图像信息的获取与处理

第3章图像信息的获取与处理学习目标：1. 图像，图像的技术参数，图形与图像。

2. 图像数字化及其过程，常见的图像文件格式。

3. 图像获取方法，图像处理的常用软件。

4. 图像的编辑软件——Photoshop。

视觉媒体是人类能直接感知的最丰富的媒体信息，图像是视觉媒体中一种非常重要的表现形式。

在人类能够直接感知的众多媒体信息中，视觉媒体是人类最丰富的信息来源。

统计表明，人类在感知外界信息的过程中，视觉获取的信息高达65%，其次是听觉，约占20％。

人们通过视觉而感知的信息，我们称为视觉媒体。

视觉媒体所包含的内容十分广泛，如图形、图像、文字、动画、景观、物体、人的各种肢体动作等，这些都居于视觉媒体。

事实上，计算机对视觉媒体中的不同对象的表示、处理、显示、存储等方法也是不同的，在多媒体技术的研究与应用中，常常将视觉媒体中的不同对象看做不同的媒体形式，如图像信息、视频信息等，而且通常将这些不向的媒体形式作为多媒体技术的只体研究对象：本章主要讨论的就是图像信息的获取、处理与制作等。

3.1 图像概述3.1.1 基本概念1.什么是图像所谓图，就是指用描绘或摄影等方法获得的外在景物的相似物；所谓像，就是指直接或间接得到的人或物的视觉印象。

一般地讲，图像就是指人类视觉系统所感知的信息形式，或者是人们心目中的有形想象。

在计算机中图像是由扫描仪、摄像机等输人设备捕捉实际的画面产生的数字图像，是由像素点阵构成的仿图。

在计算机对图像进行表示、获取、编辑、显示和存储的多种方式中，点阵图是其中最基本、最常用的一种表现形式。

2.点阵图和矢量图计算机绘图分为点阵图（又称位图或栅格图像）和矢量图形两大类，认识它们的特色和差异，有助于创建、输入、输出、编辑和应用数字图像。

位图图像和矢量图形没有好坏之分，只是用途不同而已。

因此，整合点阵图图像和矢量图形的优点，才是处理数字图像的最佳方式。

点阵图的好处是，色彩变化丰富。

在编辑上，可以改变任何形状区域的色彩显示效果，相应的要实现的效果越复杂，需要的像素数越多，图像文件的大小（长宽）和体积（存储空间）越大。

矢量图的好处是，轮廓的形状更容易修改和控制，但是对于单独的对象，色彩上变化的实现不如位图来的方便直接。

另外，支持矢量格式的应用程序也远远没有支持点阵图的多，很多矢量图形都需要专门设计的程序才能打开、浏览和编辑。

点阵图（位图）与矢量图对比见图3-1。

图3-1 位图（点阵图）与矢量图对比3．点阵图和矢量图的区别（1）点阵图（Bitmap）点阵图又叫位图或像素图，计算机屏幕上的图你是由屏幕上的发光点（即像素）构成的，每个点用二进制数据来描述其颜色与亮度等信息，这些点是离散的，类似于点阵。

多个像素的色彩组合就形成了图像，称之为点阵图。

由于点阵图是以排列的像素集合体形式创建的，所以不能单独操作（如移动）局部点阵图。

点阵图以高倍率放大产生锯齿使影像失真的情况如图3-2。

图3-2 点阵图以高倍率放大产生锯齿失真点阵图图像的主要优点在于表现力强、细腻、层次多、细节多，可以十分容易的模拟出像照片一样的真实效果。

由于是对图像中的像素进行编辑，所以在对图像进行拉伸、放大或缩小等到处理时，其清晰度和光滑度会受到影响。

它可以通过数字相机、扫描或PhotoCD获得，也可以通过其他设计软件生成。

第3章 图像信息的获取与处理（2）点阵图的文件格式点阵图的文件类型很多，如*.bmp 、*.pcx 、*.gif 、*.jpg 、*.tif 、photoshop 的*.psd 、kodak photo CD 的*.pcd 、corel photo paint 的*.cpt 等。

同样的图形，存盘成以上几种文件时文件的字节数会有一些差别，尤其是jpg 格式，它的大小只有同样的bmp 格式的1/20到1/35，这是因为它们的点矩阵经过了复杂的压缩算法的缘故。

编辑这样的图形的软件也叫点阵图形编辑器。

如：PhotoShop 、PhotoStyle 、画笔等等。

（3）矢量图（vector ） 矢量图又叫向量图，是用一系列计算机指令来描述和记录一幅图，一幅图可以解为一系列由点、线、面等到组成的子图，它所记录的是对象的几何形状、线条粗细和色彩等。

生成的矢量图文件存储量很小，特别适用于文字设计、图案设计、版式设计、标志设计、计算机辅助设计（CAD ）、工艺美术设计、插图等。

矢量图可任意缩放大小，仍保持影像清晰如图3-3。

图3-3 矢量图可任意缩放大小（4）矢量图的文件格式矢量图形格式也很多，如Adobe Illustrator 的*.AI 、*.EPS 和SVG 、AutoCAD 的*.dwg 和dxf 、Corel DRAW 的*.cdr 、windows 标准图元文件*.wmf 和增强型图元文件*.emf 等等。

当需要打开这种图形文件时，程序根据每个元素的代数式计算出这个元素的图形，并显示出来。

就好象我们写出一个函数式，通过计算也能得出函数图形一样。

编辑这样的图形的软件也叫矢量图形编辑器。

如：AutoCAD 、CorelDraw 、Illustrator 、Freehand 等。

（5）点阵图和矢量图特点比较（见表3-1）表3-1点阵图和矢量图特点比较点阵图矢量图 有效地表达自然直观图，适合表现比较细致、层次和色彩丰富，包含大量细节的图像。

