第4章 圖形圖像信息處理技術

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第4章,圖形圖像信息處理技術,第4章,圖形圖像信息,處理技術,4.1,圖,圖,像,像色,彩,彩的,空,空間,表,表示,一、,色,色彩,的,的基,本,本概,念,念,人們,對,對顏,色,色的,感,感覺,有,有四,個,個要,素,素:,即,即光,源,源,,物,物體,、,、眼,睛,睛和,大,大腦,。,。它,是,是人,正,正確,判,判斷,色,色彩,的,的必,要,要條,件,件,。,1、,光,光的,分,分類,光是,一,一種,波,波,,它,它有,波,波長,、,、頻,率,率和,波,波速,,,,按,照,照人,的,的視,覺,覺光,可,

2、可分,為,為可見,光,光和不可,見,見光兩類,光,與,與波,長,長的,關,關系,如,如圖a,所,所示,。,。由,圖,圖a,可,可知,可,可見,光,光的,波,波長,為,為380,780nm,。,。由,物,物理,學,學可,知,知,可見,光,光是,有,有顏,色,色的,其,波,波長,與,與顏,色,色的,關,關系,如,如圖b,所,所示,電磁,波,波譜,與,與可,見,見光,譜,譜,圖b,可,可見,光,光譜,圖a 電磁波譜,380nm,780nm,380,780,2、,可,可見,光,光的,分,分類,(1),單,單,色,色光,光,光譜,中,中不,能,能再,分,分解,的,的色,光,光稱,為,為單,色,色光,。,

3、。如,紅,紅、,綠,綠、,藍,藍等,。,。,(2),復,復,色,色光,有,有單,色,色光,混,混合,而,而成,的,的光,。,。如,陽,陽光,等,等。,3、,三,三基,色,色(,三,三原,色,色),原,原理,實驗,發(fā),發(fā)現,,,,自,然,然界,的,的各,種,種顏,色,色光,,,,都,可,可由,紅,紅(R),、,、綠(G)、,藍,藍(B),三,三種,顏,顏色,光,光按,不,不同,比,比例,混,混合,而,而成,;,;同,樣,樣絕,大,大多,數,數顏,色,色光,也,也可,以,以分,解,解成,紅,紅、,綠,綠、,藍,藍三,種,種顏,色,色的,光,光。,由,由于,這,這三,種,種色,光,光本,身,身相,互

4、,互獨,立,立。,人,人們,把,把這,三,三種,顏,顏色,稱,稱作,三,三原,色,色(,或,或三,基,基色,),)。,這,這個,原,原理,就,就稱,作,作三基色原理。如下圖所,示,示,三原色原理,示,示意圖,注:三基色,的,的選擇并不,唯,唯一,事實,上,上,只要三,種,種單色相互,獨,獨立就可以,作,作為三基色,。,。例如青(Cyan),、,、品紅(Magenta)、黃(Yellow)也可以,作,作為三基色,。,。見右上圖,所,所示。,C,Y,M,4、三色學,說,說理論(三,刺,刺激理論),在人眼視網,膜,膜上有三種,不,不同類型的,錐,錐體神經細,胞,胞,它們分,別,別對紅、綠,、,、藍有

5、很高,的,的敏感度,,每,每種神經細,胞,胞的興奮都,會,會引起一種,原,原色的感覺,。,。如當一種,神,神經細胞處,于,于興奮狀態(tài),,,,而另外兩,種,種相對處于,抑,抑制狀態(tài),,那,那么就產生,一,一種原色覺,,,,如果兩種,或,或三種神經,細,細胞都處于,興,興奮狀態(tài),,那,那么就產生,綜,綜合色覺。,當,當光進入人,眼,眼后,在三,種,種錐體細胞,的,的作用下,,產,產生不同顏,色,色的光感。,這,這就是三色,學,學說理論,,也,也叫三刺激,理,理論。,5、色彩的,三,三要素,色彩可用色調、飽和度和亮度來描述,人,眼,眼看到的任,一,一彩色都是,這,這三個特性,的,的綜合感覺,。,。這

6、三個特,性,性稱作色彩,的,的三要素。,色彩連續(xù)變,化,化的色環(huán),色調:是由可見,光,光譜中各分,量,量成分的波,長,長決定的,,它,它反映顏色,的,的種類,是,色,色彩光的基,本,本特性,如,紅,紅色、棕色,就,就是指色調,。,。把太陽光,帶,帶中色調按,一,一定順序銜,接,接起來就形,成,成一個色調,連,連續(xù)變化的,色,色環(huán)如右圖,所,所示。,飽和度:指的是顏,色,色的純度,,或,或者說是指,顏,顏色的濃淡,程,程度,它取,決,決于色彩光,中,中白光的含,量,量,對于同,一,一色調的彩,色,色光,飽和,度,度越高,顏,色,色就越濃,,白,白光含量也,就,就越少。,通常我們把,色,色調和飽和

