多媒体技术与信息处理课件-第05章图形图像信息处理技术

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第1页/共101页本章主要内容5.1颜色的基本知识5.2位图图像与矢量图形5.3图像的数字化过程5.4数字图像处理5.5数字图像分析5.6图形图像文件5.7图形图像处理软件主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第2页/共101页5.1颜色的基本知识

5.1.1颜色的基本概念1、颜色的三要素色相：颜色的相貌，人眼看一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，反映颜色的种类。如红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）等。饱和度：是指颜色的鲜艳程度或纯度。亮度：人眼感觉到的颜色明暗程度，与光的反射率相对应。最亮为白色，最暗为黑色。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第3页/共101页2、三基色和混色

1）三基色原理2）混色（三基色光按不同比例相加可产生混色光）

红色+绿色=黄色红色+蓝色=紫色（也称品红）

绿色+蓝色=青色红色+绿色+蓝色=白色黄色、紫色和青色分别为红、绿、蓝三色的补色。各种彩色光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色光按不同比例相配而成；绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。红蓝绿白黄青紫主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第4页/共101页

1）混色原理属于“加性”颜色形成方法，计算机显示器就是采用这种原理产生颜色的。在显示器屏幕的背面涂满了能发出不同色光（红、绿、蓝）的化学物点，当电子束扫描到这些点时，它们就会发光。电子束按逐行扫描方式对屏幕上的所有点进行扫描，扫描一遍就会形成一帧彩色图像。

2）对于非专业应用来说，色调和色相的概念较难区分。有关颜色基本概念可参考相关专业资料，或访问“配色手册网站”，网址是：

/peise/1/pkvs01_1001.htm特别提示：主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第5页/共101页5.1.2计算机中的颜色模式图5-2PhotoShop中的四种颜色模式图示LAB模式HSB模式RGB模式CMYK模式

颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色的一组规则。利用不同的规则，可形成不同的颜色模式。在多媒体计算机的图像处理过程中，通常使用RGB、HSB、Lab、CMYK等多种颜色模式。下图是Photoshop软件中常用的四种彩色模式的表示与调整方法。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第6页/共101页1、RGB颜色模式

所谓RGB颜色模式，就是用红（R）、绿（G）、蓝（B）三种基本颜色来表示任意彩色光。根据三基色原理，在RGB颜色模式中，任意彩色光F的配色方程可写成：

F=r[R]+g[G]+b[B]

其中r、g、b分别代表对应色的比例系数，r[R]、g[G]、b[B]分别代表F色光的红绿蓝三色分量。

在MPC中，使用最多的是RGB颜色模式，因为MPC彩色监视器的输入需要RGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在屏幕上合成所需的任意颜色。所以显示输出一定要转换成RGB颜色模式。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第7页/共101页2、HSB颜色模式

HSB颜色模式实际上是依据人眼的视觉特征，用颜色的三要素色相、饱和度、亮度来描述颜色的基本特征，如图5-3。图5-3HSB彩色模式图示H：色相S：饱和度B：亮度D：所有色相

SBDH色相：就是颜色。在0到360度的标准色轮上，按位置度量色相。平时把色相用颜色名称标识，如红色、橙色等。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第8页/共101页饱和度：是指颜色的强度或纯度，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）的百分比来度量。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。亮度：是颜色的相对明暗程度，通常使用从0%（黑色）至100%（白色）的百分比来度量。

在图像处理和计算机视觉中大量算法都基于HSB颜色模式，只要对亮度信号操作就可获得良好效果。因此，利用HSB颜色模式中可以大大简化图像分析和处理的工作量。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第9页/共101页3、CMY颜色模式

CMY颜色模式是采用青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。它通过颜料未吸收而反射出来的光线来判断颜色的，其原理称为“减色”原理。因为所有的颜料都加入后才能成为纯黑，当颜料减少时才开始出现色彩，颜料全部除去后才成为白色。虽然理论上利用CMY三基色混合可以制作出所需要的各种色彩，但实际上同量的CMY混合后并不能产生完善的黑色或灰色，因此在印刷时必须加上一个黑色（Black），由于字母B已经用来表示蓝色，因此黑色选用单词Black的最后一个字母“K”来表示，这样又称为CMYK颜色模式。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第10页/共101页

四色印刷是依据CMYK彩色模式表示原理发展而来的，所以，彩色打印和彩色印刷都是采用CMYK彩色模式实现彩色输出的。因此，当要将MPC上的显示图像通过彩色打印机输出时，系统会自动将RGB彩色模式转换为CMYK彩色模式表示。从理论上讲，RGB与CMY彩色模式是互补的，可以互相转换，但实际上因为发射光与反射光的性质完全不同，显示器上看到的颜色不可能精确地在打印机上复制出来，因此同一彩色图像的显示与打印颜色会有细微差别。

特别提示：主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第11页/共101页4、Lab颜色模式

Lab颜色模式分别用亮度或光亮度分量(L)和两个色度分量（a、b）来表示颜色，a分量表示从绿到红，b分量表示从蓝到黄，如图5-4所示。具体取值范围是：L在0到100之间，a和b都在-128～+127之间。

