第3章圖像處理技術（一）

計算機教學實驗中心2007多媒體技術及應用1提出問題如何用圖形來表達意愿、思想、美好……圖形語言的特點是什么圖形、圖像在計算機中如何描述色彩如何表達處理圖像常用哪些工具我也想處理圖像……2圖片欣賞學生作品1、2、3、4、5、……自然風光1、2、3、4、5、……人物肖像1、2、3、4、5、……靜物1、2、3、4、5、……冬天景色1、2、3、4、5、……來自太空1、2、3、4、5、……3第3章圖像處理技術圖像是指繪制、攝制或印制的形象。圖像處理是將已有的圖像改變成一幅新的，更好的圖像。由圖像所聯想到的……4本單元要點圖像的基本屬性三基色原理色彩空間PhotoShop入門53.1圖像的基本概念

1.圖像的基本屬性

⑴圖像分辨率（Imageresolution）⑵顯示分辨率⑶圖像深度（ImageDepth）⑷真彩色（Truecolor）6什么是圖像圖像與圖形的區別●數字圖像：直接量化的原始信號●圖像的最小單位是像點●用于表現自然影像●圖形：運算形成的抽象化產物●圖形由具有方向和長度的矢量表示●用于分析運算結果，簡單圖形表示●圖像是自然界中多姿多彩的景物和生物通過視覺感官在大腦中留下的印記。7●圖像組成●圖像由基本顯示單元“像點”構成圖像像點8bit(28=256色)16bit(216=65536色)24bit(224=16M色)●8位圖像●16位圖像●24位圖像●

二進制位與圖像之間存在嚴格的“位映射”關系●

像點由若干個二進制位進行描述●

二進制位代表圖像顏色的數量8300dpi96dpi21dpi●dpi的數值越大，圖像越清晰●分辨率的單位dpi(displaypixels/inch)每英寸顯示的線數dpi視覺效果清晰度絕對清晰度

⑴圖像分辨率9像點組成圖像示意10例3-1計算圖像的像素數計算72dpi和300dpi的1×1英寸圖像的像素數；在使用掃描儀掃描彩色圖像時，如果用300dpi來掃描一幅8inch×10inch的彩色圖像，得到圖像的像素數目是多少？解1：對于72dpi1×1英寸的圖像 總像素數=72×1×72×1=5184解2：對于300dpi的8inch×10inch的彩色圖像總像素數=8300×10×300=2400×300011圖像處理時應考慮的問題設定圖像的分辨率時，應該考慮所制作的圖像的最終發布媒體。若圖像是用于網絡的在線媒體，只要使用圖像的分辨率和典型的顯示器分辨率相匹配即可；若制作的是打印圖像，采用過低的分辨率會使圖像顯得粗糙，而采用過高的分辨率導致文件的增大和打印時間的延長。而且，對于分辨率過高的圖像，打印設備未必能夠正常工作。12（2）顯示分辨率顯示分辨率是確定顯示圖像的區域大小。如果顯示屏的分辨率為640×480，那么一幅320×240的圖像只占顯示屏的1／4；相反，2400×3000的圖像在這個顯示屏上就不能顯示一個完整的畫面。顯示分辨率400×300圖片分辨率98×13013常見分辨率●●平板掃描儀：1200dpi●底片掃描儀4800dpi●印刷圖片普通：300dpi高精度：600dpi●顯示器：96dpi●顯示用圖片：96dpi●動畫、視頻：96dpi●噴墨打印機：720～2880dpi●激光打印機：600~1200dpi14⑵圖像深度（ImageDepth）也稱圖像的位深，是指描述圖像中每個像素的數據所占的二進制位數。圖像的每一個像素對應的數據通?？梢允?位（bit）或多位，用于存放該像素的顏色、亮度等信息，數據位數越多，可以表達的顏色數目就越多。15顏色數量與顏色深度●

