图形图像处理技术

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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
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色相（Hue）：不同颜色的相貌，是人眼看一种或多种波长
的光时所产生的彩色感觉，是决定颜色的基本特性。最基本 的代表色是红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫 （P）五种。此五种颜色在人们的生理和心理方面有明确的 特征，色相的心理反应特征是暖色或冷色。色相之间的关系 可以用色相环表示，另外，橙（YR）、黄绿（GY）、青绿 （BG）、青紫（PB）、紫红（RP）称为中间色相。
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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。
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特别提示：
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。
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图像处理
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。 图像处理技术广泛应用于遥感、军事、工业、农业 科技、航空航天、医学影像等领域。 尽管矢量图形于位图图像的处理思想与应用各不相 同，但在实际应用中，两者是相互联系的，它们相 互结合可以创造更完美的视觉效果。

亮度决定了颜色的强度，反映了彩色光对视觉的刺激程 度，表现了彩色光所包含的能量特征，能量大就亮。
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。
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3、CMY颜色模式
(a) 矢量图形举例一 2006年08月19日
(a) 矢量图形举例二
(b) 矢量图形举例三 20
• 矢量图形文件存储的是绘制图形中各图形元素的命 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形元素。 • 矢量图形由于采用数学方法描述图形，所以通常生 成的图形文件相对较小，而且颜色的多少与文件的 大小基本无关。
(a) 位图像素模拟
2006年08月19日 图5-7 位图图像举例
(b) 灰度位图图像示例
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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。
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=品红（也称洋红） 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。
2006年08月19日 6 紫 黄
红
白 蓝
青
绿
特别提示：
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，色相和色调的概念较难区 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： http://www.pkvs.com/peise/1/pkvs01_1001.htm
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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 三要素亮度、色相、饱和度来描述颜色的基本特征，如图5-3。
色相：就是颜色。
在 0 到 360 度的 标准色轮上，按位 臵度量色相。平时 把色相用颜色名称 标识，如红色、橙 色等。
S
H
B D
H：色相
S：饱和度 B：亮度
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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。

如果在某种彩色光中掺入别的彩色光，就会引起颜 色的变化，只有掺入白光才会引起饱和度的变化。
饱和度和色相，统称为色度。 任何颜色由亮度和色度决定。
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2、三基色和混色 1）三基色原理
各种彩色光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）
Fra Baidu bibliotek
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。
第五章
图形/图像处理技术
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 数字图像处理与输出 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
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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
HSB模式 LAB模式
CMYK模式
RGB模式
图5-2 PhotoShop中的四种颜色模式图示
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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。
• 矢量图形的输出质量与分辨率无关，可以任意放大 和缩小，是表现文字（小文字）、线条图形（标志） 等的最佳选择。
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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。 矢量图形处理技术广泛应用于计算机辅助设计（CAD: Computer Aided Design）、计算机辅助制造、计算机动画 （建模阶段）、创意设计、可视化科学计算、地形地貌和自 然资源模拟等领域。
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。
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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。
一般称亮度、色相和饱和度为彩色的三要素。
亮度（Luminance /Brightness）：光作用于人眼时所
引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有 关；最亮为白色，最暗为黑色；

对于同一物体，照射的光越强，反射的光也越强，即 越亮；
对于不同的物体，在相同照射的情况下，反射越强的 物体看起来也越亮。
D：所有色相
图5-3 HSB彩色模式图示
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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。

注意区别色相和色调的概念。 色调是指在一定的色相和亮度的光源色照射下，物体表 面反射出的一种统一的色彩倾向，如亮的、暗的、淡的、 浅的等
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饱和度（Saturation）：是指颜色的鲜艳程度或纯度，
即掺入白光的程度。对于同一色调，饱和度越高，颜色 越鲜明。 例如，红色加入白光后，变成粉红色，饱和度降低。
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5.2.2 矢量图形
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，例如：颜色、形状、轮廓、大小和输出位臵等。每个图形 对象都具有相对独立性，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。
2006年08月19日 亮度L=100 （白） a分量 b分量
亮度L=0 （黑）
图5-4
Lab彩色模式图示
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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）。
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。
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图5-6 彩色模式的色域
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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。
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5.1.2 计算机中的颜色模式
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。