1、圖形圖像處理圖形圖像處理 第 八 章本章內(nèi)容提要v 圖形圖像的基本概念圖形圖像的基本概念v 圖形圖像處理技術(shù)圖形圖像處理技術(shù)v 常用圖形圖像處理軟件常用圖形圖像處理軟件8.1 圖形圖像的基本概念圖形圖像的基本概念 u早期的計算機是不能展現(xiàn)圖像的，隨著第一臺支持圖像的顯示器被生產(chǎn)出來，圖形圖像以其自身特有的魅力得到了不斷深入的應(yīng)用；u目前，在藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、工程機械領(lǐng)域，都離不開圖形圖像處理技術(shù)。8.1.1 圖形和圖像的區(qū)別u 圖形圖像兩者經(jīng)常一起出現(xiàn)，常常被誤認(rèn)為一個概念，其實，數(shù)字圖形和圖像兩者區(qū)別很大，這點在圖像格式上表現(xiàn)尤其突出；u圖形一般指由各種可以運用數(shù)學(xué)方法生成的幾何造型構(gòu)

2、成的圖像，存儲的一般是表示繪制圖形的算法；u圖像較多地指由非幾何造型構(gòu)成的圖，一般可以理解為點的集合形式。 下面是一個圖像處理過程示意圖 1、 輸出設(shè)備u 顯示輸出設(shè)備 CRT( cathode-ray-tube陰極顯示管) 顯示器 LCD(Liquid Crystal Display) 液晶顯示器u印刷輸出設(shè)備 打印機 彩色噴墨打印機 彩色激光打印機 繪圖儀 8.1.2 圖形圖像處理的硬件設(shè)備顯示卡（見下圖） 是圖像處理工作必備的裝置，它負(fù)責(zé)將 CPU 送來的影像資料處理成顯示器可以理解的格式，再送到顯示屏幕上形成影像。圖像處理工作中選用的顯示卡必須配備足夠的專用顯存和相應(yīng)的圖形圖像處理加速

3、芯片，具備一定圖像預(yù)處理能力，而不是僅單純的作為一個顯示接口設(shè)備。 8.1.2 圖形圖像處理的硬件設(shè)備8.1.2 圖形圖像處理的硬件設(shè)備顯示卡示意圖 圖像處理用顯示卡一般由接口、顯卡芯片、顯存和RAM DAC (Digital Analog Converter) 幾個部分組成。圖像數(shù)據(jù)必須通過4個步驟，最后才會到達顯示屏：（1）從總線 (bus) 進入顯卡芯片（將 CPU 送來的資料送到顯卡芯片里面進行處理）； （2）從 video chipset 進入 video RAM（將芯片處理完的資料送到顯存）；（3）從顯存進入Digital Analog Converter (DAC)（顯示顯存讀取

4、出數(shù)據(jù)再送到 RAM DAC 進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的工作）； （4）從 DAC 進入顯示器 (Monitor)（將轉(zhuǎn)換完的類比資料送到顯示屏）。 8.1.2 圖形圖像處理的硬件設(shè)備2、采集設(shè)備u 掃描儀 平板掃描儀 底片掃描儀 滾筒掃描儀 8.1.2圖形圖像處理的硬件設(shè)備u 數(shù)碼照相機與數(shù)碼攝像機 數(shù)碼相機是一種能夠進行拍攝，并通過內(nèi)部處理把拍攝到的景物轉(zhuǎn)換成以數(shù)字格式存放的圖像的特殊照相機。與普通相機不同，數(shù)碼相機并不使用膠片，而是使用固定的或者是可拆卸的半導(dǎo)體存儲器來保存獲取的圖像。 8.1.2圖形圖像處理的硬件設(shè)備8.2 圖形圖像處理技術(shù)圖形圖像處理技術(shù) 圖像采集設(shè)備所做的工作就是將來源于現(xiàn)實世

5、界中的光信號轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的數(shù)字信號。 圖像輸出設(shè)備所做的工作則是將這些數(shù)字信號再還原成人眼可以看的見的光信號。 圖像處理過程則是指圖像數(shù)字化輸入以后到數(shù)字化輸出以前的這一過程。因此，首先要解決數(shù)字。因此，首先要解決數(shù)字圖像在計算機內(nèi)的表示方法。圖像在計算機內(nèi)的表示方法。 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)圖像表示與存儲技術(shù) 圖像采集設(shè)備所做的工作就是將來源于現(xiàn)實世界中的光信號轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的數(shù)字信號。 圖像輸出設(shè)備所做的工作則是將這些數(shù)字信號再還原成人眼可以看的見的光信號。 圖像處理過程則是指圖像數(shù)字化輸入以后到數(shù)字化輸出以前的這一過程。因此，首先要解決數(shù)字。因此，首先要解決數(shù)字圖像

