表示每个八进制数字可以用3位二进制数表示。例如，八进制数"5"可以表示为二进制数"101"。2二进制数的八进制表示将二进制数划分为3位一组，每组转换为对应的八进制数字。例如，二进制数"10010101"可以表示为八进制数"225"。3八进制与二进制的相互转换通过上述方法，可以轻松地在八进制和二进制之间进行相互转换，更好地理解和处理数字信息。十六进制与二进制的转换1十六进制转二进制每个十六进制位对应4个二进制位2逐位转换逐个将十六进制位转换为对应的二进制3数值对应0~9对应0000~1001,A~F对应1010~1111十六进制是一种广泛使用的数字表示法,可以更简洁地表示二进制数。通过逐位转换,将每个十六进制位转换为对应的4位二进制数,就可以实现十六进制与二进制之间的转换。这种转换方式简单实用,在计算机系统中广泛应用。数字信息的压缩编码1无损压缩编码无损压缩可以在不损失任何数据的情况下减小文件大小，适用于需要完整保留原始数据的场景。2有损压缩编码有损压缩通过舍弃一些不重要的数据来大幅减小文件体积，适用于可以接受少量失真的场景。3常见的压缩算法Huffman编码、LZW算法、JPEG算法等都是常见的数字信息压缩技术。无损压缩编码保留原有信息无损压缩技术能够在缩小文件大小的同时完整地保留原有数据信息,不会出现任何质量损失。广泛应用领域无损压缩适用于文档、图像、音频等多种类型的数字内容,在数据传输和存储中发挥重要作用。常见编码算法Huffman编码、算术编码和LZW编码是几种常见的无损压缩算法,它们采用不同的压缩策略。压缩效率较高无损压缩通常能将文件大小减小30%至50%左右,而不会影响原始数据的完整性。有损压缩编码质量损失有损压缩通过牺牲部分原始数据质量来达到更高的压缩率，这种方法适用于对细节要求不太高的媒体文件。适用范围常见的有损压缩编码包括JPEG、MP3等,它们广泛应用于图像、音频等多媒体领域。技术特点有损压缩利用人类感知系统的局限性,去除一些不易被感知的细节信息,从而大幅缩减文件体积。常见的数字编码方式二进制编码使用0和1两个数字对信息进行编码，是计算机存储和处理数字信息的基础。ASCII编码用7比特编码英文字母、数字和一些常用符号，是最广泛使用的文本编码方式。Unicode编码能表示世界上大多数语言的字符,是当前最广泛使用的字符编码标准。图像编码采用各种压缩算法对图像信息进行编码,以减小文件大小并保持高质量。ASCII编码1起源ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)编码是由美国标准协会在1963年制定的字符编码标准。2编码范围ASCII编码共定义了128个字符,包括大小写英文字母、数字、标点符号和一些控制字符。3编码规则每个字符用一个8位二进制数表示,范围从00000000到01111111。4应用广泛ASCII编码被广泛应用于文本处理、通信等领域,为计算机系统间的信息交换奠定了基础。Unicode编码统一编码标准Unicode是一种覆盖世界各种语言文字的统一的数字编码标准,旨在为所有语言提供一个统一且标准化的编码平台。字符编码Unicode用于表示和操作世界上所有的文字和符号,每个字符都有一个独特的编码。这使其成为互联网和计算机系统中的通用编码方式。多语言支持与传统的编码方式相比,Unicode拥有广泛的语言支持,可以支持各种国家和地区的文字,为跨语言应用程序开发提供了坚实的基础。图像的数字表示数字图像是由像素组成的二维矩阵。每个像素都有自己的颜色信息,用数字来表示。这种数字化的表示方式不仅方便存储和处理,也为图像处理和编辑技术的发展奠定了基础。数字图像可以进行各种操作,如旋转、缩放、裁剪等,并且可以应用各种滤镜效果,极大地丰富了图像表现形式。