圖像的數(shù)字化與顯示

圖像的數(shù)字化與顯示第1頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1連續(xù)圖像的數(shù)學(xué)描述

一幅圖像可以被看作是空間各點(diǎn)光強(qiáng)度的集合。對(duì)于二維圖像，可以把光強(qiáng)度I看作是隨空間坐標(biāo)（x,y）、光線波長(zhǎng)和時(shí)間t變化的連續(xù)函數(shù)：（2.1）第2頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果只考慮光的能量而不考慮其波長(zhǎng)圖像在視覺上表現(xiàn)為灰色影像--灰度圖像：（2.2）靜止灰度圖像：（2.3）第3頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般地，一個(gè)完整的圖像處理系統(tǒng)輸入和顯示的都是便于人眼觀察的連續(xù)圖像（模擬圖像）。為了便于數(shù)字存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)處理可以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換（A/D）將連續(xù)圖像變?yōu)閿?shù)字圖像。第4頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2圖像場(chǎng)取樣2.2.1取樣和量化的基本概念數(shù)字化包括取樣和量化兩個(gè)過程：取樣：對(duì)空間連續(xù)坐標(biāo)(x,y)的離散化量化：幅值f(x,y)的離散化數(shù)字化圖像所需的主要硬件：采樣孔、圖像掃描機(jī)構(gòu)、光傳感器、量化器、輸出存儲(chǔ)體第5頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（a）連續(xù)圖像（b）數(shù)字化結(jié)果圖2.1圖像的數(shù)字化過程第6頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（c）像素（d）灰度級(jí)圖2.1圖像的數(shù)字化過程第7頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一幅連續(xù)圖像f(x,y)被取樣，則產(chǎn)生的數(shù)字圖像有M行和N列。坐標(biāo)(x,y)的值變成離散值，通常對(duì)這些離散坐標(biāo)采用整數(shù)表示：4行5列－》圖2.2圖像的坐標(biāo)取樣和量化的結(jié)果是一個(gè)矩陣第8頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一幅行數(shù)為M、列數(shù)為N的圖像大小為M×N的矩陣形式為：

（2.4）其中矩陣中的每個(gè)元素代表一個(gè)像素第9頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月假定圖像尺寸為M、N，每個(gè)像素所具有的離散灰度級(jí)數(shù)為G這些量分別取為2的整數(shù)冪m，n，k，即M=2m，N=2n，G=2k存儲(chǔ)這幅圖像所需的位數(shù)是：

如果圖像是正方形？圖像尺寸的增加，所需的存儲(chǔ)空間？（2.5）第10頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月采樣網(wǎng)格(a)正方形網(wǎng)格;(b)正六角形網(wǎng)格第11頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2二維采樣圖像在取樣時(shí)，必須滿足二維采樣定理，確保無失真或有限失真地恢復(fù)原圖像。定義二維圖像信號(hào)的傅里葉頻譜為。二維傅里葉正反變換：

（2.6）（2.7）第12頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二維采樣定理：如果2D信號(hào)的傅里葉頻譜滿足其中對(duì)應(yīng)于空間位移變量x和y的最高截止頻率。（2.8）第13頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月則當(dāng)采樣周期滿足此時(shí)，通過采樣信號(hào)能唯一地恢復(fù)原圖像信號(hào)f(x,y)

，且有（2.9）第14頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2.10）（2.11）第15頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（a）原圖像的頻譜（b）采樣信號(hào)的頻譜圖2.3采樣信號(hào)的頻譜第16頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3圖像的量化量化：使連續(xù)信號(hào)的幅度用有限級(jí)的數(shù)碼表示的過程。量化的準(zhǔn)則不同，會(huì)導(dǎo)致不同的量化效果。從不同的角度將量化方法分成4類：（1）按量化級(jí)步長(zhǎng)均勻性均勻量化和非均勻量化。（2）按量化對(duì)稱性對(duì)稱量化和非對(duì)稱量化第17頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.4均勻?qū)ΨQ量化（a）中央上升型（b）中央平穩(wěn)型第18頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（a）中央上升型（b）中央平穩(wěn)型圖2.5非均勻?qū)ΨQ量化第19頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）按量化時(shí)采樣點(diǎn)相互間的相關(guān)性分無記憶和有記憶量化。（4）按量化時(shí)處理的采樣點(diǎn)數(shù)分標(biāo)量量化和矢量量化。第20頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1標(biāo)量量化

