計算機圖象基礎(chǔ)

主要內(nèi)容人眼視覺特性顏色顏色模型錯覺的一些例子3/8/20231中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部人眼視覺特性視覺系統(tǒng)對顏色的感知對比度辨別力馬赫效應視覺惰性可見光范圍視覺錯覺3/8/20232中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部視覺系統(tǒng)對顏色的感知顏色是視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果。3/8/20233中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部三刺激理論絕大部分可見光譜對眼睛的刺激效果都可以用紅（700nm）、綠（546.1）、藍（435.8nm）三色光按不同比例和強度的混合來等效表示。3/8/20234中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部對比度（Contrast）由于背景的不同人眼對于色調(diào)和亮度的感覺也不相同3/8/20235中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部辨別力人眼辨別率的張角(眼睛的辨別率指眼睛能夠辨別兩個相鄰近的點或線的實力，通常以剛能被分開的兩點或兩線對眼睛瞳孔中心的張角來表示)是6分，即0.1度，也就是圓周的1／36003/8/20236中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部馬赫效應(Machbandeffect)有確定反差的圖象臨界部位，在視覺上給人以特殊白或特殊黑的感覺視覺心理學3/8/20237中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部視覺惰性圖象一旦在視網(wǎng)膜上形成，視覺將會對這個圖象的感覺維持一個有限的時間，這種生理現(xiàn)象叫做視覺暫留性。對于中等亮度的光刺激，視覺暫留時間約為0.05至0.2秒。視覺暫留性事實上是近代電影與電視的基礎(chǔ)，因為運動的視頻圖象都是運用快速更換靜態(tài)圖象，利用視覺暫留性而在大腦中形成圖象內(nèi)容連續(xù)運動感覺的。光柵掃描技術(shù)、計算機動畫設(shè)計也利用了視覺暫留性，精確支配視覺暫留時間。3/8/20238中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部可見光譜1666年牛頓(IssacNewton1643~1727)以三棱鏡分解太陽光，發(fā)覺其由很多不同色光諸如紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等所組成。3/8/20239中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部視覺錯覺感覺常常給我們錯誤的印象，從而也影響到我們的相識。視覺錯覺是最明顯的例子。大量的試驗說明視覺錯覺不僅存在，而且?guī)缀醪荒苡喺?。視察附錄的例?/8/202310中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部主要內(nèi)容人眼視覺特性顏色顏色模型錯覺的一些例子3/8/202311中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部顏色白色及顏色光譜一般的白光—由陽光或燈泡發(fā)出的白光，它包含了虹的全部顏色。讓白光通過棱鏡就會折射出彩色光譜。一般可以分解成為紅，橙，黃，綠，蘭，靛，紫七色—組成了可見光光譜。這就是人類肉眼可見光的電磁譜的頻率。3/8/202312中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部光是一種電磁波可見光波長范圍380nm~780nm。380nm以下：紫外線(Ultraviolet)380nm~450nm：紫(Violet)450nm~490nm：藍(Blue)490nm~560nm：綠(Green)560nm~590nm：黃(Yellow)590nm~630nm：橙(orange)630nm~780nm：紅(red)780nm以上：紅外線(Infrared)3/8/202313中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部色盲測試石原氏(Ishihar)色盲測試圖(圖中數(shù)字為17)人眼對顏色反應的差異3/8/202314中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部光譜與顏色可見光譜的每一部分都有它自己唯一的值，它被稱之為顏色。理論上可以有多數(shù)種顏色，但人眼能區(qū)分的顏色是有限的。人眼有把多種顏色相混合的實力,可即多種波長的光相混呈一種顏色。