Lab颜色模式可以表示的颜色最多，颜色更为明亮且与光线和设备无关,不管使用什么设备（如显示器、打印机、计算机或扫描仪）创建或输出图象，这种颜色模型产生的颜色都保持一致。亮度L=100（白）亮度L=0（黑）a分量b分量图5-4Lab彩色模式图示主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第12页/共101页5、Photoshop中的其他几种颜色模式

1）索引模式索引模式最多使用256种颜色，当图像被转换为索引模式时，通常会构建一个调色板存放并索引图像中的颜色。

2）灰度模式

灰度模式最多使用256级灰度来表现图像，图像中的每个像素有一个0（黑色）到255（白色）之间的亮度值，如图5-5上半部所示。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（0%表示白色，100%表示黑色）。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第13页/共101页3）位图模式

位图模式只有黑色与白色两种颜色，每个像素用1位二进制数表示，“0”表示黑色，“1”表示白色。位图模式主要用于早期不能识别颜色和灰度的设备。如果需要表示灰度，则需要通过点的抖动来模拟（如图5-5下半部所示）。位图模式通常用于文字识别，如果扫描需要使用OCR（光学文字识别）技术识别的图像文件，须将图像转化为位图模式。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第14页/共101页5.1.3颜色模式的色域

色域是一个色系能够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。Lab具有最宽的色域，它包括RGB和CMYK色域中的所有颜色。CMYK色域较窄，仅包含使用印刷色油墨能够打印的颜色。RGB色域包含能在计算机显示器或电视屏幕（发出红、绿和蓝光）上所有能显示的颜色。因而一些诸如纯青或纯黄等颜色不能在显示器上精确显示。图5-6彩色模式的色域主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第15页/共101页5.2位图图像与矢量图形

5.2.1位图图像

位图是用矩阵形式表示的一种数字图像，矩阵中的元素称为像素，每一个像素对应图像中的一个点，像素的值对应该点的灰度等级或颜色，所有像素的矩阵排列构成了整幅图像。图5-7给出了二值图像抖动技术显示的位图和对应的灰度位图。(a)位图像素模拟(b)灰度位图图像示例图5-7位图图像举例主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第16页/共101页

图像文件保存的是组成位图的各像素点的颜色信息，颜色的种类越多，图像文件越大。在将图像文件放大、缩小和旋转时，会产生失真。

位图图像的放大与缩小是通过增加或减少像素实现的，当放大位图时，就可看见构成整个图像的无数个小方块，线条和形状也显得参差不齐。同样，缩小位图尺寸也会使原图变形。由于位图图像是一个像素矩阵，所以局部移动或其他操作就会破坏原图形状，但这也是数字位图处理的途径所在。位图图像的处理质量与整个处理环节所采用的分辨率密切相关。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第17页/共101页5.2.2矢量图形(b)矢量图形举例三(a)矢量图形举例一(a)矢量图形举例二

由矢量定义的基本图形元素组成。按照面向对象的思想，可以把矢量图元看作一个个图形对象，每个对象都有自己的属性。都具有相对独立性，可以分别移动或编辑而不会影响其他对象。因此，矢量图形处理的基本单位是图形对象。矢量图形文件存储的是绘制图形中各图元的命令。输出矢量图时，需要相应的软件读取这些命令，并将命令转换为组成图形的各个图元。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第18页/共101页5.2.3图形图像处理的基本内容

矢量图形处理是计算机信息处理的一个重要分支，被称为计算机图形学，主要研究二维和三维空间图形的矢量表示、生成、处理、输出等内容。具体来说，就是利用计算机系统对点、线、面、曲面等数学模型进行存放、修改、处理（包括几何变换、曲线拟合、曲面拟合、纹理产生与着色等）和显示等操作，通过几何属性表现物体和场景。

图像处理是指对位图图像所进行的数字化处理、压缩、存储和传输等内容，具体的处理技术包括图像变换、图像增强、图像分割、图像理解、图像识别等。处理过程中，图像以位图方式存储和传输，而且需要通过适当的数据压缩方法来减少数据量，图像输出时再通过解压缩方法还原图像。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第19页/共101页5.2.4位图与矢量图的比较与转换

1、位图和矢量图的不同：

①矢量图形处理的基本单位是几何图形对象，文件中存储的是对应的绘制命令和参数，矢量图形文件的数据量很小，能方便的对每个图像元素方便的进行编辑修改；位图图像处理的基本单位是像素，文件中存储的是像素，因而文件的数据量巨大，存储和传输时需要进行必要的数据压缩，且不便于编辑修改。②矢量图形常用的技术标准有GKS、PHIGS、OpenGL、WMF、VRML、CGM、STEP等。位图图像常用的技术标准有JBIG、JPEG、TIFF等。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第20页/共101页图5-9矢量图与位图的硬转换矢量图位图