標(biāo)量量化：將數(shù)值逐個(gè)量化。例：假設(shè)抽樣信號(hào)的范圍是0~5V，將它分為8等分，這樣就有8個(gè)量化電平，分別是5/8V，10/8V，15/8V，…，35/8V。對(duì)每一個(gè)采樣將它量化為離它最近的電平。在量化后，為了能在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中處理二進(jìn)制碼，還必須經(jīng)過編碼操作。0V用000表示，5/8V用001表示，35/8V用111表示，這樣一來每個(gè)采樣可以用3比特來表示

第21頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月量化器設(shè)計(jì)的任務(wù)：劃分子區(qū)間和設(shè)定量化值，使量化造成的失真最小。失真的度量：使k個(gè)子區(qū)間的總誤差平方最小或是當(dāng)造成的失真人眼看不出時(shí)，失真最小。當(dāng)概率分布為p(z)，量化值為qi時(shí)（2.12）第22頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻量化將均分成個(gè)k子區(qū)間后，每個(gè)區(qū)間的長(zhǎng)度各子區(qū)間以它的中心位置作為量化值（2.13）（2.14）1.均勻量化（線性量化）第23頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)待量化值在區(qū)間內(nèi)均勻分布時(shí)最?。海?.15）（2.16）第24頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Max量化器是一種非均勻量化器主要思想：不等于常數(shù)，使最小。說明樣本值在某個(gè)取值范圍內(nèi)較頻繁出現(xiàn)，而在另外一些范圍內(nèi)出現(xiàn)不多。可對(duì)樣本值較頻繁出現(xiàn)的取值范圍采用較小的量化區(qū)間，而在其它地方用較大的量化區(qū)間。這樣就可在不增加量化級(jí)數(shù)的條件下，降低平均誤差，減少量化噪聲。2.Max量化器第25頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Max量化器在總誤差平方和最小的意義上是最優(yōu)的。但一般而言，圖像在0附近出現(xiàn)的概率較高，因此Max量化器在0附近必然量化間隔很密，量化較精細(xì)。實(shí)際中，人眼在0附近的分辨率并不靈敏，所以用Max量化器量化得太細(xì)是沒有意義的。第26頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義：將一組采樣的信號(hào)幅度矢量在容許的誤差范圍內(nèi)用更少的離散矢量代替。與標(biāo)量量化相比，矢量量化提供較低的失真，但運(yùn)算量比標(biāo)量量化大得多。原理：一次量化2個(gè)以上采樣點(diǎn)，量化過程需要用到一個(gè)碼書。實(shí)質(zhì)就是在碼書中找到輸入矢量X的最近碼字，其衡量標(biāo)準(zhǔn)就是誤差測(cè)度，通常采用平方誤差測(cè)度。2.3.2矢量量化第27頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.6一維矢量量化第28頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題：原始圖像塊是一個(gè)4灰度級(jí)的16維矢量。矢量的每個(gè)分量就是一個(gè)像素的灰度值，其灰度有四個(gè)等級(jí)，0最黑，3最亮。假設(shè)碼書含4個(gè)16維碼字。經(jīng)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)碼字y1離x最近，故用索引01進(jìn)行編碼。

y1y2y3y4圖2.7原始圖像和灰度級(jí)圖2.8碼書C＝{y1,y2,y3,y4}第29頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目的：對(duì)任一輸入矢量X，在碼書中尋找最佳匹配碼矢Xi。常用的最佳匹配原則：尋求最小誤差。若碼書尺寸為M，矢量X對(duì)應(yīng)碼矢Xi，信號(hào)矢量X的概率密度函數(shù)為p(X)，則總的量化誤差可表示為（2.17）第30頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月矢量誤差j可取1,2,…,p;p屬于正整數(shù)。常用的誤差有：均方絕對(duì)值誤差（MAE）均方誤差（MSE）

