數(shù)字圖像處理技術(shù)

1、第3章數(shù)字圖像處理技術(shù)3-23.1 數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識一、光和顏色 1.光的本質(zhì) 光是一種電磁波，其電磁光譜如下：可見光：3.8410147.891014 Hz 7.8010-73.8010-7 m 104 106 108 1010 1012 1014 1016 頻率/Hz 104 102 100 10-2 10-4 10-6 10-8 波長/m無線電波 微波 紅外線 紫外線 射線可見光3-3 2.顏色內(nèi)涵 人類視覺：光的強度/亮度、顏色/色彩 視覺細(xì)胞：桿狀體細(xì)胞、錐體細(xì)胞(RGB) 可見光譜：不同波長的電磁波(可見光)會引起不同的顏色感覺。380436480546580620700波長紫色藍(lán)

2、色青色綠色黃色橙色紅色顏色光的波長與顏色對照3.1 數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識3-4 人眼感知顏色：色調(diào)、飽和度、亮度 色調(diào)：表示光的顏色 飽和度：表示彩色的深淺或鮮艷程度 指彩色中白光含量多少 色調(diào)飽和度色度 亮度：表示顏色的明暗程度 亮度=255 (亮) 亮度=0 (暗)3.1 數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識3-5 3.顏色模型 指計算機(jī)表示顏色的數(shù)字方法。 RGB模型：適應(yīng)顯示器等發(fā)光物體。 RGB色彩是由三種基本顏色Red紅、Green綠、Blue藍(lán)混合相加得到，每種顏色的亮度大小用數(shù)字0255表示，共有1 670萬種顏色。 R=G=B=0 黑色 R=G=B=255 白色 0R=G=B1 400 垂直可視角度

3、1 200 顯示顏色TFT-LCD/16、24位 DSTN-LCD/256種3-40 4.CRT與LCD的比較CRT顯示器LCD顯示器外型龐大、笨重體積小、重量輕輻射較高輻射極低功耗高、發(fā)熱量大功耗低、發(fā)熱量小存在聚焦不存在聚焦信號反應(yīng)速度快信號反應(yīng)速度慢色彩表現(xiàn)力強色彩表現(xiàn)力一般不受可視角度限制可視角度一般3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-41二、掃描儀 1984年：掃描儀問世 常用輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀 品牌掃描儀：HP、Microtek、Uniscan 1.什么是掃描儀 掃描儀是機(jī)、光、電一體化的數(shù)字化輸入設(shè)備，它可以將圖片或文稿等轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能識別和處理的數(shù)字圖像文件。 優(yōu)點：保留原稿

4、風(fēng)貌。 蒙娜麗莎(達(dá)芬奇)3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-42 2.掃描儀的工作原理 掃描儀是由光源、聚焦透鏡、電荷耦合器件(CCD)陣列、A/D轉(zhuǎn)換器等組成。 工作過程：照射到原稿上光線，經(jīng)反射光、分光鏡等得到三條彩色光帶，照射到各自的CCD上并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。光源 W原稿反射鏡透鏡CCDA/D接口3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-43 3.掃描儀的分類 平板式掃描儀 平板式掃描儀是由步進(jìn)電機(jī)帶動掃描頭對圖片進(jìn)行自動掃描。 特點：掃描精度較高、成像穩(wěn)定、使用方便。 適用場合：圖稿幅面不大 精度要求較高 文字識別OCR 3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-44 手持式掃描儀 手持式掃描儀是