2、转换方法

转换方法分为两种：

一种是通过硬件设备实现的转换，如图5-9所示。另一种是通过文件格式的转换。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第21页/共101页5.2.5图像的主要参数

1、分辨率用于衡量图像细节的表现能力。在图形图像处理中，常涉及的分辨率概念有以下几种。

1）图像分辨率：指单位图像线性尺寸中所包含的像素数目，通常以像素／英寸（ppi）为计量单位。图5-10是PhotoShop中图像分辨率与图像尺寸的关系示意图。图像分辨率图像输出尺寸图像像素尺寸图5-10图像分辨率与图像尺寸主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第22页/共101页

2）显示分辨率：指显示器上每单位长度显示的像素或点的数目，通常以点／英寸（dpi）为计量单位。PC显示器典型的分辨率为96dpi。当图像的分辨率高于显示器的分辨率时，图像在屏幕上显示的尺寸比实际的打印尺寸大。人们通常所理解的显示分辨率与所用的显示模式有关，显示模式不同，屏幕纵、横向的像素点个数也就不同，单位长度像素点的数目也就不同。同一图像的显示尺寸会随着分辨率的增大而变小。如图5-11所示。图5-11同一图片在不同分辨率下的显示尺寸低分辨率中分辨率高分辨率主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第23页/共101页

3）打印机分辨率：是指打印机每英寸产生的油墨点数,单位是dpi（dotperinch）指每平方英寸上印刷的网点数。大多数激光打印机的输出分辨率为600dpi，高档的激光照排机在1200dpi以上。需要说明的是，印刷上计算的网点大小（Dot）和计算机屏幕上显示的像素（Pixel）是不同的。

4）扫描分辨率：是指每英寸扫描所得到的点，单位也是dpi。它表示一台扫描仪输入图像的细微程度，数值越大，表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量也越好。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第24页/共101页2、颜色深度位图图像中各像素的颜色信息是用二进制数据来描述的，二进制的位数就是位图图像的颜色深度。颜色深度决定了图像中可以出现的颜色的最大个数。目前，颜色深度有1、4、8、16、24和32几种。当图像的颜色深度≥24时，则称这种表示为真彩色。3、颜色模式图像处理方式与所用的颜色模式（彩色空间）有关。一幅图像常用的颜色模式有灰度、RGB、HSL、CMYK、LAB等。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第25页/共101页4、图像尺寸图像尺寸分为像素尺寸和输出尺寸两种。图像的像素尺寸是指数字化图像像素的多少，用横向与纵向像素的乘积来表示。描述一幅图像时，这两个参数都要用到。

图像的输出尺寸则是指在给定的输出分辨率下图像输出的大小。图像输出尺寸的大小与输出分辨率有直接的关系。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第26页/共101页5、图像的数据量数据量的大小与分辨率、颜色深度有关。设图像垂直方向的像素数为H，水平像素数为W，颜色深度为C位，则一幅图像所拥有的数据量大小B为：B=H

W

C/8（字节）例如，一幅未被压缩的位图图像，如果它的水平像素为320，垂直像素为240，颜色深度为16位，则该幅图像的数据量为：320

240

16/8=153600字节=150K字节。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第27页/共101页5.3图像的数字化过程

实际上就是对连续图像f（x,y）进行空间和颜色离散化的过程，主要经过采样、量化、压缩编码三个步骤。

被分割的图像若水平方向有M个间隔，垂直方向上有N个间隔，则一幅图像画面就被采样成MxN个像素点构成的离散像素的集合（如图5-12），MxN表示采样图像的像素尺寸。5.3.1采样将二维空间上连续的灰度或色彩信息转化为一系列有限的离散数值的过程。

具体方法是对图像在水平方向和垂直方向上等间隔地分割成矩形网状结构。所形成的矩形微小区域，称之为像素点。图5-12图像的采样MN

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第28页/共101页5.3.2量化量化是对采样得到的灰度或者颜色样本进行离散化的过程。基本思想是将图像采样后的灰度或颜色样本值划分为有限多个区域，把落入某区域中的所有样本用同一值表示，用有限的离散数值来代替无限的连续模拟量，从而实现样本信息的离散化。量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量化的色彩（或亮度）值所需的二进制位数，称为量化字长。一般可用8位、16位、24位或更高的量化字长来表示图像的颜色。量化字长越大，则越能真实地反映原有图像的颜色。但得到的数字图像的数据量也越大。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第29页/共101页5.3.3压缩编码

数字化得到的图像数据量巨大，必须采用编码技术来压缩信息。目前，已有许多成熟的编码算法应用于静止图像的压缩，压缩比大约在30:1以上。为了使图像压缩标准化，国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合组成的图象专家小组，制定了名为JPEG的图像压缩标准。详细内容请参见第七章。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第30页/共101页5.4数字图像处理狭义的数字图像处理是指对数字化图像进行滤噪、校畸、增强、复原以及添加其他效果等各种技术处理，产生符合人的视觉心理和应用需求的图像。在多媒体系统中，具体的图像处理技术用不同的处理算法来实现，并以插件、效果滤镜或API的方式呈现，提供不同的图像处理功能。桌面图像处理的主要内容包括图像内容编辑、图像效果处理和添加特殊效果3个环节，其中涉及到各类图像处理工具和相关概念。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第31页/共101页5.4数字图像处理5.4.1图像内容编辑