顏色數量——用于表示圖像色彩的有限位二進制數?！耦伾疃取硎疽粋€像素的二進制位數，以bit為單位。顏色深度(bit)數值顏色數量顏色評價1212二值(單色)圖像42416簡單色圖像828256基本色圖像1621665536增強色圖像2422416777216真彩色圖像322324294967296真彩色圖像3623668719476736真彩色圖像16例3-2計算圖像的位深一幅圖像的每個像素用R、G、B（紅、綠、藍）三個分量表示，若每個分量使用8位，則一個像素需要24位來表示，此圖像深度為24位。該圖像可表達的顏色數目是多少？解：可以表達的顏色數為：

224=16,777,216（16M）

17⑷真彩色（TrueColor）指在組成一幅彩色圖像的每個像素值中，有R，G，B三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設備的基色強度，這樣產生的彩色稱為真彩色。例如，用R、G、B各8位表示的彩色圖像。而人的眼睛是很難分辨出這么多種顏色的。因此在許多場合將這樣的圖像稱為真彩色圖像，也稱為全彩色圖像。182、圖像的種類

矢量圖像(Vector)位圖圖像(Bitmap)19矢量圖也稱為面向對象的圖像或繪圖圖像。在數學上定義為一系列由線連接的點。矢量圖主要用于工程圖、白描圖、卡通漫畫、圖例和三維建模等。例如：一個圓可以表示成圓心在(x1,y1)，半徑為r的圖形；一個矩形可以通過指定左上角坐標(x1,y1)和右下角坐標(x2,y2)的四邊形來表示。

基于矢量的繪圖同分辨率無關。存盤后文件的大小與圖形中元素的個數和每個元素的復雜程度成正比。20位圖圖像亦稱為點陣圖像或繪制圖像，是由稱作像素的單個點組成的。這些點可以進行不同的排列和染色以構成圖樣。當放大位圖時，可以看見賴以構成整個圖像的無數單個方塊。擴大位圖尺寸的方法是增多單個像素，從而使線條和形狀顯得參差不齊。由于每一個像素都是單獨染色的，可以通過以每次一個像素的頻率操作選擇區域而產生近似相片的逼真效果。縮小位圖尺寸也會使原圖變形，因為它是通過減少像素使整個圖像變小的。不能單獨操作（如移動）局部位圖。圖像像點21位圖圖像圖像像點●

二進制位與圖像之間存在嚴格的“位映射”關系●

具有位映射關系的圖叫作“位圖”●

“位圖”特指圖像22矢量圖和位圖局部放大對比

矢量圖局部放大效果清晰位圖局部放大效果模糊位圖放大效果示意矢量圖放大示意23灰度圖和彩色圖從色彩方面來講，又可分為灰度圖和彩色圖。灰度圖(Grayscaleimage)按照灰度等級的數目來劃分。只有黑白色的圖像稱為單色圖像（monochromeimage），圖中每個像素值用1位存儲。如果每個像素的像素值用一個字節表示，灰度等級數為256，每個像素可以是0～255之間的任何一個值。彩色圖像(Colorimage)可以按照顏色的數目來劃分，如256色圖表示該圖像中顏色的總數目不超過256種。24單色圖和灰度圖對比單色圖灰度圖25不同位深度的圖像對比黑白色16色256色24位色263.2圖像色彩與色彩空間生氣勃勃的大自然色彩向人們展示著物質、生命、存在和運動狀態。視覺是人們認識世界的窗口，客觀世界作用于人的視覺器官，通過視覺器官形成信息，從而使人產生感覺和認識。271、顏色的描述與度量顏色是人的視覺系統對可見光的感知結果，感知到的顏色由光波的頻率決定。光波是一種具有一定頻率范圍的電磁波。顏色的實質是一種光波;物體表面的光滑程度或物質成分不同，對于光反射、折射、散射和吸收的情況也有所不同，因而所呈現的顏色就有不同;純顏色通常使用光的波長來定義，用波長定義的顏色叫做光譜色;用不同波長的光進行組合可以產生相同的顏色感覺。28顏色的波長范圍顏色波長范圍/nm紅760-622橙622-597黃597-577青492-455綠577-492紫455-38029⑴色調