5、以手動的方式推動掃描儀對圖片進(jìn)行掃描。 特點：體積小、攜帶方便、價格便宜。 缺點：圖像失真(手推進(jìn)速度不均勻)。 適用場合：圖稿幅面小 精度要求不高3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-45 滾筒式掃描儀 滾筒式掃描儀是采用掃描頭固定、滾動式走紙機(jī)構(gòu)移動圖紙而自動完成掃描。 特點：幅面大。 適用場合：大型工程圖紙，如A0、A1。透明膠片掃描儀3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-46 4.掃描儀的性能指標(biāo) 分辨率 光學(xué)分辨率：表示掃描儀對圖像細(xì)節(jié)表現(xiàn)的能力，它直接取決于CCD元件數(shù)(一列)。 表示為：3001 200 dpi 600(CCD解析度)1 200(步進(jìn)電機(jī)步長) 插值分辨率：通過數(shù)學(xué)算法在原有圖像的兩

6、點中間插入所要的點，以達(dá)到超過光學(xué)分辨率。 19 200 dpi：某臺掃描儀標(biāo)注最大分辨率。3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-47 色彩位數(shù) 用來表示彩色掃描儀所能識別的最大色彩數(shù)目(24、30、36等)。 色彩位數(shù)越高，圖像顏色表現(xiàn)力越豐富。 掃描速度 指掃描儀在掃描圖稿時所需的時間。 主要影響因素：步進(jìn)電機(jī)的速度 分辨率的設(shè)置 接口類型3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-48 接口標(biāo)準(zhǔn) USB接口：通用串行接口，支持熱插拔 USB12Mb/s、USB 2.0480 Mb/s SCSI接口：SCSI卡，20 Mb/s EPP接口：增強型并行接口，1 Mb/s 掃描幅面 平板式掃描儀：A4、A3 滾筒式掃描

7、儀：A0、A13.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-49 5.文字識別軟件 OCR(Optical Character Recognition)。 光學(xué)字符識別系統(tǒng)主要用于文字信息輸入及各種印刷文字的自動錄入。 掃描儀捆綁軟件： 掃描儀驅(qū)動程序。 圖像掃描處理軟件紫光掃描大師。 文字識別軟件OCR軟件。 專業(yè)圖像處理軟件。3.3 顯示設(shè)備與掃描儀3-50圖形創(chuàng)作：針對矢量圖形而設(shè)計，主要考察它在繪圖技巧及藝術(shù)性方面。圖像處理：針對已有的位圖進(jìn)行編輯、加工、處理及運用一些特殊效果。 軟件CorelDRAW Illustrator AutoCAD公司CorelAdobeAutodesk特點矢量圖矢量圖矢量圖

8、評價矢量繪圖最佳全功能產(chǎn)品 圖形設(shè)計師，圖形處理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)強大的工程圖形及建筑方案設(shè)計等計算機(jī)輔助設(shè)計軟件3.4 圖像處理軟件繪圖類軟件3-51主要功能：照片編輯、圖像組合、繪畫。3.4 圖像處理軟件軟件PhotoshopPainter PhotoImpact公司AdobeMetaCreationsUlead Systems臺灣友立特點位圖位圖位圖評價圖片專家，平面處理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適合攝影行業(yè)追求高品質(zhì)圖像藝術(shù)繪畫軟件，采用了天然媒體專利技術(shù)。適合專業(yè)美術(shù)家走向數(shù)字繪畫 集成化圖像處理和網(wǎng)頁制作工具，整合了GIF Animator特別適合制作電子相冊圖像編輯軟件3-52一、Photoshop概

9、述 1.Photoshop的發(fā)展簡史 1987年秋：Thomes Knoll編寫Display程序。 1988年夏：John Knoll決定實現(xiàn)其商業(yè)價值，經(jīng)過努力，大約200份0.87版本的Photoshop隨著BanreyScan XP掃描儀捆綁出售。3.4 圖像處理軟件3-532003年9月 Photoshop CS/8.0 2005年9月Photoshop CS2/9.02007年7月Photoshop CS3/10.0 2008年9月Photoshop CS4/11.02010年4月Photoshop CS5/12.01990年2月Photoshop 1.0優(yōu)秀的編碼和簡捷的使用(C

