第三章 图形与图像处理

第三章图形与图像处理

教学目标：了解图形与图像概述；了解静止图像压缩标准；了解显

示设备与扫描仪；掌握图像处理软件。

重点难点：图像处理软件。

教学内容：1．图形与图像概述

2．静止图像压缩标准

3．显示设备与扫描仪

4．图像处理软件

教学课时：3学时

教学过程：

3.1 图形与图像概述

一、光与色彩

图形与图像都是视觉媒体元素。

光的本质是电磁波，其电磁光谱如下：

可见光

104 106 108 1010 1012 1014 1016频率(Hz) 4 102 100 10-2 10-4 10-6 10-8波长(m)

可见光：780nm～380nm波长

色彩是人类视觉对可见光的感知结果，在可见光谱内不同波长的光会引起不同颜色感觉

光的波长与颜色对照

三基色原理：将红、绿、蓝三种颜色按照不同的比例进行组合，就可以引起人眼对自然界的全部颜色感觉。

颜色模式：指表示色彩的数字方法。

①RGB相加混合模式

RGB模式适用于显示器这类发光物体。

RGB是由三种基本颜色Red红、Green绿、Blue蓝组成，每种颜色的亮度大小用数字0-255表示，共有1670万种颜色。

R=G=B=0 黑色

R=G=B=255 白色

0

CMYK模式主要用于彩色打印机和彩色图片印刷这类吸光物体上。

CMYK是由Cyan青色、Magenta品红色、Yellow黄色、Black 黑色组成，每种颜色用百分数0-100%来表示。

C=M=Y=K=0% 白色

C=M=Y=K=100% 黑色③HSB模式

HSB模式是根据人对颜色的感觉来描述的，适合从事艺术绘画的人描述色彩的方法。

HSB是由Hue色调、Saturation饱和度、Brightness亮度组成。

色调由可见光谱中各分量的波长来确定。

饱和度表示色彩的浓淡程度(掺入白光)。

亮度表示色彩的明亮程度(光的能量)。

色度＝色调＋饱和度④YUV/YIQ模式

YUV模式用于PAL彩色电视制式，其中：

Y表示亮度信号，可构成灰色图像

U、V表示色度信号，是构成色彩的两分量

⑤黑白模式与灰度模式

黑白模式采用1bit表示一个像素，只能显示黑色和白色，适合制作黑白的线条图。

灰度模式采用8bit表示一个像素，形成256个等级，适合用来模拟黑白照片的图像效果。

二、图形与图像

1.图形(矢量图形、几何图形)

矢量图是用一组命令来描述图形，这些命令给出构成图形的各

种属性和参数，如圆可以是圆心坐标、半径以及粗细和色彩组成的。

优点：图形文件占用空间较少。

缺点：图形复杂时，耗时相对较长。

软件：CorelDRAW

FreeHand

2.图像(位图图像、点阵图像)

位图是指在空间和色彩上已经离散化的图片，它通过描述画面中每一像素的颜色或亮度来表示该图像，非常适合表现包含大量细节的图片(如明暗、浓淡、层次和色彩变化等)。

优点：色彩和色调变化丰富，景物逼真。

缺点：缩放等处理后易失真，数据量大。

软件：Photoshop

PhotoImpact

三、图像的主要属性

1.分辨率

分辨率直接影响了图像的质量。

显示分辨率：指显示器屏幕上能够显示的像素数目，如：800*600。

图像分辨率：指组成一幅图像所拥有的像素数目，它反映图像在屏幕中显示的大小。

像素分辨率：指像素的宽高比(1:1)，在像素分辨率不同的机器间传输图像会变形。

2.颜色深度

指记录每个像素所使用的二进制位数。

彩色图像：图像可使用的最多颜色数目

灰度图像：图像可使用的亮度级别数目

3.图像数据量的计算

存储一幅图像的空间大小是：

图像数据＝图像分辨率×颜色深度/8(B)

[例3-1]一幅640×480的真彩色图像，未压缩的图像数据量是多少？

640×480×24/8＝921600B

＝900KB四、图像的文件格式

图像数据在存储媒体中存放的格式称为文件格式，常用的文件格式有：

3.2 静态图像压缩标准一、JPEG压缩标准

JPEG(Joint Photographic Experts Group,联合图片专家组)是ISO和ITU的联合技术小组，其任务是为连续色调(包括灰度或彩色)静态图像压缩制定通用的国际标准。

JPEG标准(ISO 10918)包括图像编码和解码过程以及压缩图像数据的编码表示。

二、JPEG 2000压缩标准

JPEG 2000(ISO 15444)是JPEG的更新换代标准，针对Internet应用和无线通信等领域。

关键技术：以离散小波变换DWT为主的多解析压缩方式

核心算法：EBCOT

高压缩比：比JPEG压缩性能提高30%

三、JPEG软件实现

编程语言：Visual Basic

Visual C++

四、JPEG图像压缩工具

JPEG是目前在Internet上应用最广泛的图片格式，其压缩比最高(仅为位图的1/10)。

1.JPEG Optimizer 4.0

功能：压缩和优化图像文件

特点：交互地实时显示改变压缩设置的图像效果，以便在压缩比例和图像质量上平衡。

2.JPEG Imager 2.0

3.JPEG Wizard 1.12

3.3 扫描仪与显示系统

一、扫描仪

1984年第一台扫描仪问世。

扫描仪是一种光、机、电一体化的数字化输入设备，它可以将图像或文字转换成计算机能够识别和处理的数字图像文件。

常用输入设备：键盘、鼠标器、扫描仪。

品牌扫描仪：HP、Microtek、Uniscan。

1.扫描仪的工作原理

扫描仪是由电荷耦合器件(CCD)阵列、光源及聚焦透镜等组成。

将光线照射在图片上，产生反射光或透射光,通过CCD将光线亮度以及色彩信号转换成模拟电信号，再经A/D转换成数字图像。

光源