第5章數(shù)字圖像處理與實(shí)驗(yàn)

第5章數(shù)字圖像處理與實(shí)驗(yàn)5.1多媒體數(shù)字圖像處理技術(shù)圖像與數(shù)字圖像5.1.2圖像的表示1.空間圖像與平面圖像的形式化表示

空間圖像函數(shù)可表示為：I=f(x,y,z,λ,t)，

平面圖像函數(shù)g可表示為：g=f(x,y,λ,t)，其中，I為像素的光強(qiáng)度。2.二維平面圖像的矩陣表示

二維平面圖像有若干個點(diǎn)組成，縱橫的若干個點(diǎn)的值組成圖像的矩陣，矩陣中的每一個元素就是像素值。數(shù)字圖像中的每一個像素對應(yīng)于矩陣中相應(yīng)的元素。把數(shù)字圖像表示成矩陣的優(yōu)點(diǎn)在于能應(yīng)用矩陣?yán)碚搶D像進(jìn)行分析處理。一幅M×N的數(shù)字圖像可用矩陣表示為：5.1.3圖像的數(shù)字化過程數(shù)字化(digitizing)是將一幅圖像從其原來的形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的處理過程?！稗D(zhuǎn)換”是非破壞性的，因原始圖像未被破壞掉。數(shù)字化的逆過程是顯示(display)，即由一幅數(shù)字圖像生成一幅可見的圖像，常用的等價詞有“回放”和“圖像重建”。圖像數(shù)字化的目的是把真實(shí)的圖像轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接受的顯示和存儲格式，更有利于計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。圖像的數(shù)字化過程分為采樣、量化與編碼三個步驟。1.圖像的采樣圖像采樣就是將二維空間上連續(xù)的圖像用許多等距的水平線與豎直線分割成網(wǎng)狀的過程。網(wǎng)狀中的每個小方形區(qū)域稱為像素點(diǎn)，像素點(diǎn)是計(jì)算機(jī)生成和再現(xiàn)圖像的基本單位，通過像素點(diǎn)的亮度值或色彩值來表示圖像。在進(jìn)行采樣時，采樣點(diǎn)的間隔的選取決定了采樣后的圖像是否能真實(shí)地反映原圖像的程度。一般說來，原圖像中的畫面越復(fù)雜，色彩越豐富，則采樣間隔應(yīng)越小。 根據(jù)信號的采樣定理，要從取樣樣本中精確地復(fù)原圖像，采樣的頻率必須大于或等于源圖像最高頻率分量的2倍。2.圖像的量化把采樣后所得到的這些連續(xù)量表示的像素值離散化為整數(shù)值的操作叫量化。把在圖像量化時所確定的離散取值的個數(shù)稱為量化等級(QuantizationLevels)，它實(shí)際表示的是圖像所具有的顏色總數(shù)或灰度值。量化字長（也稱顏色深度）量化字長越大，所得到的量化級數(shù)也就越多，則越能真實(shí)地反映原有圖像的顏色。5.1.4圖像的壓縮與編碼1．圖像信息為什么能壓縮圖像信息之所以能進(jìn)行壓縮是因?yàn)樾畔⒈旧硗ǔ４嬖诤艽蟮娜哂嗔咳说囊曈X和聽覺對某些信號(如顏色，聲音)不那么敏感的生理特性。

圖5-4連續(xù)的幾幀畫面存在著相似性數(shù)字化圖像的存儲，以磁盤文件形式保存，稱為圖像文件。圖像文件的大小與圖像的分辨率和圖像顏色深度（量化字長）有關(guān)。

圖像分辨率越高，圖像顏色深度越大，則圖像的質(zhì)量越好，圖像的存儲容量也就越大。一幅未經(jīng)壓縮的圖像文件的存儲容量可以按照下面的公式進(jìn)行估算：

圖像存儲容量（字節(jié)）=分辨率×顏色深度/82.數(shù)據(jù)壓縮與編碼分類（1）數(shù)據(jù)壓縮的分類有損壓縮無損壓縮（2）經(jīng)典壓縮編碼預(yù)測編碼變換編碼統(tǒng)計(jì)編碼（3）其它編碼方法5.1.5圖像處理中的色彩模型

圖5-5光的色散實(shí)驗(yàn)原理1.色彩的三要素亮度、色度和飽和度色調(diào)：物體的色調(diào)與光波的波長有關(guān)，不同的波長反映不同的顏色感。飽和度（Saturation）是指顏色的純度，或者說是指顏色的深淺程度，即摻入白光的程度。對于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深顏色越鮮明，或越純。