10、olor Studio)1991年2月Photoshop 2.0新增路徑，支持矢量文件(引發(fā)桌面印刷革命)1992年11月Photoshop 2.5Mac、Windows版本，新增蒙版、調(diào)色板1994年9月Photoshop 3.0新增圖層Layer、命令面板、色彩矯正工具1996年11月Photoshop 4.0Adobe買斷Photoshop所有權(quán)(Knoll兄弟)1998年4月Photoshop 5.0新增歷史面板、魔術(shù)套索工具、圖層樣式2000年9月Photoshop 6.0新增形狀Shape，集成了矢量繪圖工具2002年3月Photoshop 7.0新增圖像修改工具、文件瀏覽器等(數(shù)

11、碼相機(jī)) 1989年4月：Adobe買下了Photoshop的發(fā)行權(quán),Thomas、John開始研發(fā)新的版本以發(fā)布銷售。3.4 圖像處理軟件3-54 2.Photoshop的基本功能 Photoshop可以進(jìn)行各種平面圖像處理,繪制簡單幾何圖形，進(jìn)行格式或色彩模型轉(zhuǎn)換等。3.4 圖像處理軟件應(yīng)用領(lǐng)域：用于廣告設(shè)計、封面設(shè)計、彩色印刷等領(lǐng)域。它是專業(yè)攝影師、認(rèn)真的業(yè)余攝影師、圖形設(shè)計師、Web設(shè)計人員的理想選擇。主要功能：選擇、繪圖和色彩功能。 圖像編輯和變換功能。 圖層、通道、路徑、濾鏡等。 支持大量圖像格式以及TWAIN32界面。3-55 3.Photoshop啟動和退出 4.Photosh

12、op的窗口組成 標(biāo)題欄 菜單欄 工具箱 工具屬性欄 圖像窗口 工作面板3.4 圖像處理軟件3-56二、圖像的基本操作 1.圖像文件的管理 圖像處理過程：新建/打開處理保存 新建文件：文件/新建新建對話框 名稱新圖像名稱(255字符，含空格) 圖像大小1英寸=2.54厘米 色彩模式位圖/1,灰度/8,RGB/24， 背景方式白色，背景色，透明3.4 圖像處理軟件3-57 打開圖像文件：文件/打開，文件瀏覽器 Shift連續(xù)多個 Ctrl不連續(xù)多個 保存圖像文件：文件/存儲為(17種格式) PSD BMP GIF JPG PDF PNG3.4 圖像處理軟件3-58 2.圖像的視圖控制 縮放工具 抓

13、手工具 圖像窗口的排列方式3.4 圖像處理軟件3-59 3.圖像選區(qū)的使用 在Photoshop中,要給圖像施加某種特效時，通常是先確定特效的操作范圍，然后再執(zhí)行特效命令，從而使其產(chǎn)生變化。 選區(qū)：表示選區(qū)范圍的虛線。 羽化：一種針對特定的選區(qū)進(jìn)行邊緣模糊的效果。羽化值越大，其邊緣模糊的效果越明顯。 容差：指顏色的近似程度。3.4 圖像處理軟件3-60 矩形選框工具：Shift正方形或圓形選區(qū) 橢圓選框工具：Alt以起點為中心選區(qū) 單行選框工具：Shift增加一條選擇線 單列選框工具：Alt刪除選定的選擇線3.4 圖像處理軟件3-61 套索工具：定義任意形狀的選區(qū) 多邊形套索工具：定義棱角分明

14、的選區(qū) 磁性套索工具：選擇任意不規(guī)則的形狀 魔棒工具：選擇一定色彩范圍確定選區(qū) 容差 Shift-添加 Alt-減少3.4 圖像處理軟件3-62 調(diào)整選區(qū)： 反選選區(qū)：選擇/反選 羽化選區(qū)：選擇/羽化 例題圖象的朦朧效果 橢圓選框工具羽化半徑(5060) 選擇/反選 背景色Del Ctrl+D3.4 圖像處理軟件3-63例題照片的裁剪3.4 圖像處理軟件常見照片尺寸的長寬比例照片尺寸長(英寸)寬(英寸)長:寬3R/5英寸53.54:2.84R/6英寸644:2.6675R/7英寸754:2.8576R/8英寸864:38R/10英寸1084:3.2數(shù)碼相機(jī)的照片長寬比通常是固定的4:3。2 5