图像内容编辑主要指通过各种编辑技术实现图像内容的拼接、组合、叠加等，具体编辑技术包括选择、裁剪、旋转、缩放、修改、图层叠加等，还可加入文字、几何图形等。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第32页/共101页5.4数字图像处理5.4.2图像效果处理

图像效果处理是对采集的图像根据需要进行：校畸、滤噪、增强、锐化、复原等技术处理，从而满足不同的处理需求。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第33页/共101页校畸校畸是为了消除图像模糊或畸变而采取的处理技术，旨在改善图像质量。以卫星遥感图像为例，大气层的存在和卫星图像探测器性能的差异会引起图形模糊，对比度下降等；卫星飞行姿态变化及地球形状影响，图像中地物目标的几何位置也会发生畸变。通过图像校正处理，可消除畸变，恢复图像的本来面目。图像校正技术一般在成像设备中使用。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第34页/共101页滤噪滤噪即图像的平滑处理，主要是为了去除实际成像过程中因成像设备和环境所造成的图像失真，如光电转换过程中敏感元件灵敏度的不均匀性、数字化过程的量化噪声、传输过程中的误差以及人为因素等，均会使图像变质，此时可通过滤噪消除图像噪声，恢复原始图像。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第35页/共101页增强图像增强技术旨在变换图像的视觉效果或把图像转换成某种适合于人或计算机分析、处理的形式，有选择的突出某些感兴趣的信息，同时拟制一些不需要的信息，以提高图像的使用价值。例如，通过调整图像的亮度或对比度，可突出图像中的重要细节，满足人的视觉要求或方便图像的其他后续处理。图像增强包含多种具体处理技术，按增强的作用域不同可分为空域增强、频域增强、色彩增强三类。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第36页/共101页锐化锐化也是图像增强技术的一种，它主要是通过加强图像轮廓边缘的处理，形成完整的物体边界，突出边界和细节，从而达到将目标物体从背景图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。复原图像复原则是指从所获得的变质图像中恢复出真实图像的处理，其关键是建立图像变质模型，然后按照其逆过程恢复图像。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第37页/共101页

这些效果处理技术在图像处理软件中组合使用，形成了不同的图像处理功能，下图是Photoshop中可用于图像质量调整和效果处理的常用功能。图5-13PhotoShop中的图像质量调整与滤镜效果PhotoShop中的图像质量调整菜单PhotoShop中的滤镜效果主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第38页/共101页5.4.3添加特殊效果

添加特殊效果是图像进行内容编辑和效果处理的基础上，根据应用需要所采取的图像创意效果处理，即在取得较好的图像质量的同时，对图像进行艺术加工和效果处理。在进行具体处理时，可根据需要从图5-13中选择相应的滤镜效果。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第39页/共101页5.4.4图像处理工具一般图像处理软件所提供的图像处理工具包括：命令菜单：提供分类处理命令，如编辑类、图像类、图层类、效果类等；工具箱：提供常用的各类处理工具；面板：组合常用工具和命令，形成快捷处理能力。

注：使用工具时，需要设置几个关键参数，参数值不同，相同操作得到的效果差异较大。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第40页/共101页5.4.4图像处理工具几个参数：不透明度（Opacity）：不同工具绘图时，笔墨覆盖的程度。0%全透明，100%全覆盖；流量（Flow）：绘图时笔墨扩散的量；强度（Strength）：模糊、锐化、涂抹工具作用的强度。曝光度（Exposure）：减淡、加深工具的曝光程度。曝光量越大，透明度越低。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第41页/共101页5.4.5常用绘图工具

在各类图像处理工具中，最常用绘图工具有画笔、颜色调配、渐变、色彩调整以及文字等工具，使用这些工具可以完成基本的图像处理功能。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第42页/共101页5.4.5常用绘图工具1、画笔一种基本图像处理工具；有多种变体和特性，如油画画笔、蜡笔、铅笔、钢笔、水彩笔、炭铅笔等。通过笔形、直径大小、笔尖硬度、混合方式、不透明度、流量等属性参数来定义，构成不同规格画笔，以满足不同风格绘图效果的需要，

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第43页/共101页5.4.5常用绘图工具1、画笔图5-14画笔笔尖及其绘图轨迹主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第44页/共101页5.4.5常用绘图工具2、颜色调配提供直观的颜色选择和调整方法基本的颜色选择方法是在拾色器中调配颜色，这种方式可调配出所需要的任意颜色，但操作规范、复杂。快捷方法是提供一个调色板，用于保存曾经选择过的常用颜色，这样，如果使用已经选择过的颜色，则可直接打开调色板快速选择，避免重复调整的麻烦。如果调色板的颜色与所需颜色有小的偏差，可通过颜色滑块微调快速得到所需颜色。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第45页/共101页5.4.5常用绘图工具2、颜色调配图5-15拾色器、配色滑块、调色板主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第46页/共101页5.4.5常用绘图工具3、渐变效果