（2.18）（2.19）（2.20）第31頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月256灰度級(jí)16灰度級(jí)8灰度級(jí)4灰度級(jí)圖像的量化與數(shù)字圖象的質(zhì)量第32頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2-4不同采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量的影響（a）原始圖像(256×256)；（b）采樣圖像1(128×128)；（c）采樣圖像2(64×64)；（d）采樣圖像3(32×32)；（e）采樣圖像4(16×16)；（f）采樣圖像5(8×8)第33頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2-5不同量化級(jí)別對(duì)圖像質(zhì)量的影響（a）原始圖像(256色)；（b）量化圖像1(64色)；（c）量化圖像2(32色)；（d）量化圖像3(16色)；（e）量化圖像4(4色)；（f）量化圖像5(2色)第34頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月灰度分布效果比較示意圖第35頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻量化效果示意圖第36頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非均勻量化效果示意圖第37頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻量化與非均勻量化的比較第38頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月量化與采樣的效果說明圖例原圖低灰度級(jí)量化低分辨率第39頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第40頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低bit量化的偽輪廓現(xiàn)象示意圖第42頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3圖像輸入輸出設(shè)備

2.3.1圖像輸入設(shè)備

數(shù)字化器是將模擬圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像的數(shù)字化輸入裝置。常用的數(shù)字化器數(shù)碼電視攝像機(jī)數(shù)碼相機(jī)掃描儀等第43頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2圖像輸出設(shè)備

數(shù)字圖像的顯示是圖像數(shù)字化的逆過程（D/A）。在多媒體技術(shù)中，顯示器和其他圖像輸出設(shè)備（如打印機(jī)、膠片紀(jì)錄儀、靜電繪圖儀等）都可以看成為輸出顯示媒體。顯示器是典型的暫時(shí)顯示設(shè)備，而打印機(jī)等永久顯示設(shè)備。第44頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

附：數(shù)字圖像類型

為了方便地處理數(shù)字圖像，根據(jù)數(shù)字圖像的特性將其分成不同的類型。靜態(tài)圖像可分為矢量(Vector)圖和位圖（Bitmap），位圖也稱為柵格圖像。矢量圖是用一系列繪圖指令來表示一幅圖，如AutoCAD中的繪圖語(yǔ)句。這種方法的本質(zhì)是用數(shù)學(xué)(更準(zhǔn)確地說是幾何學(xué))公式描述一幅圖像。圖像中每一個(gè)形狀都是一個(gè)完整的公式，稱為一個(gè)對(duì)象。對(duì)象是一個(gè)封閉的整體，所以定義圖像上對(duì)象的變化和對(duì)象與其他對(duì)象的關(guān)系對(duì)計(jì)算機(jī)來說是簡(jiǎn)單的，所有這些變化都不會(huì)影響到圖像中的其他對(duì)象。第45頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

公式化表示圖像使得矢量圖具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是它的文件數(shù)據(jù)量很?。欢菆D像質(zhì)量與分辨率無關(guān)，這意味著無論將圖像放大或縮小了多少次，圖像總是以顯示設(shè)備允許的最大清晰度顯示。在計(jì)算機(jī)計(jì)算與顯示一幅圖像時(shí)，也往往能看到畫圖的過程。但是，矢量圖有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是不易制作色調(diào)豐富或色彩變化太多的圖像，而且繪出來的圖像不是很逼真，同時(shí)也不易在不同的軟件間交換文件。在CorelDraw和AdobeIllustrator中生成的圖像均為矢量圖第46頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