6、在計算機內(nèi)的表示方法。圖像在計算機內(nèi)的表示方法。 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)u 調(diào)色板 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)u 調(diào)色板 調(diào)色板由紅、綠、藍三種基本顏色實現(xiàn)調(diào)色，每種顏色被分成濃淡共256種級別（0到255）。 不同的顏色值還具備色調(diào)（色彩純度）、飽和度（色彩濃度）、亮度（色彩2暗程度）等屬性，其取值范圍也對應(yīng)為0到255。 對紅、綠、藍三種基本色彩取不同值混合就可產(chǎn)生256256256=224種顏色，這就是真彩色。 調(diào)色板8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)u 數(shù)字圖像可分為兩個基本類型：點陣圖和矢量圖。 1、點陣圖 點陣圖就是由一個個具有色彩的點構(gòu)成的圖

7、，每個點的顏色由紅、綠、藍三基色的灰度值決定。典型的點陣圖像格式有： (1) psd格式：psd格式是Photoshop的默認(rèn)格式 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)(2) bmp格式：bmp格式是Windows及OS/2操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式。bmp格式的文件可以用rle（run length encoding，運行長度編碼）的無損失壓縮方案進行壓縮(3) tiff格式：tiff的全稱為tag image file format（標(biāo)記圖像文件格式），它是Macintosh和PC平臺上支持最廣泛的圖像格式 (4) jpeg/jpg格式：jpeg的全稱時joint photographic ex

8、perts group（聯(lián)合圖像專家組），它是目前最優(yōu)秀的數(shù)字化攝影圖像的存儲方式。 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)(5) eps格式：eps的全稱是encapsulated postscript格式。Postscript是由Adobe公司開發(fā)的打印機及其他輸出設(shè)備的頁面布局語言，現(xiàn)已成為桌面排版領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，eps格式現(xiàn)在已開始用于圖像的存儲和交換。其最大特點是可以在排版軟件中以低分辨率預(yù)覽，而在打印時以高分辨率輸出。(6)gif格式：gif是graphics interchange format（可交換圖像文件格式）的縮寫。在用于彩色和灰度文件時，gif格式將文檔中的顏色數(shù)限制不超過25

9、6種。gif格式中單個像素只占用8位。通過位深的壓縮，gif文件將變得很小，因此它在web頁中得到了廣泛的應(yīng)用。 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)(7)raw格式：raw是現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機常用的圖像格式，是直接讀取傳感器（CCD）上的原始記錄數(shù)據(jù)，也就是說這些數(shù)據(jù)尚未經(jīng)過任何處理。(8)pdf格式：該格式是由Adobe公司推出的專為在線出版而制定的，它以Postscript Level2語言為基礎(chǔ)，因此，可以支持矢量圖像和位圖圖像，并且支持超鏈接。該格式可以保存多頁信息，其中可以包含圖形和文本。8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)（9）png格式：該格式支持24bit色彩（256*256*256），

10、壓縮不失真并支持透明背景和漸顯圖像的制作，所以稱它為傳統(tǒng)GIF的替代格式。在Web頁面中，瀏覽器支持的格式有jpg、gif和png。（10）tga格式：該格式支持32位軟件和8位通道電視， 是Windows與3DS進行圖形交換的格式。在實用中可以將動畫通過視頻軟件轉(zhuǎn)入電視。 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù) 2、矢量圖 矢量圖像，也稱為面向?qū)ο蟮膱D像或繪圖圖像，使用直線和曲線來描述圖形，這些圖形的元素是一些點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等。矢量文件中的圖形元素稱為對象。每個對象都是一個自成一體的實體，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。由于每個對象都是一個自成一體的實體，所以可以在維持

11、它原有清晰度和彎曲度的同時，多次移動和改變它的屬性，而不會影響圖例中的其它對象。這些特征使基于矢量的程序特別適用于圖例和三維建模，因為它們通常要求能創(chuàng)建和操作單個對象。 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù)u 典型的矢量圖像格式有： (1) swf格式 ：利用Flash我們可以制作出一種后綴名為swf（Shockwave Format）的動畫，這種格式的動畫圖像能夠用比較小的體積來表現(xiàn)豐富的多媒體形式。在圖像的傳輸方面，不必等到文件全部下載才能觀看，而是可以邊下載邊看，因此特別適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。 (2) wmf格式：wmf (Metafile) 是一種矢量圖形格式， Word中內(nèi)部存儲的圖片或繪制的圖形