渐变是一种渐进式平滑变化的颜色效果，可用来平滑图像中不同颜色之间的变化关系；依据渐进变化算法的不同，可有不同类型的渐变效果，如线性渐变、径向渐变、角度渐变、对称渐变、菱形渐变等。图5-16不同渐变效果图示主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第47页/共101页渐变效果中的具体颜色数和渐变顺序可通过“渐变编辑器”进行编辑和保存；通过指定渐变关键色和不透明度来设置渐变。

图5-17渐变编辑器图示不透明度100%不透明度0%兰色标黑色标白色标黄色标红色标主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第48页/共101页5.4.5常用绘图工具4、色彩调整色彩调整有自动调整和手工调整两种方式；自动调整：指图像处理软件对图像的色调、对比度、亮度等色彩信息进行的程序化调整。手工调整：指图像处理人员根据自己的视觉感受调整图像色彩的过程；具体有亮度/对比度调整、色阶调整、曲线调整、曝光度调整、色相/饱和度调整、色彩平衡调整等。色彩调整的区域可以是整幅图像，也可以是图像局部或图象中的某个物体。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第49页/共101页5.4.5常用绘图工具5、文字工具

文字工具用于在图像中添加文字；按文字排列方式分为“横排”和“竖排”两种；按作用对象可分为“图层文字”和“蒙版文字”两种；可组合：横排图层文字、竖排图层文字、横排蒙版文字、竖排蒙版文字等四种不同的文字工具；图层文字工具提供基于图层的文字编辑，蒙版文字工具提供基于蒙版的文字编辑，可将文字作为选区使用。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第50页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念1、选区

选区：从图像中选择出来的一个封闭区域；按形状，选区可分为规则选区和不规则选区；规则选区有矩形、椭圆形、单行、单列四种，其中单行、单列选区可与填充操作配合实现划线的功能；不规则选区是一个任意形状的封闭区域，在相应的图像处理软件中，可根据形状特点、颜色特点或人的主观意图进行选择，也可通过“区域生长”和“区域聚合”原理不断生成选区。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第51页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念1、选区

（a）矩形选区（b）椭圆形选区（c）多边形选区（d）任意形选区图5-18不同形状的选区选区的目的是为了选择图像中的局部，进行特殊处理。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第52页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念2、路径

路径是由若干个关键点（锚点）连接而成的一条通路，用来绘图或定义图像选区；可通过添加、删除锚点修改路径，使之更适合处理要求；路径可以是闭合的，也可以是开放的，可以对勾画的路径进行填充、描边、建立或删除等操作，也可将路径转换为选区。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第53页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念2、路径

路径的目的是为了绘图或定义选区。（a）定义鸟的选区（b）锚点路径（c）修改后的选区图5-19路径与选区锚点不精确精确主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第54页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念3、虑镜

滤镜：数字图像处理中的各种特殊效果处理；原理上，滤镜是一种对图像像素进行计算的程序模块，每个程序模块对应特定效果处理所用的算法，这些算法实现了多种不同的效果；如各种风格化（Stylize）效果、各种模糊（Blur）效果、各种扭曲（Distort）效果、各种素描（Sketch）效果、各种纹理（Texture）效果等。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第55页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念3、滤镜

图5-20不同滤镜效果图示主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第56页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念4、图层

数字图像处理中，可以将一幅图像看成是由若干张可独立处理的“透明纸”叠加而成；每张透明纸上一般画有一个（或多个）不同的图像对象，未画部分仍保持透明状态；每张透明纸的尺寸与图像的尺寸大小相同；多张画有图像对象的透明纸叠加起来，就会形成一张包含多个图像对象和丰富效果的完整图像。这种可独立处理的“透明纸”就是图层。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第57页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念4、图层

“绿草”层“蓝天”层“白云”层“鸟”层“太阳”层（a）多图层叠加图像（b）图层图5-21多图层叠加图像及其图层上下主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第58页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念4、图层

图层具有独立性、透明性、有序性三个基本特征；独立性：指图层之间相互独立，任何对于某个图层的操作都不会影响到其他图层；透明性：一是新建的空白图层是完全透明的，图层中未画图的部分也是透明的，二是已画图部分是不透明的，但可以通过调整图层的“不透明度”来修改图层的透明性；有序性：指多个图层叠放时的“上下层”关系，上层中已画有图像对象的部分会遮盖下层的对应位置，主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第59页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念4、图层