位圖是通過許多像素點(diǎn)表示一幅圖像，每個(gè)像素具有顏色屬性和位置屬性。位圖可以從傳統(tǒng)的相片、幻燈片上制作出來或使用數(shù)字相機(jī)得到，也可以利用Windows的畫筆(Painbrush)用顏色點(diǎn)填充網(wǎng)格單元來創(chuàng)建位圖。位圖又可以分成如下四種：線畫稿LineArt)、灰度圖像(GrayScale)、索引顏色圖像(IndexColor)和真彩色圖像（TrueColor）。第47頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1位圖

1.線畫稿線畫稿只有黑白兩種顏色，這種形式通常也稱為“黑白藝術(shù)”、“位圖藝術(shù)”、“一位元藝術(shù)”。用掃描儀掃描圖像，當(dāng)設(shè)置成LineArt格式時(shí)，掃描儀以一位顏色模式來看待圖像。若樣點(diǎn)顏色為黑，則掃描儀將相應(yīng)的像素位元置為0，否則置為1。線畫稿適合于由黑白兩色構(gòu)成而沒有灰度陰影的圖像。圖2-6所示是一幅線畫稿圖。第48頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2-6線畫稿圖第49頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.灰度圖像在灰度圖像中，像素灰度級(jí)用8bit表示，所以每個(gè)像素都是介于黑色和白色之間的256（28=256）種灰度中的一種。灰度圖像只有灰度顏色而沒有彩色。我們通常所說的黑白照片，其實(shí)包含了黑白之間的所有灰度色調(diào)。從技術(shù)上來說，就是具有從黑到白的256種灰度色域（Gamut）的單色圖像。第50頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.索引圖像在介紹索引圖像之前，我們首先了解PC機(jī)是如何處理顏色的。大多數(shù)掃描儀都是以24位模式對(duì)圖像進(jìn)行采樣，即可以從圖像中采樣出1670萬種不同的顏色。用這種方式獲得的顏色通常稱為RGB顏色。顏色深度為每像素24位的數(shù)字圖像是目前所能獲取、瀏覽和保存的顏色信息最豐富的彩色圖像，由于它所表達(dá)的顏色遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人眼所能辨別的范圍，故將其稱為“真彩色”。在真彩色出現(xiàn)之前，由于技術(shù)上的原因，計(jì)算機(jī)在處理時(shí)并沒有達(dá)到每像素24位的真彩色水平，為此人們創(chuàng)造了索引顏色。索引顏色通常也稱為映射顏色，在這種模式下，顏色都是預(yù)先定義的，并且可供選用的一組顏色也很有限，索引顏色的圖像最多只能顯示256種顏色。一幅索引顏色圖像在圖像文件里定義，當(dāng)打開該文件時(shí)，構(gòu)成該圖像具體顏色的索引值就被讀入程序里，然后根據(jù)索引值找到最終的顏色。第51頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.真彩色圖像真彩色圖像將像素的色彩能力推向了頂峰。“真彩色”是RGB顏色的另一種流行的叫法。從技術(shù)角度考慮，真彩色是指寫到磁盤上的圖像類型，而RGB顏色是指顯示器的顯示模式。RGB圖像的顏色是非映射的，它可以從系統(tǒng)的“顏色表”里自由獲取所需的顏色，這種圖像文件里的顏色直接與PC機(jī)上的顯示顏色相對(duì)應(yīng)。在真彩色圖像中，每一個(gè)像素由紅、綠和藍(lán)三個(gè)字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)為8bit，表示0到255之間的不同的亮度值，這三個(gè)字節(jié)組合可以產(chǎn)生1670萬種不同的顏色。第52頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2位圖的有關(guān)術(shù)語(yǔ)

1.像素（Pixel）、點(diǎn)（Dot）和樣點(diǎn)（Sample）在計(jì)算機(jī)中，圖像是由顯示器上許多光點(diǎn)組成的，將顯示在顯示器上的這些點(diǎn)（光的單元）稱為像素。像素的分割有不同的方法，實(shí)際常用正方形網(wǎng)格點(diǎn)陣分割方案，這是因?yàn)槠湎袼鼐W(wǎng)格點(diǎn)陣規(guī)范，易于在圖像輸入、輸出設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)圖像處理中，還常用到點(diǎn)和樣點(diǎn)這些術(shù)語(yǔ)。像素、點(diǎn)和樣點(diǎn)是在計(jì)算機(jī)上對(duì)不同階段的圖像進(jìn)行度量的稱謂，這幾個(gè)術(shù)語(yǔ)很容易混淆，故特一一做介紹。第53頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