主要用于线型的图形，美术字和工程制图等。

描述图像需逐点记录像素的亮度及颜色值，占用存储空间大。

用命令或函数来描述图像，所用存储空间小。

图像缩放产生失真。

图像缩放不失真；可任意修改矢量图的各个组成部分而不影响图中其他部分。

4．模拟图像和数字图像模拟图像——以连续形式存储的数据，如用传统相机拍摄的照片就是模拟图像。

数字图像——用二进制数字处理的数据，如用数码相机拍摄的数字照片。

图像数字化——就是将图像L每个点的信息按某种规律（模拟/数字转换）编成一系列二进制数码，即用数码来表示图像信息。

这种用数码来表示的图像信息可以存储在磁盘、光盘等存储设备里，也可以不失真地进行通信传输，更可以有利于计算机进行分析处理。

将模拟图像转化成数字图像可以分别从处理速度、灵活性、表现精度、传输和再现性等方面去讨论、比较：◆就处理速度来讲，模拟图像相对较快，比如拍照、录像、投影等，可在一个闭合的系统内很快形成；而数字图像的处理就相对较慢，尤其是在机器性能不是很高时。

◆就灵活性来讲，模拟图像相对较差，能采用的处理方式很少，往往只能进行放大、缩小等；而数字图像的处理就相对较灵活。

由于数字图像的结构本身就是一些相对独立的数字，修改它们可以非常精确、灵活多样、以非常简单的方式进行。

◆就表现精度来讲，如果单从表面上看，数字图像由于有采样的环节，其精度可能亚于模拟图像。

但如果把分辨率（dpi）提高到每英寸80个像素以上，那么这样的数字图像的表现精度与模拟图像就相差无几了。

◆就传输来讲，由于数字图像以电子数字信息为载体，模拟图像多以实物为载体，显然数字图像的传输优于模拟图像。

◆从再现性角度看，模拟图像加相片的保存性较差，无论是胶片还是印制好的正片，其有机成分都将随时间和环境的改变而改变，所以我们认为模拟图像的再现性较差。

而数字图像不会因为保存、传输或复制而产生图像质量上的变化。

3.1.2 图像的技术参数1.分辨率分辨率是影响图像质量的最基本的参数之一。

一般情况下，主要从两个方面来考虑分辨率。

（1）显示分辨率显示分辨率是指在一定显示方式下，显示设备上用于显示图像的最大区域的范围，一般以水平像素点×垂直像素点来表示。

例如1024*768，表示显示器屏幕的水平方向是1024个像素，垂直方向有768个像素。

需要说明的是，显示分辨率有最大显示分辨率和当前显示分辨率之分。

最大显示分辨率由显示设备的物理参数所限制，一般是由显示器和显卡决定的。

而当前显示分辨率是由用户选择的参数来决定的。

如一个最大显示分辨率是1024×768的显示设备，可以选择的当前显示分辨率通常有640×480、800×600和l024×768三种。

（2）图像分辨率图像分辨率是指组成一幅图像的像素数目，一般也是以水平像素点×垂直像素点来表示，即每英寸所表达的像素数目（Pixel per Inch，PPI）；图像分辨率的另一种度量方法是用每英寸多少点（Dot per Inch，DPI）来表示的，即通过一幅图像的像素密度来度量图第3章图像信息的获取与处理像的分辨率。

一般情况下，DPI表示方法在图像的扫描中使用得比较多。

当然，这两种度量方法都是度量值越大，图像的质量越高。

另外，图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。

比如，当显示分辨率为800×600时，如果一幅图像的图像分辨率为1024×768，那么显示器的屏幕就不能将这幅图像显示完全。

而如果图像的分辨率是400×300，那么这幅图像在显示器的屏幕上就可以完全显示，且在水平与垂直方向上各占据了一半的空间。

另外，图像分辨率越高，意味着每英寸所包含的像素点越高，图像就有越多的细节．颜色过渡就越平滑；图像分辨率越高，所包含的像素点越多，也就是图像的信息量越人，因而文件就越大。

实际上，除了这两种主要的分辨率之外，还有其他一些分辨率：像素分辨率：指一个像素点的宽与长之比。

不同的像素长宽比会使图像的显示效果不一样。

当显示分辨率发生变化时，系统都会自动对像素分辨率进行调整。

扫描分辨率：表示扫描仪输入图像的细微程度，单位dpi数值越大，表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪的质量就越好。

决定扫描仪性能的主要因素有三个：扫描分辨率、最大扫描页面、颜色位数。

扫描分辨率是一种输入分辨率，而显示分辨率和打印分辨率都是输出分辨率。

我们在使用扫描仪扫描图形时可以根据需要调节扫描的精度，不像显示分辨率和打印分辨率是固定的或只有几种可选。

打印分辨率：打印分辨率直接关系到打印机输出图像或文字的质量好坏。

在这里我们只考虑喷墨打印机和激光打印机的打印分辨率。

打印分辨率用dpi（dot per inch）来表示，即指每英寸打印多少个点。

喷墨和激光打印的水平分辨率和垂直分辨率通常是相同的。

例如：在打印分辨率为600dpi是指打印机在一平方英寸的区域内垂直打印600个点，水平打印600个点，总共可打360000个点。

但是，720dpi的喷墨打印机不一定比600dpi的激光打印机产生更好的打印质量。

这是因为喷墨打印机打印的每一个墨点只是近似相等，每个墨点在干燥之前还会向四周扩散，没有激光打印机产生的点那样均匀。

2.图像深度在描述一幅图像时，图像中每个像素的值都是由若干位二进制数表示的。

这个二进制数的位数越多，表示这个像素或这幅图像所能显示的颜色数就越多，因此，这个位数就被称为图像深度。