多图层叠加产生的图像效果，可按照从上到下的顺序对每个图层进行效果混合处理，最终得到整幅图像的综合效果。具体有：变暗、变亮、增强对比度、颜色变换等四类。

变暗的混合效果变亮的混合效果增强对比度的混合效果颜色要素变换效果图5-22Photoshop中的混合效果主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第60页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念5、蒙版蒙版是一种灰度图像，可按照不同灰度级遮盖（或显示）下层图层的部分或全部内容；基本原理是将不同灰度值转换为不同的透明度，并“蒙”在所在图层上，这样，该图层的图像就会因不同透明度的蒙版而产生不同的视觉效果；白色（灰度级为255）蒙版下的图像全部显示，黑色（灰度级为0）蒙版下的图像全部遮盖，其他灰阶图像则按不同透明度以半透明方式显示本层和下层图像的透明效果。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第61页/共101页蒙版应用举例：利用图层蒙版合成图像（a）夜景图片（b）焰火图片（c）蒙版灰度分布与图层关系（d）合成效果蒙版遮挡的当前图层下层图片主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第62页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念蒙版可分为通道蒙版、图层蒙版和快速蒙版三种；通道蒙版可将选区转换成Alpha通道后形成蒙版；图层蒙版用于显示或隐藏部分图像，来实现图像的合成、替换局部图象、复杂边缘扣图以及其他效果等处理目的；快速蒙版可在不使用通道的情况下，快速将选区变为蒙版，对其进行形状编辑。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第63页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念6、通道颜色模式中，一种原色的明暗变化（单一色相的灰阶图像）构成一种颜色通道；原色的灰度越亮，表示此原色用量多（越浓），反之，表示此原色用量少（越淡），RGB模式，有R、G、B三个颜色通道；各颜色通道叠加，构成图像的彩色效果，即彩色复合通道——RGB通道。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第64页/共101页RGB颜色通道图示主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第65页/共101页5.4.6图像处理中的几个重要概念由于颜色通道存储的只是一种原色的灰阶变化信息，因此，用户可以对各原色通道分别进行明暗度、对比度调整等操作，以达到优化图像效果的目的，并通过复合通道观察效果；Photoshop中，可使用“图像”菜单中的“调整”或自动调整等命令进行简单明暗调整，也可以通过“图像”菜单中的“应用图像”或“计算”命令进行调整与合并。如果要对某个通道进行操作，最好先复制一个通道副本，然后在副本通道上进行操作，主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第66页/共101页5.5数字图像分析

数字图像分析是图像处理的重要技术内容，通过分析，可以自动辨别图像中各区域的特征，达到自动识别、标记和测量的目的。数字图像分析技术广泛应用于金属成分分析、医学图像分析、农作物分析以及公安、交通、城市公共事业中的图像识别等。数字图像分析的基本内容包括图像分割、图像测量以及图像识别等。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第67页/共101页

图像分割是将图像划分成若干个互不相交的小区域的过程，小区域是某种意义下具有共同属性的像素的连通集5.5.1图像分割图5-164连通和8连通

4连通指的是从区域上一点出发，可通过4个方向，即上、下、左、右移动的组合，在不越出区域的前提下，到达区域内的任意像素；8连通方法指的是从区域上一点出发，可通过左、右、上、下、左上、右上、左下、右下这8个方向的移动组合来到达区域内的任意像素。合。连通是指集合中任意两个点之间都存在着完全属于该集合的连通路径。对于离散图像而言，连通有4连通和8连通之分，如图5-16所示。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第68页/共101页

分割图像的基本依据和条件有以下4个方面：

①分割的图像区域应具有同质性；

②区域内部平整，不存在很小的空洞；

③相邻区域之间对选定的某种同质判据而言，应存在显著的差异性；

④每个分割区域边界应具有齐整性和空间位置的准确性。大多数图像分割方法只是部分满足上述条件，不同的图像分割方法总是在各种约束条件之间找到适当的平衡点。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第69页/共101页

图像分割主要有以下几类方法：①从全图出发，通过属性将各像素划归到相应物体或区域的像素聚类方法,即区域法；②从象元出发，把相邻的、具有—致属性的象元聚集为区域；③分开合并方法，先人为地把图像划分为若干规则块，以后按属性一致的准则，反复分开属性不—致的图像块，合并具有一致属性的相邻图像块，直至形成一张区域图。④阈值化处理进行图像分割。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第70页/共101页1、灰度阀值法分割把图像灰度分成不同的等级，用设置灰度阀值的方法确定有意义的区域或分割物体的边界。二值化处理：选择一个阀值，将图像转换为黑白二值图像，用于图像分割及边缘跟踪等预处理。

图像阀值化处理的变换函数表达式为：（T为阀值）主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第71页/共101页

在图像的阀值化处理过程中，选用不同的阀值其处理结果差异很大。如图5-17所示,阀值过大，会提取多余的部分；而阀值过小，又会丢失所需的部分。图5-17不同阀值对处理结果的影响(a)原始图像(b)阀值T=91(c)阀值T=130(d)阀值T=43到底该如何选择阀值？主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第72页/共101页选取阀值的方法：可通过分析灰度直方图来选取灰度阀值。灰度直方图：是灰度级的函数，描述的是图像中每种灰度级像素的个数，反映图像中每种灰度出现的频率。横坐标是灰度级，纵坐标是灰度级出现的频率（Vi=ni/N）