数字图像技术的不断进步,为图像处理和编辑带来了新的可能。图像的颜色模型RGB颜色模型RGB颜色模型基于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三原色的组合,通过调节这三种色彩的比例和亮度来表示各种色彩。它是数字图像与显示设备中最常用的色彩模型。CMYK颜色模型CMYK颜色模型用于印刷工业,通过青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(K)四种色彩的组合来表示各种色彩。它能够更好地再现印刷品中的实际颜色。HSV/HSB颜色模型HSV/HSB颜色模型基于人类感知色彩的直观特性,包括色调(H)、饱和度(S)和亮度(V/B),能够更好地反映人类对颜色的感受。它在图形图像编辑等领域广泛应用。RGB颜色模型三原色RGB颜色模型使用红色(Red)、绿色(Green)和蓝色(Blue)三种基本色彩来表示任何可见色。通过调整这三种颜色的浓度，可以生成无数种不同的颜色。数字化表示在数字图像中,每个像素的颜色都由R、G、B三原色的数值组成,通常采用8位二进制数表示,取值范围为0-255。应用广泛RGB颜色模型广泛应用于计算机显示器、手机屏幕、数码相机等电子设备,是最常用的颜色表示方式之一。CMYK颜色模型特点CMYK是一种用于印刷业的加色模型,由青色(Cyan)、品红(Magenta)、黄色(Yellow)和黑色(Key)四种基色组成。应用场景CMYK模型主要应用于印刷领域,如报纸、杂志、书籍等纸质媒体。它可以通过不同比例的四种基色混合,再现出各种色彩。工作原理CMYK模型通过吸收和反射光线的方式生成颜色。每种基色都会吸收一部分光线,从而形成新的颜色。优缺点CMYK模型色域较小,但成本较低,适合大批量印刷。而RGB模型色域更广,适合数字显示。两种模型各有优势。图像的基本操作加载图像可以从本地文件或互联网上加载图像数据,以便进行后续的图像处理操作。图像格式转换可以将图像从一种格式转换为另一种格式,如从JPEG转换为PNG,以适应不同的应用场景。像素操作可以对图像的单个像素进行读取、修改和存储,实现图像的各种基本处理。图像区域操作可以选择图像的某个区域进行裁剪、缩放或其他处理,而不影响整个图像。图像的旋转和翻转1图像旋转顺时针或逆时针旋转图像2垂直翻转沿水平中轴翻转图像3水平翻转沿垂直中轴翻转图像在图像处理中,旋转和翻转是常见的操作。旋转可以将图像按照指定角度进行顺时针或逆时针的旋转。垂直和水平翻转则可以实现图像的镜像效果,常用于调整图像的方向或者创建特殊效果。这些基础的图像变换操作为后续的更复杂的图像编辑奠定了基础。图像的缩放和裁剪1放大增加图像尺寸2缩小减少图像尺寸3裁剪移除图像的部分区域通过放大、缩小和裁剪等操作,我们能够调整图像的大小和形状,以满足不同的需求。放大能增加图像的细节,而缩小则可用于压缩文件大小。裁剪则可用于移除不必要的区域,突出图像的重点。这些基本的图像编辑技能对于各种图形图像处理非常重要。图像的亮度和对比度调整1调整亮度通过增加或减少图像整体的光线强度,可以调节图像的亮度,让图像看起来更加明亮或阴暗。2调整对比度通过拉大图像中最亮和最暗区域之间的差异,可以增强图像的对比度,让图像的细节更加突出。3均衡处理适当调整亮度和对比度可以令图像更加均匀自然,避免过度明亮或阴暗的情况。图像的锐化和模糊处理锐化锐化可以增强图像边缘的清晰度,突出细节,提高整体清晰度。常用方法包括对比度增强和高通滤波。模糊模糊可以降低噪点,达到平滑和去噪的效果。常用方法包括高斯模糊和均值模糊。应用场景锐化广泛应用于摄影、医学成像等领域,提高细节清晰度。模糊在美化肖像、去噪等方面都有用武之地。总结与展望数字化转型展望未来数字技术将持续推动社会变