人眼看到的顏色事實上是由多種顏色相混后的結(jié)果，光是用波長來測量的。光與任何能量波一樣具有波動的波峰及波谷。光的能量可以用兩個波峰(或波谷)之間的距離來測量。人能見到不同的光波長則呈不同的顏色。長波長看起來呈紅色，而較短波長看起來呈藍色。光是由很多不同的波長構(gòu)成的，白光含有全光譜的波長。3/8/202315中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部色調(diào)（Hue）色調(diào)反映顏色的類別，如紅色、綠色、藍色等。色調(diào)大致對應光譜分布中的主波長。3/8/202316中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部飽和度（Saturation）飽和度是指彩色光所呈現(xiàn)顏色的深淺或純凈程度。對于同一色調(diào)的彩色光，其飽和度越高，顏色就越深，或越純；而飽和度越小，顏色就越淺，或純度越低。高飽和度的彩色光可因摻入白光而降低純度或變淺，變成低飽和度的色光。100%飽和度的色光就代表完全沒有混入白光的純色光。3/8/202317中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部光明度（Luminance）光明度是光作用于人眼時引起的光明程度的感覺。一般來說，彩色光能量大則顯得亮，反之則暗。大量試驗表明，人的眼睛能辨別128種不同的色調(diào)，10－30種不同的飽和度，而對亮度特別敏感。人眼大約可以辨別35萬種顏色。3/8/202318中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部主要內(nèi)容人眼視覺特性顏色顏色模型錯覺的一些例子3/8/202319中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部顏色模型（colormodel）用來精確標定和生成各種顏色的一套規(guī)則和定義。某種顏色模型所標定的全部顏色就構(gòu)成了一個顏色空間。HSL顏色模型：對于人來說，用色調(diào)、飽和度和亮度來定義顏色。RGB顏色模型：對于顯示設(shè)備來說，用紅、綠、藍熒光體的發(fā)光量來描述顏色。CMYK顏色模型：對于打印設(shè)備來說，運用青色、品紅、黃色和黑色顏料的用量來指定顏色。3/8/202320中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部顯示辨別率計算機屏幕上的每一個象素(pixel)對應內(nèi)存中的一個數(shù)值，顯示硬件說明該數(shù)值，以產(chǎn)生實際的色點。屏幕上象素的點數(shù)及顏色值確定了顯示的解析度。屏幕上水平方向的象素個數(shù)叫水平解析度，每一列上象素的個數(shù)叫垂直解析度。640×480800×6001024×7681280×10241600×12803/8/202321中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖像辨別率指組成一副圖像的像素的密度，一般用單位長度上包含像素的個數(shù)來衡量。常用單位為DPI（dotsperinch），即每英寸多少點。3/8/202322中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部顏色深度1位2種顏色2位4種顏色4位16種顏色8位256種顏色16位65536種顏色24位1677萬種顏色32位1677萬種顏色和256級灰度值36位687億種顏色和4096級灰度值3/8/202323中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部計算機顯示器顏色定義標準VGA顯示模式是8位顯示模式，即在該模式下能顯示256種顏色高彩色（HICOLOR）顯示是16位顯示模式，能顯示65536種顏色，也稱64K色真彩色（TRUECOLOR）顯示模式是24位顯示模式，能顯示1677萬種顏色，也稱16M色，這是現(xiàn)在一般PC機所能達到的最高顏色顯示模式，在該模式下看到的真彩色圖象的色調(diào)已和高清晰度照片沒什么差別了。3/8/202324中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖象文件存儲顏色格式圖象文件的存儲格式特別多，例如TRUEVISION公司設(shè)計的32位TGA文件格式，在該種格式文件中，32位被分為兩部分，其中24位是顏色部分，另外8位是ALPHA值部分，記錄著256級灰度，用以加強真彩色的質(zhì)量。3/8/202325中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部放射光與反射光放射光是激勵光源發(fā)出的光，如陽光，燈光或計算機監(jiān)視器等。反射光是從物體表面上被反射的光，在視察任何一種非發(fā)光物體時，人眼能見到的是反射光。放射光可以是全彩色(白光)或是任何幾種光的組合或僅是一種特殊的光。