12、對象屬于這種格式。無論放大還是縮小，圖形的清晰度不變，wmf是一種清晰簡潔的文件格式。 8.2.1 圖像表示與存儲技術(shù) (3) svg格式：svg為Scalable Vector Graphics，意思為可縮放的矢量圖形。它是基于XML（Extensible Markup Language），由World Wide Web Consortium（W3C）聯(lián)盟進行開發(fā)的。用戶可以直接用代碼來描繪圖像，可以用任何文字處理工具打開svg圖像，通過改變部分代碼來使圖像具有互交功能，并可以隨時插入到HTML中通過瀏覽器來觀看。 svg文件比jpeg和gif格式的文件要小很多，因而下載也很快。 8.2.1

13、 圖像表示與存儲技術(shù)(4)emf格式：emf（Enhanced Metafile）是微軟公司為了彌補使用wmf的不足而開發(fā)的一種Windows 32位擴展圖元文件格式，也屬于矢量文件格式，其目的是欲使圖元文件更加容易接受。(5)dxf/dwg/dwf格式：這三種格式都是AutoCAD中的矢量文件格式，它們以ASCII碼方式存儲文件，在表現(xiàn)圖形的大小方面十分精確。許多軟件都支持dxf格式的輸入與輸出。 8.2.2 平面數(shù)字圖像處理技術(shù) 平面數(shù)字圖像處理出現(xiàn)在兩種情況下：一種是將一幅圖像變?yōu)榱硪环?jīng)過加工的圖像，是圖像到圖像的過程；另一種是將一幅圖像轉(zhuǎn)化為一種非圖像的表示，如一個決策等。 在本書中

14、，只介紹第一種情況。 數(shù)字圖像處理是用數(shù)字技術(shù)處理圖像的過程，它涉及的圖像范圍已遠遠傳統(tǒng)意義上的圖像，包括可見數(shù)字圖像、不可見物理圖像（如X光圖像），甚至還有數(shù)學(xué)函數(shù)。 8.2.2 平面數(shù)字圖像處理技術(shù)u數(shù)字圖像范圍8.2.2 平面數(shù)字圖像處理技術(shù)u 分形圖像(數(shù)學(xué)函數(shù)生成的圖像)8.2.2 平面數(shù)字圖像處理技術(shù)u 數(shù)字圖像的表示形式 1、二值圖像：一幅圖像用數(shù)字0和1表示，如我們常見的黑白圖像，下面是 黑白圖像的表示與效果圖8.2.2 平面數(shù)字圖像處理技術(shù)2、灰度圖像，將從黑到白的變化劃分為256種情況，像我們所見到的黑白照片8.2.2 平面數(shù)字圖像處理技術(shù)3、彩色圖像，將一幅圖像中的每個點

15、分別用紅、綠、藍三種基本顏色描述，在顯示的時候?qū)崿F(xiàn)疊加從而得到 8.2.2 平面數(shù)字圖像處理技術(shù)u 數(shù)字圖像處理方法 1、銳化處理 想要使圖像中的物體輪廓變得更清楚，與周圍環(huán)境的差別更大，可以對圖像做銳化處理。銳化處理的基本原則是：為要處理物體輪廓上的點增加灰度值。其基本方法是：先將要處理的點的灰度值分別與周圍8個點的值相減，在將相減后得到的結(jié)果和作為灰度值與該點原來的灰度值相加作為該點新的灰度值。 下面是銳化處理效果對比示意圖2、平滑處理 想要去掉圖像中的雜質(zhì)、雪花點，可以對圖像做平滑處理（如下圖）。平滑處理的基本原則是：將圖像中出現(xiàn)的異常點去掉或弱化。其基本方法是：將要處理的點的灰度值與周