15、921 9442 5921 8143-64 照片質(zhì)量：長邊像素數(shù)長邊英寸數(shù)300 照片的裁剪過程： 編輯/首選項/單位與標(biāo)尺標(biāo)尺/像素。 打開照片，選擇裁剪工具，輸入數(shù)值： 寬度=2 592，高度=1 814，分辨率=1 200 拖曳帶控制點的虛線矩形框。 選好后按回車鍵即可。3.4 圖像處理軟件3-65 4.圖像的編輯 圖像的移動：移動工具 畫布的旋轉(zhuǎn)：圖像/圖像旋轉(zhuǎn) 圖像的變形：編輯/變換3.4 圖像處理軟件改變圖像大?。簣D像/圖像大小改變畫布大?。簣D像/畫布大小3-66 5.色彩的使用 前景色與背景色 前景色：使用繪圖和文字工具時呈現(xiàn)的顏色 背景色：使用橡皮擦工具、刪除選區(qū)時，背景色成為

16、填充顏色。 默認(rèn)和切換：前景色和背景色。3.4 圖像處理軟件3-67 拾色器 單擊前景色和背景色色塊拾色器對話框 Lab模式：L(亮度通道)、a和b(顏色通道)3.4 圖像處理軟件3-68 顏色調(diào)板 設(shè)置前景色和背景色(選擇色彩模式) 色板控制面板 設(shè)置前景色單擊 設(shè)置背景色Ctrl單擊3.4 圖像處理軟件3-69例題圖像色彩缺陷的修復(fù)。 通過數(shù)碼相機(jī)得到的圖像常出現(xiàn)色調(diào)過暗、過亮等，這就需要使用圖像色彩進(jìn)行處理。讀卡器數(shù)據(jù)線3.4 圖像處理軟件3-70色階與自動色階 色階是指圖像中顏色或者顏色中的某一個組成部分的亮度范圍。 圖像/調(diào)整/色階或自動色階3.4 圖像處理軟件3-713.4 圖像處

17、理軟件3-72 調(diào)整色彩平衡 圖像偏色是很常見的，如何調(diào)整？ 操作：圖像/調(diào)整/色彩平衡3.4 圖像處理軟件3-73利用色彩平衡為黑白照片上色分別為臉部、背景、衣服上色。操作：打開黑白照片，轉(zhuǎn)換RGB模式。選擇上色選區(qū)。圖層創(chuàng)建新的填充或調(diào)整圖層色彩平衡。3.4 圖像處理軟件3-74 調(diào)整色相/飽和度 一般在使用閃光燈拍照時可能會產(chǎn)生紅眼現(xiàn)象，怎樣消除紅眼？3.4 圖像處理軟件橢圓選框工具設(shè)置小羽化值選擇有紅眼的眼球色相/飽和度調(diào)整飽和度3-75 吸管工具 吸管工具選擇前景色和背景色 采樣前景色：單擊圖像中某種顏色 采樣背景色：Alt單擊圖像中某種顏色 吸管工具選擇多像素顏色平均采樣3.4 圖

18、像處理軟件3-76 油漆桶工具 油漆桶工具是根據(jù)指定的色差范圍，對圖像進(jìn)行顏色或圖案填充。 顏色相近程度：容差值3.4 圖像處理軟件3-77 漸變工具 漸變工具可以創(chuàng)建多種顏色間的逐漸混合，在圖像或選區(qū)中形成顏色過渡的漸變效果。 漸變樣式：線性漸變、徑向漸變 角度漸變、對稱漸變 菱形漸變 3.4 圖像處理軟件3-78三、圖層的應(yīng)用 1.圖層及其作用 圖層是一張張疊起來的透明膠片，每張透明膠片上可以有不同的畫面內(nèi)容。3.4 圖像處理軟件3-79 圖層的作用： 圖像中各部分可獨立處理。 各層通過不同模式混合，可產(chǎn)生不同效果。 圖層控制面板：3.4 圖像處理軟件3-80 2.圖層的使用 創(chuàng)建圖層：“