引起視覺的色光，可能是由數種波長的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近紅、橙、黃、綠、藍、紫等純光譜色中的那一種，這種屬性稱為色調。色調有一個自然的順序：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。在這個次序中，當人們混合相鄰顏色時，可以獲得在這兩種顏色之間連續變化的色調。

30⑵飽和度指的是顏色偏離灰色、接近純光譜色的程度。黑、白、灰色的飽和度最低（0%），而純光譜色的飽和度最高（100%）。純光譜色與白光混合，可以產生各種混合色光，其中純光譜色所占的百分比，就是該色光的飽和度。

31⑶明度指的是光所產生的亮暗感覺。是視覺系統對可見物體輻射或者發光多少的感知屬性。就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色則最暗，灰色則居中。在不太嚴格的場合，明度也可以看作是亮度。32顏色圓

沿徑向表示飽和度沿圓周來表示色調沿垂直方向表示明度332.三基色原理色彩構成為了某種目的，把兩個或兩個以上的色彩按照一定的原則進行組合和搭配，形成新的色彩關系?，F代顏色視覺理論中的三色學說認為人眼的錐狀細胞是由紅、綠、藍三種感光細胞組成的。自然界中的任何一種顏色都可以由R、G、B這3種顏色值之和來確定，它們構成一個3維的RGB矢量空間。34色彩理論

根據色彩理論，原色包括“色料三原色”和“光的三原色”兩個系統。

35“色料三原色”系統在繪畫中，使用R（紅）、Y（黃）、B（藍）可以配出多種其它顏色。色料是繪畫的基本原料，掌握色料三原色的搭配是繪畫的基本功?！?/p>

RYB色料彩色RedYellowBlue36“光的三原色”系統

■

RGB電腦彩色RedBlueGreen0~255灰階0~255灰階0~255灰階R（紅）、G（綠）、B（藍）三種顏色構成了光線的三原色。計算機顯示器是根據該原理制造的。因此也被稱為“電腦三原色”。37色彩三要素明度色相純度色彩的明暗程度明度對純度產生不可忽視的影響顏色的相貌只和顏色的波長有關。明度和純度變化時，波長不變。色彩的飽和程度黑、白、灰沒有純度純度最高的顏色38冷色暖色中性色相鄰色互補色顏色的關系冷色冷色暖色暖色393.相加混色和相減混色任何一種顏色都可用三種基本顏色按不同的比例混合得到。三種顏色的光強越強，到達人眼的光就越多，它們的比例不同，看到的顏色也就不同，沒有光到達眼睛，就是一片漆黑。三基色的大小決定彩色光的亮度，混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。三基色的比例決定混合色的色調，當三基色混合比例相同時，是灰色。

40相加混色某種顏色可用下列公式描述：顏色=R（紅色的百分比）+G（綠色的百分比）+B（藍色的百分比）三基色等量相加時，得到白色；等量的紅綠相加而藍為0時得到黃色。三基色的大小決定彩色光的亮度；三基色的比例決定混合色的色調。41相減混色相減混色利用濾光特性，在白光中減去不需要的彩色，留下所需要顏色。如印染、顏料等采用的相減混色。相減混色關系式如：當兩種以上的色料相混和重疊時，白光就減去各種色料的吸收光，其剩余部分的反射色光混合結果就是色料混合或重疊產生的顏色。黃色=白色－藍色青色=白色－紅色紅色=白色－藍色－綠色黑色=白色－藍色－綠色－紅色

42常用的相加混色方法有以下三種

時間混色法：將三基色按一定比例輪流投射到同一屏幕上，由于人眼的視覺惰性，只要交替速度足夠快，產生的彩色視覺與三基色直接相混時一樣?？臻g混色法：將三基色同時投射到彼此距離很近的點上，利用人眼分辨力有限的特性而產生混色，或者使用空間坐標相同的三基色光的同時投射產生合成光。生理混色法：利用兩只眼睛分別觀看兩個不同顏色的同一景象，也可獲得混色效果。