放射光由光源直射人們的眼睛時，便可以望見帶色光源發(fā)出的顏色，從物體上反射出來的光，顏色是可以變更的。因為從光源中發(fā)出的一些光的能量可被物體吸取，只有那些沒有被吸取的能量或顏色被反射出去而被人們的眼睛所接收。3/8/202326中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖像的RGB和CMYK色調(diào)模型計算機監(jiān)視器上的顏色與打印出來的顏色運用不同的原理。在CG（電腦圖像）設(shè)計中，運用RGB色調(diào)模式RGB色調(diào)模式是工業(yè)界的一種顏色標準，是通過對紅(R)、綠(G)、藍(B)三個顏色通道的變更以及它們相互之間的疊加來得到各種各樣的顏色的，這個標準幾乎包括了人類視力所能感知的全部顏色，是目前運用最廣的顏色系統(tǒng)之一。CMYK色調(diào)模式印刷的顏色標準3/8/202327中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部RGB色調(diào)模式在顯示器上，是通過電子槍打在屏幕的紅、綠、藍三色發(fā)光極上來產(chǎn)生色調(diào)的。目前的電腦一般都能顯示24位顏色，約有一百萬種以上的顏色。它所顯示的顏色還不能完全吻合自然界中的全部色調(diào)的，但我們?nèi)庋蹘缀跏遣荒芊洲q出來了。3/8/202328中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部加法混合(AdditiveColorsystems)RGB是以顏色發(fā)光的原理來設(shè)計，通俗點說它的顏色混合方式就好象有紅、綠、藍三盞燈，當它們的光相互疊加時，色調(diào)相混，而亮度等于三者亮度之總和，即加法混合。有色光可被無色光沖淡并變亮。如藍色光與白光相遇，結(jié)果是產(chǎn)生更加光明的淺藍色光。紅、綠、藍三個顏色通道每種色各分為255階亮度，在0時“燈”最弱，而在255時“燈”最亮。當三色數(shù)值相同時為無色調(diào)的灰度色，而三色都為255時為最亮的白色，都為0時為黑色。3/8/202329中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部CMYK色調(diào)模式用反光的原理來設(shè)計特地針對印刷業(yè)設(shè)定的顏色標準，是通過對青(C)、洋紅(M)、黃(Y)、黑(K)四個顏色變更以及它們相互之間的疊加來得到各種顏色的，CMYK即是代表青、洋紅、黃、黑四種印刷專用的油墨顏色，也是Photoshop軟件中四個通道的顏色。3/8/202330中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部減法混合(SubtractiveColorsystems)CMYK是以光線的反射原理來設(shè)計，所以它的混合方式剛好與RGB相反，是“減法混合”——當它們的色調(diào)相互疊合的時候，色調(diào)相混，而亮度卻會減低。在軟件中，青、洋紅、黃、黑四個通道顏色每種各按百分率記算，100％時為最深，0％時最淺，而黑色和顏色混合幾乎沒有太大關(guān)系，它的存在大多是為了便利地調(diào)整顏色的明暗亮度。與加法混合一樣，三色數(shù)值相同時為無色調(diào)的灰度色。在現(xiàn)實中，打印用的墨水很少能吸取全部光，因而這三種顏色相組合時形成深棕色，為了解決這個問題，在印刷和打印時加入黑墨以打印真正的黑色色調(diào)。3/8/202331中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部光線怎樣通過印刷品進入眼睛把四種不同的油墨相疊地印在白紙上后，由于油墨是有透亮度的，大部分光線第一次會透過油墨射向紙張，而白紙的反光率是較高的，大部分光線經(jīng)白紙反射后會其次次穿過油墨，然后射向眼睛，此時間線對油墨的透射就產(chǎn)生了色調(diào)效果。事實上這時我們就好象在看著多個重疊的有色玻璃一般，光線多穿過一層，亮度就降低一些，而顏色也會相互混合一次.3/8/202332中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部光線怎樣通過印刷品進入眼睛3/8/202333中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部RGB與CMYK顏色轉(zhuǎn)換四色打印機接受CMYK顏色系統(tǒng)。RGB轉(zhuǎn)換成CMYK時，關(guān)鍵問題是顏色保證能夠從一種模式轉(zhuǎn)換到另一種模式。RGB是基于放射光原理，而CMYK是基于反射光原理的，這兩種光根本性質(zhì)是不相同的，因此，在監(jiān)視器上所見到的圖形的顏色決不能在打印機中被精確地復制出來。因為要克服在打印過程中需加入黑墨的問題。把RGB文件轉(zhuǎn)換成CMYK文件時顏色深度用32位表示。