首先說明樣點(diǎn)和點(diǎn)的概念。掃描一幅圖像時(shí)，需設(shè)置掃描儀的分辨率（Resolution），分辨率決定了掃描儀從源圖像里每英寸取多少個(gè)樣點(diǎn)。掃描儀將源圖像看成由大量的網(wǎng)格組成，然后在每一個(gè)網(wǎng)格里取出一點(diǎn)，用該點(diǎn)的顏色值來代表這一網(wǎng)格里所有點(diǎn)的顏色值，這些被選中的點(diǎn)就是樣點(diǎn)。掃描儀的分辨率單位為dpi（每英寸點(diǎn)數(shù)），但激光打印機(jī)的dpi與掃描儀的dpi（樣點(diǎn)）是不同的。實(shí)際上，以150dpi分辨率掃描的圖像，它的效果相當(dāng)于激光打印機(jī)的1200dpi的效果。像素并不像“克”和“厘米”那樣是絕對(duì)的度量單位，而是可大可小的。如果獲取圖像時(shí)的分辨率較低（如50dpi），則顯示該圖像時(shí)，每英寸所顯示的像素個(gè)數(shù)也很少，這樣就會(huì)使像素變得較大。第54頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.分辨率

1）圖像分辨率圖像分辨率是指每英寸圖像含有多少個(gè)點(diǎn)或像素，分辨率的單位為dpi。例如，250dpi表示的就是該圖像每英寸含有250個(gè)點(diǎn)或像素。在數(shù)字圖像中，分辨率的大小直接影響到圖像的質(zhì)量。分辨率越高，圖像細(xì)節(jié)越清晰，但產(chǎn)生的文件尺寸大，同時(shí)處理的時(shí)間也就越長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備的要求也就越高。所以在制作圖像時(shí)要根據(jù)需要來選擇分辨率。另外，圖像的尺寸、圖像的分辨率和圖像文件的大小三者之間有著密切的聯(lián)系。圖像的尺寸越大，圖像的分辨率越高，圖像文件也就越大。所以，調(diào)整圖像的大小和分辨率即可改變圖像文件的大小。第55頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2）屏幕分辨率顯示器上每單位長(zhǎng)度顯示的像素或點(diǎn)的數(shù)量稱為屏幕分辨率。通常以每英寸點(diǎn)數(shù)(dpi)來表示。屏幕分辨率取決于顯示器的大小及其像素設(shè)置。屏幕分辨率由計(jì)算機(jī)的顯示卡決定，標(biāo)準(zhǔn)的VGA顯示卡的分辨率是640×480，即水平方向640點(diǎn)（像素），垂直方向480點(diǎn)（像素）?，F(xiàn)在高性能的顯示卡已支持1280×1024點(diǎn)以上的分辨率。第56頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3）打印機(jī)分辨率打印機(jī)分辨率又稱輸出分辨率，是指打印機(jī)輸出圖像時(shí)每英寸的點(diǎn)數(shù)(dpi)。打印機(jī)分辨率也決定了輸出圖像的質(zhì)量，打印機(jī)分辨率越高，可以減少打印的鋸齒邊緣，在灰度的半色調(diào)表現(xiàn)上也會(huì)較為平滑。打印機(jī)的分辨率可達(dá)300dpi，甚至720dpi（需用特殊紙張）；而較老機(jī)型的激光打印機(jī)分辨率通常在300～360dpi之間，由于超微細(xì)碳粉技術(shù)的成熟，新的激光打印機(jī)的分辨率可達(dá)600～1200dpi，作為專業(yè)排版輸出已經(jīng)綽綽有余了。第57頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4）掃描儀分辨率掃描儀分辨率的表示方法與打印機(jī)相類似，一般也用dpi表示，不過這里的點(diǎn)是樣點(diǎn)，與打印機(jī)的輸出點(diǎn)是不同的。一般掃描儀提供的方式是水平分辨率要比垂直分辨率高。臺(tái)式掃描儀的分辨率可以分為光學(xué)分辨率和輸出分辨率。光學(xué)分辨率是指掃描儀硬件所真正掃描到的圖像分辨率，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品，其光學(xué)分辨率可達(dá)800～1200dpi以上。輸出分辨率是通過軟件強(qiáng)化以及內(nèi)插補(bǔ)點(diǎn)之后產(chǎn)生的分辨率，大約為光學(xué)分辨率的3～4倍。所以當(dāng)你見到號(hào)稱分辨率高達(dá)4800dpi或6400dpi的掃描儀時(shí)，這一定指的是輸出分辨率。第58頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3圖像文件格式