434.顏色空間

RGB顏色空間CMYK顏色空間XYZ顏色空間Lab顏色空間HSB顏色空間44(1)RGB顏色空間采用紅、綠和藍3基色來匹配所有顏色的模型稱為RGB顏色空間。國際照明委員會將3種單色光的波長分別定義為紅色（700nm）、綠色（546.1nm）和藍色（453.8nm）。根據3基色原理，任意一種顏色可以由下式匹配：C=rR+gG+bB式中的系數r、g和b分別為3基色紅、綠和藍的比例系數。當r=g=b時，顏色C為標準的白色。45RGB顏色空間表示法RGB顏色模型通常用于彩色陰極射線管和彩色光柵圖形顯示器。各個原色的光能疊加在一起產生復合色。在正方體的主對角線上，各原色的量相等，產生由暗到亮的白色，即灰度。（0,0,0）為黑，（255,255,255）為白。正方體的其它六個頂點分別為紅、黃、綠、青、藍和品紅。46⑵CMYK顏色空間這是以打印在紙上的油墨的光線的吸收特性為基礎。以青（Cyan）、品紅（Magenta)、黃(yellow)、黑（Black）為原色構成CMYK顏色系統，常用于從白光中濾去某種顏色，故稱為減性原色系統。CMYK顏色模型對應的直角坐標系的子空間與RGB模型所對應的子空間幾乎完全相同。區別僅在于前者的原點為白，而后者的原點為黑。前者是通過從白色中減去某種顏色來定義一種顏色，而后者是通過向黑色中加入某種顏色來定義一種顏色。47CMYK顏色空間以紅、綠、藍的補色C（青）、M（品紅）、Y（黃）為原色構成的CMY空間。靜電或噴墨繪圖儀、打印機、復印機等硬拷貝設備將顏色畫在紙張上時，使用的是CMY顏色系統。

由于彩色墨水和顏料的化學特性，用等量的三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術中經常加入一種真正的黑色（Black）。黑色用K表示，CMY顏色空間稱為CMYK顏色空間。48⑶XYZ顏色空間在RGB的顏色空間匹配式C=rR+gG+bB中，通過試驗，發現當匹配一些顏色的時候，r將取負值。這樣一來既不利于計算，也不好理解，于是使用三個理想的原色來代替實際的三原色，從而將CIE-RGB系統中r、g、b均變為正值。這三種顏色被命名為X、Y、Z。49XYZ和RGB的關系對任一顏色C有C=xX+yY+zZ并且x+y+z=1，x、y、z均大于0。這樣的顏色空間稱為XYZ顏色空間，它和RGB顏色空間有如下的換算關系： X=0.490R+0.310G+0.20B Y=0.177R+0.812G+0.011B Z=0.010G+0.990B50XYZ和RGB的轉換關系兩組顏色空間坐標的相互轉換關系為x=（0.490r+0.310g+0.200b）/（0.667r+1.132g+1.200b）y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）51⑷Lab顏色空間Lab顏色空間與設備無關。它既不依賴光線，也不依賴于顏料，它是一個理論上包括了人眼可以看見的所有色彩的色彩模式。Lab顏色空間由三個量組成：一個是亮度，即L；另外兩個是色彩，用A和B來表示，A包括的顏色是從深綠色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉紅色（高亮度值）；B則是從亮藍色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黃色（高亮度值）。