16、圍8個點的值排序取中間大小的那個值或平均值作為該點新的灰度值。 3、目標(biāo)提取u 腐蝕處理和膨脹處理 4、壓縮變換 壓縮一般是為了消除一幅圖像中存在數(shù)據(jù)冗余和主觀視覺冗余，通過改變圖像的描述方式，來實現(xiàn)圖像的壓縮。 無損壓縮：該方式通過改變對信息的表述方法來提高圖像的編碼效率，其壓縮率一般不高，但可以保證接收方獲得的信息與發(fā)送方相同。 有損壓縮：該方式采用忽略視覺不敏感的部分以提高壓縮率辦法。如DCT變換編碼的設(shè)計思想就是希望在接收方不產(chǎn)生誤解的前提下進行一定的信息丟失。有損壓縮與解壓過程如下圖所示： 有損壓縮與解壓過程與效果示意圖 8.3 常用圖形圖像處理軟件常用圖形圖像處理軟件 目前，各種圖

17、形圖像處理軟件可謂百花齊放，針對于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，具有代表性的圖形圖像處理軟件有Photoshop、Auto CAD、3D MAX、Flash 等。 8.3.1 PhotoshopsPhotoshop是目前PC機上公認(rèn)的最好的通用平面美術(shù)設(shè)計軟件，它功能完善，性能穩(wěn)定，使用方便，所以在幾乎所有的廣告、出版、軟件公司，Photoshop都是首選的平面工具。Photoshop界面 Photoshop的相關(guān)概念u選擇：這個概念是相當(dāng)廣泛的，將屏幕上某處選擇，則該選擇反白顯示，移動該區(qū)域時，其中的內(nèi)容一并移動，同時在原始位置留下空白。作為一個圖像處理軟件，Photoshop 將 “選擇” 變成一個獨立

18、的實體，即“層”(Layer)。 u通道：也類似一個層，我們可稱之為通道層。一個通道層同一個圖像層之間最根本的區(qū)別在于：圖層的各個像素點的屬性是以紅綠藍三原色的數(shù)值來表示的，而通道層中的像素顏色是由一組原色的亮度值組成的。 Photoshop常用圖像處理的特技效果 uPhotoshop采用數(shù)字圖像處理技術(shù)通過對原圖像進行一種或多種處理，使圖像具備某種藝術(shù)化的形式，得到就像透過一面哈哈鏡看到的圖像效果，因此把這種工具稱為濾鏡。 Photoshop常用圖像處理的特技效果Cutout（彩紙剪切濾鏡）效果對比圖 Fresco（壁畫）效果對比圖 Photoshop常用圖像處理的特技效果Plastic W

19、rap（塑模封裝）效果對比 Paint Daubs（繪畫涂抹）效果對比Photoshop常用圖像處理的特技效果Poster Edges（海報邊緣）效果對比圖 Rough Pastels（粗糙蠟筆紋理覆蓋）效果對比圖 8.3.2 AutoCADsAutoCAD是美國Autodesk公司推出的通用計算機輔助繪圖和設(shè)計軟件包，具有易于掌握、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開發(fā)等特點，深受廣大工程技術(shù)人員的喜愛。AutoCAD的版本歷經(jīng)R14、 R15（AutoCAD2000）、AutoCAD2002。目前最新版本已發(fā)展到AutoCAD2005。8.3.2 AutoCAD AutoCAD 是目前世界上應(yīng)用最廣的CA

20、D軟件，市場占有率位居世界第一。 AutoCAD 軟件具有如下特點： s善的圖形繪制功能s強大的圖形編輯功能s用多種方式進行二次開發(fā)或用戶定制s多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強的數(shù)據(jù)交換能力s支持多種硬件設(shè)備s支持多種操作平臺s具有通用性、易用性，適用于各類用戶AutoCAD啟動主界面 8.3.3 Maya MAYA是Alias Wavefront ( 2003 年 7月 更名為 Alias )公司的產(chǎn)品。MAYA集成了Alias Wavefront 最先進的動畫及數(shù)字效果技術(shù)，它不僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還結(jié)合了最先進的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染和運動匹配技術(shù)。MAYA 因其強大的功能在3D動畫界造成巨大的影響，已經(jīng)滲入到電影、廣播電視、公司演示、游戲可視化等各個領(lǐng)域，且成為三維動畫軟件中的佼佼者。星球大戰(zhàn)前傳、透明人、黑客帝國、角斗士、完美風(fēng)暴、恐龍等到很多大片中的電腦特技鏡頭都是應(yīng)用 MAYA 完成的。逼真的角色動畫、豐富的畫筆，接近完美的毛發(fā)、衣服效果。 MAYA作品8.3.4 Flash Flash（見圖8.30）動畫又稱Flash影片，利用Flash MX 2004可以創(chuàng)建網(wǎng)頁廣告、