3/8/202334中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部RGB模型到CMYK模型的轉(zhuǎn)換分色算法（F代表明色）3/8/202335中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部RGB和CMYK色調(diào)模式比較CMYK顏色種數(shù)少于RGB顏色。色調(diào)不如RGB色豐富飽滿。CMYK顏色種數(shù)沒有RGB色多，當圖像由RGB色轉(zhuǎn)為CMYK色后顏色會有部分損失（從CMYK轉(zhuǎn)到RGB則沒有損失）。CMYK是唯一一種能用來進行四色分色印刷的顏色標準。加法混合的特點：越疊加越亮。減法混合的特點：越疊加越暗。3/8/202336中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部顏色的輸入3/8/202337中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部用二值圖模擬灰度圖(圖象打印)因為非彩色打印機只能打出黑點，常常用半色調(diào)點(halfloneSpots)來模擬產(chǎn)生灰度色調(diào)(gyaytones)。它們利用人視覺效應能把黑點及白色空間相組合而形成灰度的原理，通過黑點的排列組合便可模擬灰度等級。平板印刷術(shù)從十九世紀初就接受這一原理。半色調(diào)——把一個區(qū)域上的灰度分解成很多單個黑點的打印機理。半色調(diào)還用一種顏色模擬不同的色調(diào)。3/8/202338中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部半色調(diào)很多小黑點結(jié)合看起來呈灰色。這里都涉及到了肉眼的辨別實力，即視覺辨別角。視覺辨別角是指人類肉眼能辨別出的兩個點的最小視角。假照實際視角小十此值，人眼就覺得這是一個點，看不出構(gòu)成圖像的像素點，圖像就勻整自然。正常視力者這個角度在1’--1.5，之間。3/8/202339中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部打印機表現(xiàn)半色調(diào)打印機半色調(diào)灰度由柵格中的點圖案構(gòu)成3/8/202340中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部打印機表現(xiàn)半色調(diào)的例子用300dpi辨別率的激光打印機打印一個256種灰度值圖時產(chǎn)生了很大的半色調(diào)單元3/8/202341中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部印刷半色調(diào)印刷半色調(diào)3/8/202342中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部抖動算法抖動的例子：彩色噴墨打印機3/8/202343中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖象處理理論圖像處理的色度學基礎(chǔ)色調(diào)混合定律，色調(diào)視覺理論，明視覺與暗視覺，馬赫效應與光強效應，三色系統(tǒng)與視覺模型，色調(diào)表示方法，標準色度學系統(tǒng)，孟塞爾標色系統(tǒng)，奧斯瓦爾德標色法數(shù)字圖像的計算機模式，圖像的輸入模式，圖像的輸出模式，通道演算及合成濾鏡功能與分色校色批處理，清晰度與質(zhì)感濾鏡，暈開Blur，銳化Sharpen，底紋Texture，粒化Noise變形與表現(xiàn)法濾鏡：點陣Pixelate，扭曲Distort，風格Stylize，水印Digimarc藝術(shù)化與著色濾鏡：素描Sketch，描繪BrushStroke，渲染Render，美術(shù)Artistic3/8/202344中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部彩色→灰度轉(zhuǎn)換公式亮度方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B3/8/202345中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖象整數(shù)倍放大整數(shù)倍放大3/8/202346中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖象插值放大像素插值：線形插值三次插值3/8/202347中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部點陣（光柵）圖像素：圖象元素空間尺寸：長、寬相對尺寸、物理尺寸、辨別率。與設(shè)備有關(guān)，顯示器、打印機舉例。