19、創(chuàng)建新圖層”按鈕。 選擇圖層：單擊該圖層。 移動圖層：拖動到指定位置。 復(fù)制圖層：拖放到“創(chuàng)建新的圖層”按鈕。 刪除圖層：拖放到“刪除圖層”按鈕。 合并圖層：圖層能輔助圖像進(jìn)行編輯，但圖層過多將占據(jù)很大的磁盤空間。3.4 圖像處理軟件3-81 3.圖層的設(shè)置 設(shè)置圖層樣式：雙擊圖層縮覽圖 圖層/圖層樣式/混合選項3.4 圖像處理軟件混合模式是一個數(shù)學(xué)公式，將上層圖像的顏色值和下層圖像的顏色值代入公式進(jìn)行運算，得到結(jié)果圖像的顏色值。3-824.圖層的應(yīng)用-例題圖像合并效果+=3.4 圖像處理軟件操作：打開兩個圖像文件。選擇矩形選框工具，將選區(qū)拖曳到另一圖像中。選擇編輯/變換/縮放，并放到合適位置

20、。將混合模式設(shè)為“變亮”。復(fù)制并移動圖像至合適位置。比較上下兩圖的顏色，選擇其中較亮的顏色為結(jié)果色3-833.4 圖像處理軟件例題人像風(fēng)格攝影朦朧美感操作：打開人像素材圖片。復(fù)制圖層中背景層。濾鏡/模糊/高斯模糊(8像素)。背景副本層混合模式選擇濾色。復(fù)制圖層中背景副本層。背景副本2層混合模式選柔光。背景副本/2層調(diào)整不透明度。濾色模式將上層的互補色與下層相乘得到結(jié)果色，類似將兩張幻燈片分別用兩臺幻燈機(jī)同時放映到同一位置。柔光模式根據(jù)上層的情況選擇使下層圖像變暗或變亮，此效果與發(fā)散的聚光燈照在圖像上相似。3-84例題鉛筆畫效果3.4 圖像處理軟件操作：打開素材圖像。圖像/調(diào)整/去色。圖層中背景

21、層復(fù)制。圖像/調(diào)整/反相?；旌夏Ｊ竭x擇線性減淡。濾鏡/其他/最小值。反相操作的計算公式是B=255-A,即某個像素反相前的亮度值為A,則反相后的亮度值為255-A。線性減淡模式的計算公式是C=A+B。最小值濾鏡用指定半徑范圍內(nèi)的像素的最小亮度值替換當(dāng)前像素亮度值，從而縮小高光區(qū)域，擴(kuò)大暗調(diào)區(qū)域。因此對于周邊區(qū)域明暗變化很小的像素來說其亮度值變化不大。3-85四、通道與蒙版 1.通道及其作用 通道是圖像中各種單色分量的分布狀態(tài)。 通道的作用：存儲彩色信息。 保存選擇區(qū)域。 通道控制面板：3.4 圖像處理軟件3-86 通道的種類： 顏色通道 用來存儲圖像色彩，與色彩模式有關(guān)。 RGB通道、紅色通道