。

像素灰度频率计算主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第73页/共101页灰度直方图灰度直方图，具有双峰特性。选取双峰之间的谷低处灰度值作为阀值T进行图像的阈值化处理，便可将目标和背景分割开。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第74页/共101页2、区域生长

区域生长（又称区域生成）是图形分割的另一种方法。假定区域的数目以及在每个区域中单个点的位置已知，则从一个已知点开始，加上与已知点相似的邻近点形成一个区域。

相似性是灰度级、彩色、组织、梯度或其他特性。相似性的测度可以由所确定的阀值来判定。方法是从满足检测准则的点开始，在各个方向上生长区域，当其邻近点满足检测准则就并入小块区域中。当新的点被合并后再用新的区域重复这一过程，直到没有可接受的邻近点时生成过程终止。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第75页/共101页（d）从6开始生成的结果（a）输入图像（b）第一步接受的邻近点（c）第二步接受的邻近点图5-19区域生长示例一个简单的例子：此例的相似性准则是邻近点的灰度级与物体的平均灰度级的差小于2。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第76页/共101页3、区域分裂/合并分割法

该方法的基本思想是：①将图像中灰度级不同的区域均分为4个子区域；②如果相邻的子区域所有像素的灰度级相同，则将其合并；③反复进行上两步操作，直至不再有新的分裂与合并为止，如右图。图像块的初始划分常是固定的或人为规定的。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第77页/共101页5.5.2图像测量

通过图像测量，可得到图像的不同特征。

①几何特征：描述目标面积、圆周、形状等性质。

②强度特征：描述目标中灰度值的分布，包括均值、标准差和可能的高阶矩。

③颜色特征：客观地描述目标的颜色和颜色在目标中的分布。

④纹理特征：描述图像的细微结构，这些特征定量地表示小距离内灰度值的变化。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第78页/共101页图像识别也称模式识别，即对图像进行特征抽取，然后根据图形的几何及纹理特征利用模式匹配等识别理论对图像进行分类和结构分析。在完成图像分割后，可将特定区域与已经定义好的另一图像通过相应的处理算法进行比对，从而判断指定区域与给定图像的相似关系。图像识别技术已经广泛应用于区域安全监视、罪犯识别、车辆牌照识别等领域。5.5.3图像识别主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第79页/共101页5.6.1图像文件的内容5.6图形/图像文件

图像文件由图像说明和图像数据两部分组成。图像说明部分保存用于说明图像的高度、宽度、格式、颜色深度、调色板及压缩方式等信息；图像数据部分是描述图像每一个像素颜色的数据，存贮方式由文件格式来确定。图像文件的逻辑结构如图5-30所示。图像说明部分图像高度、图像宽度图像格式、颜色深度调色板、图像压缩方式图像数据部分（按照图像格式要求存储的图像数据）图5-30图像文件的逻辑结构主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第80页/共101页5.6.2图像文件的格式在多媒体计算机系统中，不同的压缩方式用不同的文件格式表示。不同的文件格式用特定的文件扩展名来表示，常见的图像文件格式有BMP、PCX、GIF、JPG、TIF、TGA、PNG、PSD和MPT等。1、BMP格式

BMP格式是一种与设备无关的图像文件格式，采用位映射存储形式，支持RGB、索引色、灰度和位图色彩模式。利用Windows的画图软件可以将图像存储成BMP格式图像文件。该格式结构较简单，每个文件只存放—幅图像。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第81页/共101页2、PCX格式

PCX格式是为Zsoft公司研制开发的图像处理软件PCPaintbrush设计的文件格式，与特定图形显示硬件有关。PCX文件在存储时要经过RLE压缩或解压缩。3、GIF格式

GIF格式是CompuServe公司指定的图像格式，它具有支持64000像素的图像、256~16M颜色的调色板、单个文件的多重图像、按行扫描迅速解码、有效地压缩以及与硬件无关等特性，且能将图像存储成背景透明的形式，还能将多幅图像存成一个图像文件而连续播放形成动态效果。GIF文件在存储时都经LZW压缩，可以将文件的大小压缩至原来的一半。在Internet上，GIF格式已成为页面图片的标准格式。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第82页/共101页4、JPG格式是用JPEG压缩标准压缩的图像文件格式，JPEG压缩是一种高效率的有损压缩，压缩时可将人眼很难分辨的图像信息进行删除。将图像保存为JPEG格式时，可以指定图像的品质和压缩级别。5、TIFF格式是TaggedImageFileFormat（标记图像文件格式）的缩写，通常标识为*.TIF类型。它是由Aldus和Microsoft公司为扫描仪和台式计算机出版软件开发的用来为存储黑白、灰度和彩色图像而定义的存储格式，支持1-8位、24位、32位（CMYK模式）或48位（RGB模式）等颜色模式。能保存为压缩和非压缩的格式。几乎所有的绘画、图像编辑和页面排版应用程序，都能处理TIFF文件格式。主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第83页/共101页6、TGA格式