顏色深度：1位，黑白；4位，16色；8位，256色或灰度；24位，16兆色(字節(jié)的倍數(shù))尺寸、顏色深度、圖象存儲文件格式與文件大小特點：自然、真實感；消耗大量存儲器；編輯困難3/8/202348中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖象處理放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、翻傳、變形辨別率亮度、對比度、色調(diào)、色度、平衡、映射顏色深度轉(zhuǎn)換平滑、銳化去躁聲（斑點）、加躁聲（斑點）特殊效果演示3/8/202349中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部伽馬(γ)校正各種涉及到光電轉(zhuǎn)換的設(shè)備的輸入輸出特性曲線一般是非線性的，且表現(xiàn)為冪函數(shù)的形式：y＝xn輸出＝(輸入)γ（依據(jù)慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到0～1之間）。所以整個圖像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是一個冪函數(shù)。＝1×2×…×n3/8/202350中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖象文件格式的存儲演示：圖象文件存儲格式不同，大小不同。不壓縮圖象尺寸計算舉例：

24位彩色：1024×1024×3=3145728字節(jié)

8位彩色：1024×1024×1=1048576字節(jié)3/8/202351中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部Web頁面圖象格式1－GIFDOS文件擴展名：gif256色LZW壓縮技術(shù)(無損壓縮算法)87a及89a版本。98a版本支持動畫、透亮處理GIF圖象演示：1.動畫；2.透亮；3.彩色丟失圖象全部像素顏色相近時，轉(zhuǎn)換為GIF格式，信息丟失較少GIF動畫制作演示3/8/202352中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部Web頁面圖象格式2－JPGJointPhotographicExpertsGroupDOS文件擴展名：jpg有損壓縮算法，壓縮比的大小影響信息損失多少。圖象變更大的地方損失大。16兆種顏色，32位顏色深度壓縮比和信息丟失演示3/8/202353中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部矢量圖形計算機用吩咐及數(shù)學公式描述物體。例如：畫圓心坐標為X=100，Y=100，半徑為20像素的圓?？捎梅愿辣硎緸椋?/p>

MOVETO100,100 CIRCLE20放大、縮小時不會失真可編輯單個物體節(jié)約存儲器空間常用軟件：CorelDRAW、CAD軟件不自然、困難3/8/202354中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部圖像的分類矢量圖形 點陣圖3/8/202355中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部點陣和矢量圖的轉(zhuǎn)換矢量→點陣：示例點陣→矢量：轉(zhuǎn)換軟件3/8/202356中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部MPG－動態(tài)壓縮技術(shù)MP2－動態(tài)圖象壓縮技術(shù)，VCDMP3－動態(tài)聲音壓縮技術(shù)?？蓧嚎s10倍以上。 CD: 74分鐘÷20首=3.7分鐘/首 640M÷20首=32M/首MP43/8/202357中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部數(shù)制轉(zhuǎn)換數(shù)制： 二進制：0，1 十進制：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9 十六進制：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，A，B， C，D，E，F(xiàn)數(shù)制的轉(zhuǎn)換：可用附件中的計算器數(shù)制的轉(zhuǎn)換示范3/8/202358中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部主要內(nèi)容人眼視覺特性顏色顏色模型錯覺的一些例子3/8/202359中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部附錄一：錯覺這是一組很簡潔產(chǎn)生錯覺的圖像，留意！可別讓眼睛欺瞞你哦……在右邊的圖中，你望見了一個旋渦嗎？其實它們是一個個同心圓。3/8/202360中國科學院西安網(wǎng)絡(luò)中心版權(quán)全部