22、、綠色通道、藍(lán)色通道 Alpha通道 用來保存選區(qū)，它是一幅256色灰度圖像。 黑透明區(qū)，白不透明區(qū) 專色通道：對應(yīng)特殊的預(yù)混油墨(印刷用)3.4 圖像處理軟件3-87 2.通道的使用 切換通道：單擊通道 新建通道：單擊“創(chuàng)建新通道”按鈕 復(fù)制通道：通道控制面板菜單/復(fù)制通道 刪除通道：拖放到“刪除當(dāng)前通道”按鈕 3.通道與選區(qū)的轉(zhuǎn)換 將選區(qū)存儲到通道 將通道載入為選區(qū)3.4 圖像處理軟件3-88 4.蒙版及其作用 蒙版是蒙在圖像上用來保護(hù)圖像的一層板。 蒙版的作用：用來保護(hù)被遮蔽的區(qū)域。 可以與選區(qū)相互轉(zhuǎn)換。 操作過程：選取需要修改的圖像區(qū)域。 單擊快速蒙版模式編輯工具。 使用橡皮擦工具等對

23、蒙版區(qū)域進(jìn)行編輯。 單擊標(biāo)準(zhǔn)模式編輯工具(蒙版選區(qū))。3.4 圖像處理軟件3-89例題人像美白效果3.4 圖像處理軟件操作：打開人像素材圖片。在圖層調(diào)板中復(fù)制背景層，將該層的混合模式設(shè)置為濾色。在通道調(diào)板中按住Ctrl鍵并單擊綠通道，將其轉(zhuǎn)換為選區(qū)載入。在圖層調(diào)板中單擊添加蒙版按鈕，將選區(qū)轉(zhuǎn)換為圖層蒙版。在圖層調(diào)板中復(fù)制背景副本，將新層的混合模式設(shè)置為柔光。添加一個柔光圖層是適當(dāng)增加對比度3-90五、典型濾鏡效果 1.濾鏡及其種類 濾鏡來源于攝影的濾光鏡，它是經(jīng)過分析圖像中各像素值，根據(jù)不同的功能要求，調(diào)用不同的運算模塊處理圖像，以達(dá)到特殊的效果。 濾鏡的種類： 內(nèi)置濾鏡：3個擴(kuò)展濾鏡、14組

24、濾鏡 外掛濾鏡：KPT effects Eys Candy 40003.4 圖像處理軟件3-91 濾鏡的操作過程： 打開圖像文件，選中要處理的區(qū)域；若要處理整個圖象，則不需要選區(qū)域。 選擇某個濾鏡的菜單命令，若出現(xiàn)對話框，可調(diào)整其參數(shù)以得到不同特殊效果的圖像。3.4 圖像處理軟件3-92 2.內(nèi)置濾鏡 抽出濾鏡：可將前景對象從背景中抽出。 使用方法：打開圖片濾鏡/抽出。 邊緣高光器工具沿邊界繪制選取框。 填充工具單擊要保留區(qū)域。 單擊預(yù)覽按鈕確定。 液化濾鏡 可逼真地模擬液體流動的效果，制作扭曲、膨脹和旋渦等變形操作。3.4 圖像處理軟件3-93 圖案生成濾鏡 可制作無縫平鋪圖案，適用于網(wǎng)頁背

25、景。 像素化濾鏡組 用來將圖像分塊或?qū)D像平面化(背景)。 晶格化：使相近的有色像素集中到一個像素的多角形網(wǎng)格中。 馬賽克：使圖像產(chǎn)生馬賽克方塊效果。3.4 圖像處理軟件3-94 扭曲濾鏡組 按照各種方式在幾何意義上扭曲一幅圖像。 切變：按設(shè)定的彎曲路徑來扭曲圖像。 球面化：使圖像產(chǎn)生球化彎曲。 模糊濾鏡組 減少相鄰像素對比度，達(dá)到柔化圖像效果。 徑向模糊：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)模糊或放射模糊效果。 高斯模糊：利用高斯曲線的分布模式，有選擇地模糊圖像。3.4 圖像處理軟件3-95例題制作速寫效果。操作： 濾鏡/模糊/特殊模糊品質(zhì)=高 模式=邊緣優(yōu)先 閾值越大線條越少反相Ctrl+I3.4 圖像處理軟件3-96 渲染濾