TGA格式是Truevision公司为支持图像捕捉和本公司的显卡而设计的—种图像格式。这种格式支持任意大小的图像，图像的颜色可以从1位到32位，具有很强的颜色表达能力。7、PNG格式

PNG格式是为了适应网络传输而设计的一种图像文件格式。在大多数情况下，它的压缩比大于GIF图像文件格式，利用Alpha通道可以调节图像的透明度，可提供16位灰度图像和48位真彩色图像。它可取代GIF和TIF图像文件格式。一个图像文件只能存储一幅图像。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第84页/共101页8、PSD格式是Photoshop特有的图像文件格式，支持Photoshop中所有的图像类型。可以将编辑的图像文件中的所有图层和通道的信息记录下来。在编辑图像的过程中，将文件保存为PSD格式，可重新读取需要的信息，而且图像没有经过压缩，但会占很大的硬盘空间。9、MPT（或MAC）格式是苹果MAC机所使用的灰度图像格式，也称MACPaint格式，文件扩展名为.MPT或.MAC。在PC机上制作图像时可以利用这种格式与苹果MAC机沟通，它的屏幕显示固定在576X720像素，转换文件时注意调整以免图像有所损失。在以上的图像文件格式中，GIF、JPEG、PNG以及BMP等格式最为常用。

主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第85页/共101页矢量图形文件也有多种格式，常见的有：EPS格式DXF格式PS格式HGL格式WMF格式

5.6.3图形文件的格式主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第86页/共101页5.7图形/图像处理软件5.7.1图形处理软件概述

图形处理软件是利用矢量绘图原理描述图形元素和处理方法的绘图设计软件，通常有平面矢量图形设计与三维设计之分。最有代表性的软件产品有：

CorelDrawAdobeIllustratorMacromediaFreehand3DSMaxAutoCAD等主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第87页/共101页5.7.2图像处理软件概述

图像处理软件是以位图为处理对象、以象素为基本处理单位的图像编辑工具软件，可对平面图片进行裁剪、拼接、混合、添加效果等多种处理，属平面设计范畴。表5-1列出了常见的图像处理软件的基本信息，主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第88页/共101页软件名出品公司功能简介PhotoShopAdobe图片专家,平面处理的工业标准。ImageReady专为网页图像制作而设计。PainterMetaCreations支持多种画笔，具有强大的油画、水墨画绘制功能，适合于专业美术家从事数字绘画。PhotoImpactUlead集成化的图像处理和网页制作工具，整合了UleadGIFAnimator。PhotoStyler功能十分齐全的图像处理软件。Photo-PaintCorel提供了较丰富的绘画工具。PicturePublisherMicrografxWeb图形功能优秀。PhotoDrawMicrosoft微软提供的非专业用户图像处理工具。PaintShopProJascSoftware专业化的经典共享软件，提供“矢量层”，可以用来连续抓图。表5-1常见的图像处理软件主讲：杨帆第五章图形/图像信息处理技术第89页/共101页5.7.3典型的图像处理软件Ps简介Ps（Photoshop）是Adobe公司开发的一种多功能图像处理软件，具有图像采集（扫描）、裁剪、合成、混合、效果设计等功能，可支持多种图像文件格式，可在Macintosh计算机或装有Windows操作系统的PC机上运行，是平面设计的专业处理工具。

1990年发布1.0版，目前的最新版为PhotoshopCS4版，各版本的主要功能差异见表5-2。版本年份功能Photoshop1.01990工具面板和少量滤镜，内存分配最大2MBPhotoshop2.01991增加了“路径”功能，成为行业标准，内存分配最大4MB，支持Illustrator文件格式Photoshop2.51992增加了“减淡”和“加深”工具，引入了“蒙版”概念。是第一个支持MSWindows系统的版本。Photoshop3.01994引入了图层概念，增加了“图层”功能，是一个极其重要的发展标志。Photoshop4.01996增加了“动作”功能Photoshop5.01998增加了“历史面板”、“图层样式”、“撤销功能”、“垂直书写文字”、“魔术套索工具”等。开始提供中文版。Photoshop5.51999捆绑ImageReady2.0Photoshop6.02000增加了“Web工具”、“形状工具”、“矢量绘图工具”、新工具栏，增强的图层管理功能。Photoshop7.02002改进了绘画引擎、画笔、液化增效工具等功能，增加了修复画笔、Web透明度、自动颜色等功能，支持WBMP格式PhotoshopCS（8.0）2003集成了Adobe的其他软件，形成了PhotoshopCreativeSuite套装，功能上增加了镜头模糊、镜头畸变校正、智能调节不同地区亮度的数码相片修正功能。PhotoshopCS2（9.0）2005增加了“变形”、“灭点”工具、“污点修复”画笔，“智能锐化”滤镜PhotoshopCS3（10.0）2007增加了“智能滤镜”、“快速选择工具”，增强的“消失点”工