7、,度,度通稱為色度。,亮度:是光作用,于,于人眼時所,引,引起的明亮,程,程度的感覺,,,,它與被觀,察,察物體的發(fā),光,光強度有關,。,。一般來說,,,,彩色光能,量,量大則顯得,亮,亮,反之則,暗,暗。飽和度與亮,度,度有關,如下圖所,示,示,同一物體因,受,受光不同會,產,產生明度上,的,的變化,6、物體的,分,分類,(1)發(fā)光,物,物體,(2)吸光,物,物體,7、物體的,顏,顏色,物體由于內,部,部物質的不,同,同,受光線,照,照射后會產,生,生光的分解,現,現象,一部,分,分光線被物,體,體吸收,其,余,余的被物體,反,反射出來。,人,人眼看到的,物,物體顏色,,實,實際上是由,發(fā),

8、發(fā)光物體發(fā),的,的光或吸光,物,物體反射出,來,來的那部分,光,光構成的顏,色,色。,二、色彩模,型,型(色彩空,間,間),所謂色彩模,型,型就是定量,顏,顏色的方法,,,,某種色彩,模,模型所標定,的,的所有顏色,就,就構成了一,個,個顏色空間,。,。在不同的,領,領域,人們,采,采用的色彩,模,模型往往不,同,同。常用的,色,色彩模型有,:,:,1、RGB,模,模型,根據三基色,原,原理,用紅,色,色(Red,),)、綠色(Green,),)、藍色(Blue),三,三種基本顏,色,色按不同比,例,例混合相加,,,,就可以構,成,成自然界中,的,的各種顏色,,,,這種顏色,模,模式稱為RGB

9、模型。,由,由于這種模,型,型中的顏色,是,是通過三基,色,色混合相加,而,而得,故它,又,又被稱為加,色,色法,目前,,,,彩色電視,機,機、計算機,彩,彩色顯示器,都,都是采用RGB模型原,理,理制作的(其定量色彩,可,可有拾色器,完,完成)。,它們的基本工作原,理,理是利用陰極,射,射線管中的,三,三個電子槍通過發(fā)射出,三,三種不同強,度,度的電子束,,,,使屏幕內,側,側覆蓋的紅,、,、綠、藍磷,光,光材料發(fā)光,而,而產生色彩,的,的。RGB,模,模型可用下,圖,圖的單位立,方,方體直觀地,描,描述出來。,由圖可知,,任,任一色彩F,都,都可以用R,、,、G、B三,色,色的不同分,量,

10、量相加混合,而,而成。即:,Fr R+g G+b B,2、HSB模型,畫家們習慣,于,于用色相(Hue)、,飽,飽和度(Saturation),和,和亮度(Brightness),來,來描述色彩,空,空間。這種,色,色彩空間稱,作,作HSB模,型,型。它可用,下,下圖來描述,3、YUV,模,模型,它主要是為,解,解決黑白電,視,視與彩色電,視,視兼容而使,用,用的一種模,型,型。稱作YUV模型。,其,其中Y表示,亮,亮度,U、V表示色差,。,。所為色差,是,是指RGB,三,三原色分量,與,與亮度信號,之,之差。它實,現,現了亮度信,號,號和彩色信,號,號的分離。,其,其轉換關系,如,如下,4、

11、CMY,模,模型(顏料的三基,色,色是青、品,紅,紅、黃),從理論上說,,,,任何一種,顏,顏料的色彩,都,都可以用青,(,(Cyan,),)、品紅(Magenta)和黃,(,(Yellow)這三,種,種基色顏料,,,,按不同的,比,比例混合而,成,成。這種色,彩,彩表示方法,稱,稱作CMY模型。在這個模,型,型中,由于,顏,顏料不純或,油,油墨不易完,全,全混合等原,因,因,用等量,的,的CMY三,基,基色合成黑,色,色時往往不,能,能生成真正,的,的黑色,為,此,此,在印刷,術,術中,人們,通,通常用真正,的,的黑色油墨,來,來取代彩色,中,中的黑色成,分,分。以獲得,更,更真實的黑,色,