52Lab顏色模型

53(5)HSB顏色空間

HSB顏色空間是以人對顏色的感覺為基礎的一種顏色模式。它描述顏色的三個基本特征——色相H、飽和度S，和亮度B。54Photoshop中的取色框

55色彩的象征意義色彩直接聯想象征意義●太陽、旗幟、火、血熱情、奔放、喜慶、幸福、活力、危險●柑桔、秋葉、燈光金秋、歡喜、豐收、溫暖、嫉妒、警告●光線、迎春花、梨光明、快活、希望、帝王專用、古羅馬高貴●森林、草原、青山和平、生意盎然、新鮮、可行性●天空、海洋理智、平靜、憂郁、深遠、西方名門血統●葡萄、丁香花高貴、莊重、神秘、我國和日本昔日服裝最高等級、古希臘的國王服飾●夜晚、沒有燈光的房間嚴肅、剛直、恐怖●雪景、紙張純潔、神圣、光明●烏云、路面、靜物平凡、樸素、默默無聞、謙遜56實驗4以Photoshop為工具，處理給定的圖像。詳見實驗4（圖像編輯）指導。57SHOTOSHOP簡介AdobePhotoshop是美國Adobe公司開發的圖像處理軟件，目前廣泛應用在廣告設計、網頁設計、包裝設計、封面設計、插圖漫畫設計、婚紗照片處理等各個領域，無論在電影電視、報刊書籍還是在互聯網上，到處可以看到用Photoshop設計出來的精美圖像。58SHOTOSHOP功能支持多種圖像文件格式：20多種支持多種顏色模式；處理圖像尺寸和分辨率；具有分層編輯圖像功能；具有繪圖和路徑功能；具有強大的區域選取功能；具有色調和色彩調節功能；具有豐富的濾鏡效果；可以進行圖像的旋轉和變形；具有開放性；（可以來自掃描儀、數碼相機等的圖片）。59菜單File菜單Edit菜單Image菜單Layer菜單Select菜單Filter菜單View菜單Windows菜單60工具箱

文字工具縮放工具矩形選取工具移動工具魔術棒工具切片工具歷史刷工具刷筆工具套索工具剪切工具明暗工具漸變工具筆尖工具橡皮擦工具模糊工具復原刷工具吸管工具徒手工具前景顏色背景顏色標準窗口標準模式編輯快速蒙版模式編輯全屏幕模式前、背景切換帶菜單條全屏幕模式注釋工具路徑選擇工具矩形工具克隆圖章工具61圖像處理軟件Photoshop●●

掃描輸入功能——運行掃描驅動程序，驅動掃描儀，進行掃描編輯●圖像編輯功能——色彩變換，尺寸變換，摳圖，組合等●圖層編輯功能——變換圖層，圖層融合，合并圖層●打印輸出功能——彩色RGB輸出●文件管理功能——打開各類文件、保存多種文件格式●傻瓜編輯功能——圖像調整，豐富多彩的濾鏡圖像處理軟件的特點●使用要求●硬盤≮150MB，內存≮64MB●彩色模式≥16位，顯示≥800×600●若安裝到C:盤以外的驅動器時，C:盤至少保留16MB的可用空間62●●

雙擊Photoshop圖標等待啟動啟動與界面●

Photoshop界面功能菜單輔助工具欄工具盒圖像編輯窗口導航器窗口顏色窗口歷史記錄窗口圖層窗口狀態欄文件操作，圖像編輯功能用于工具盒工具的參數調整各種圖像編輯工具圖層中的圖像編輯調整工具的若干參數調整和選擇顏色撤銷和恢復編輯操作選擇和設置圖層關系狀態提示和工具提示63打開圖像(1)選擇“文件／打開”菜單(2)選擇圖像文件單擊“打開”按鈕(圖像預覽)●判斷圖像類型(3)選擇“圖像／模式”菜單(4)觀察菜單中的“√”項●

RGB顏色模式●

8位/通道8×3=24bit(絕大多數圖像)●

可編輯、添加濾鏡的圖像●灰度●RGB●CMYK●索引顏色(256色)圖像不能使用濾鏡64●改變圖像顯示尺寸●[操作步驟](1)選擇放大鏡工具(3)一次性放大與縮小●鼠標右鍵單擊圖像，在菜單中選擇某種尺寸圖像充滿可顯示區(用于整體觀察)以96dpi顯示圖像(1:1)(常用于編輯細節)以打印分辨率顯示圖像(意義不大)●本操作只改變圖像的顯示尺寸，不改變實際尺寸●