圖5-6色調(diào)的飽和度2.什么是色彩模型色彩空間

圖5-7色彩空間是一個三維的模型3.色域（Colorgamut）色域是一個彩色系統(tǒng)能夠顯示或打印的顏色范圍圖5-8三種彩色模型的色域顏色范圍4.RGB模型三基色（tri-chrominanceprimary）原理5.HSL模型H為顏色的色調(diào)，改變數(shù)值可生成不同的顏色表示；S為顏色的飽合度，可使顏色變亮或變暗；L為顏色的亮度參量。圖5-10Windows“畫圖”程序中提供的HSL模型6.CMYK模型彩色打印機(jī)和彩色印刷都是采用CMYK模型實(shí)現(xiàn)彩色輸出的。圖5-11四色印刷基于C、M、Y、K四種顏色疊印的原理7.Lab模型圖5-12Lab模型5.1.6位圖繪畫與數(shù)字化繪圖板

圖5-14數(shù)字化繪圖板位圖繪畫，就是使用繪圖工具在繪圖軟件中進(jìn)行圖像處理與編輯，是在屏幕上畫出每一個像素的過程。數(shù)字化繪圖板是提供繪畫創(chuàng)作人員的壓感輸入型設(shè)備，其類型可分為標(biāo)準(zhǔn)型或嵌入顯示器型5.1.7圖像文件格式

圖5-15常用的圖像文件格式1.BMP2.JPEG3.GIF4.PSD格式5.TIFF格式6.PNG格式7．其他格式5.2PhotoshopCS4界面與工具5.2.1PhotoshopCS4界面1.菜單欄2.工具箱3.工具選項(xiàng)欄4.狀態(tài)欄5.畫布窗口6.浮動控制面板工具箱的使用5.2.3理解Photoshop的三大核心功能──圖層、通道、蒙版1.圖層（Layer）圖5-36圖層的概念2.通道（Channel）圖5-20通道窗口通道層同一個圖像層之間最根本的區(qū)別在于：圖層的各個象素點(diǎn)的屬性是以紅綠藍(lán)三原色的數(shù)值來表示的，而通道層中的象素顏色是由一組原色的亮度值組成的?；蛘哒f，通道中只有一種顏色的不同亮度，是一種灰度圖像。3.蒙版（mask）蒙版是一種特殊的選區(qū)，目的是要保護(hù)選區(qū)的圖像不被操作。在PhotoshopCS中，主要包括通道蒙版、快速蒙版和圖層蒙版3種類型的蒙版。5.3PhotoShopCS4基本實(shí)驗(yàn)5.3.1實(shí)驗(yàn)1：齒輪的制作1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)例的學(xué)習(xí)，掌握PhotoShop工具箱多種工具的使用、以及“圖層樣式”和“濾鏡”的使用方法。2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制作一個具有金屬質(zhì)感的齒輪。3.實(shí)驗(yàn)步驟（1）齒輪基本造形（2）齒輪填充（3）制作齒輪軸心（4）以“齒輪.psd”為文件名存盤。實(shí)驗(yàn)5-2：奇妙的濾鏡──高爾夫球的制作1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獬Ｓ脼V鏡的相關(guān)知識以及功能，通過實(shí)例的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步掌握PhotoshopCS中濾鏡的使用方法，同時能應(yīng)用相關(guān)的濾鏡創(chuàng)建圖像特效。2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合運(yùn)用“玻璃”、“渲染”、“球面化”等多種濾鏡特效來完成“高爾夫球”特效制作。3.實(shí)驗(yàn)步驟（1）高爾夫球的基本造形（2）進(jìn)行球面化、光暈、投影處理

（3）設(shè)置背景（4）以“高爾夫球.psd”為文件名存盤

實(shí)驗(yàn)5－3圖像合成—圖層蒙版的使用1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)例的學(xué)習(xí)，用圖層蒙版實(shí)現(xiàn)圖像合成，掌握圖層蒙版的初步使用。2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用圖層蒙版和圖層編輯，使兩幅圖像合為一體，制作“圖像合成”效果。圖層蒙版的使用的結(jié)果圖5-62圖像素材圖5-68合成后的圖像效果3.實(shí)驗(yàn)步驟（1）導(dǎo)入素材林蔭道.jpeg”和“老虎.jpeg”

（2）設(shè)置蒙板（3）遮蓋老虎輪廓之外的部分

（4）