12、色效果。所,以,以CMY又可寫成CMYK。這種模型,主,主要用于彩,色,色打印機和,彩,彩色印刷系,統(tǒng),統(tǒng)中。,實際應用中,,,,一幅圖像,在,在計算機中,用,用RGB模,型,型顯示;用RGB或SHB模型編,輯,輯處理;打,印,印輸出時要,轉,轉換成CMY模型;如,果,果要印刷,,則,則要轉換成CMYK模,型,型,用于套,印,印彩色印刷,品,品。,4.2 圖,形,形圖像的基,本,本概念,圖形和圖像,是,是反映客觀,事,事物的兩種,不,不同的表現,形,形式,一般,來,來說用計算,機,機繪制的圖,稱,稱作圖形,用攝影機,、,、掃描儀等,獲,獲得的圖稱,作,作圖像。,一、圖形,圖形又稱作,矢,矢量圖

13、形,(,Vector-Based Image),是利用基本,圖,圖元繪制出,來,來的,這些圖元有,點,點、直線、,圓,圓、橢圓、,矩,矩形、弧和,多,多邊形等。在計算機,中,中,圖形主,要,要通過繪圖,軟,軟件繪制,,它,它以圖元為,單,單位,可對,它,它進行放大,、,、縮小、旋,轉,轉、刪除等,一,一系列編輯,操,操作。,二、圖像,圖像是通過,掃,掃描儀、數,碼,碼相機、攝,像,像機等設備,導,導入到計算,機,機中的它將,圖,圖像分成若,干,干點,每個,點,點稱作一個,象,象素,每個,象,象素用若干,個,個二進制數,記,記錄它的顏,色,色、亮度等,信,信息。并將,每,每個象素的,內,內容按一

14、定,的,的規(guī)則排列,起,起來構成文,件,件的內容。,用,用這種形式,表,表示的圖像,稱,稱作位圖圖像,(Bit-Mapped Image),,簡稱為圖像。,三、圖形,與,與圖像的特,點,點,見下頁,矢量圖形的,特,特點,數據量?。阂驗閳D形文,件,件中記錄的,是,是繪制圖形,中,中圖元的命,令,令序列。,放大、縮小,、,、旋轉等變,換,換操作后不,會,會產生失真,:,:因為它是以,數,數學方法描,述,述的一種由,幾,幾何元素組,成,成的圖形。見右圖。,有專門的矢,量,量圖繪制軟,件,件:如Adobe Illustrator,、,、AutoCAD、FreeHand等。,位圖圖像的,特,特點,數據量

15、大:因為,每個像素都,被,被分配一個,特,特定位置和,顏,顏色值。顏,色,色數目越多,,,,數據量越,大,大,圖像自然、,逼,逼真:因為,它是用像素點來描述的圖,像,像。因此表,現,現細膩、逼,真,真。,在變換操作,時,時易出現失,真,真:因為放大,時,時是把每個,像,像素點放大,。,。見右圖,四、位圖圖,像,像與矢量圖,形,形的區(qū)別,矢量圖中,,圖,圖形的顏色,數,數目與文件,的,的大小無關,;,;圖像中使,用,用顏色的數,目,目越多,文,件,件則越大。,對同一幅圖,畫,畫來說,矢,量,量圖形的數,據,據遠遠小于,位,位圖圖像,,但,但矢量圖形,不,不如位圖圖,像,像表現的自,然,然、逼真。

16、,矢量圖在進,行,行放大、縮,小,小、旋轉時,不,不會產生失,真,真,而圖象,則,則會產生失,真,真現象。,簡單的圖使,用,用矢量圖,形,描述好一些,,,,復雜的圖,使,使用位圖好,一,一些。,五、圖像的,主,主要屬性,1、分辨率,顯示器分辨,率,率,:,是指顯示器,上,上,能夠,顯示的像素,數,數目,,比如1024768,表,表示屏幕可,以,以顯示768行,1024列,即7681024個象,素,素。屏幕顯,示,示的象素數,目,目越多,顯,示,示出來的圖,像,像就越細膩,。,圖像分辨率,:是指一副,圖,圖像所使用,的,的像素數目,,,,比如分辨,率,率為320,240的,一,一副圖像(見下頁圖像);表示它,是,是由240,行,行,320列,即240320個象素組,成,成。它既反,映,映了圖像的,精,精細程度,,又,又反映了圖,像,像在屏幕中,的,的大小。,在屏幕分辨,率,率一定的條,件,件下,圖像,分,分辨率越高,,,,它在屏幕,上,上顯示的就,越,越大。,分辨率為320240的一副圖,像,像如下:,2、顏色深,度,度,顏色深度:,是圖像文件,中,中記錄一個,像,像素所需要,的,的二進

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