左鍵單擊圖像——放大一級(光標形態)●〈Alt〉+左鍵單擊圖像—縮小一級(光標形態)(2)隨意放大與縮小+-65調整色相、飽和度和明度●調整色相●

[操作步驟](2)確定“預覽”有效(1)選擇“圖像/調整/色相/飽和度”菜單(3)調整色相，觀察圖像原圖像顏色分布調整后的色相●原圖像●色相調整后ABAB66●改變飽和度和明度●

[操作步驟](1)確定“預覽”有效(2)調整飽和度(3)調整明度(4)單擊“好”按鈕●顏色不宜過飽和，否則顏色失真●過飽和圖像●飽和圖像●原圖像●增加明度67調整亮度與對比度(2)調整“△”，改變亮度和對比度(3)單擊“好”按鈕(1)選擇“圖像／調整／亮度/對比度”菜單●

[操作步驟]●目的：使圖像更醒目，修復灰暗圖像●原圖●調整后●技巧(1)亮度可增加多一些(2)對比度稍做增加即可●對比度不能過度增加，否則嚴重丟失顏色68移動、復制局部圖像●

移動選區輪廓單擊工具，鼠標拖曳選區移動●

剪切選區圖像選擇工具，光標，鼠標拖曳●

復制選區圖像選擇工具，光標，[Alt]＋鼠標拖曳●

使用剪貼板復制——選擇“編輯/拷貝”或按〈Ctrl〉+〈C〉鍵粘貼——選擇“編輯/粘貼”或按〈Ctrl〉+〈V〉鍵

●粘貼將形成新的圖層69●利用選區編輯圖像舉例(3)選擇“圖像／調整／去色”，背景去色(1)設置“荷花”選區(磁性套索工具)●圖像去色(2)對調選區(“選擇反選”)，選取背景●復制圖像(4)對調選區，選取“荷花”(5)選擇工具,〈Alt〉+鼠標拖曳,復制“荷花”(6)選擇“編輯/變換/縮放”，調整“荷花”大小(7)雙擊“荷花”，結束縮放(8)單擊工具，右鍵單擊選區，“取消選擇”70改變幾何形狀(1)選擇“圖像／圖像大小”菜單(2)改變圖像的像素數值(適用于顯示用圖像)(6)單擊“好”按鈕●[操作步驟](3)改變文檔大小(適用于印刷用圖像)(4)保持寬/高比(5)選擇改變圖像尺寸的算法(兩次立方)●圖像不宜過度放大，否則嚴重影響圖像質量●改變圖像尺寸71●改變形狀●[操作步驟](1)用選區設置工具畫出范圍(2)選擇“編輯/變換/透視”菜單(3)鼠標拖曳制作梯形(1)用選區設置工具畫出范圍(2)選擇“編輯/變換/斜切”菜單(3)鼠標拖曳制作平行四邊形(1)用選區設置工具畫出范圍(2)選擇“編輯/變換/扭曲”菜單(3)任意拉伸，形成扭曲形狀72●圖像翻轉(1)用選區設置工具畫出圖像范圍(2)選擇“編輯/變換/水平翻轉”菜單或“編輯/變換/垂直翻轉”菜單(3)圖像自動翻轉●[操作步驟]正常水平翻轉正常垂直翻轉(1)用選區設置工具畫出圖像范圍(2)選擇“編輯/變換/旋轉”菜單(3)鼠標左鍵拖動，做任意角度旋轉(4)需要按照角度旋轉時，在輔助工具欄的“設置旋轉”框內輸入角度值即可●圖像旋轉73色調調整(1)選擇“圖像/調整/色彩平衡”菜單(2)選擇色調范圍(4)單擊“好”按鈕●調整