數(shù)字圖像有多種存儲(chǔ)格式，每種格式一般由不同的開發(fā)商支持。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和圖像應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，還會(huì)出現(xiàn)新的圖像格式。因此，要進(jìn)行圖像處理，必須了解圖像文件的格式，即圖像文件的數(shù)據(jù)構(gòu)成。每一種圖像文件均有一個(gè)文件頭，在文件頭之后才是圖像數(shù)據(jù)。文件頭的內(nèi)容由制作該圖像文件的公司決定，一般包括文件類型、文件制作者、制作時(shí)間、版本號(hào)、文件大小等內(nèi)容。各種圖像文件的制作還涉及到圖像文件的壓縮方式和存儲(chǔ)效率等。下面介紹幾種常見的圖像文件格式。第59頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1BMP圖像文件格式第60頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第一部分為位圖文件頭BITMAPFILEHEADER，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，其定義如下：

typedefstructtagBITMAPFILEHEADER{WORD bfType;DWORD bfSize;WORD bfReserved1;WORD bfReserved2;DWORD bfOffBits;}BITMAPFILEHEADER;這個(gè)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度是固定的，為14個(gè)字節(jié)（WORD為無符號(hào)16位二進(jìn)制整數(shù)，DWORD為無符號(hào)32位二進(jìn)制整數(shù)）。第61頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二部分為位圖信息頭BITMAPINFOHEADER，也是一個(gè)結(jié)構(gòu)，其定義如下：typedefstructtagBITMAPINFOHEADER{DWORD biSize;LONG biWidth;LONG biHeight;WORD biPlanes;WORD biBitCount;DWORD biCompression;DWORD biSizeImage;LONG biXPelsPerMeter;LONG biYPelsPerMeter;DWORD biClrUsed;DWORD biClrImportant;}BITMAPINFOHEADER;第62頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

這個(gè)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度是固定的，為40個(gè)字節(jié)（LONG為32位二進(jìn)制整數(shù)）。其中，biCompression的有效值為BI_RGB、BI_RLE8、BI_RLE4、BI_BITFIELDS，這都是一些Windows定義好的常量。由于RLE4和RLE8的壓縮格式用的不多，今后僅討論biCompression的有效值為BI_RGB，即不壓縮的情況。第63頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第三部分為調(diào)色板(Palette)，當(dāng)然，這里是對(duì)那些需要調(diào)色板的位圖文件而言的。真彩色圖像是不需要調(diào)色板的，BITMAPINFOHEADER后直接是位圖數(shù)據(jù)。調(diào)色板實(shí)際上是一個(gè)數(shù)組，共有biClrUsed個(gè)元素（如果該值為零，則有2的biBitCount次方個(gè)元素）。數(shù)組中每個(gè)元素的類型是一個(gè)RGBQUAD結(jié)構(gòu)，占4個(gè)字節(jié)，其定義如下：typedefstructtagRGBQUAD{BYTErgbBlue; //該顏色的藍(lán)色分量

BYTErgbGreen; //該顏色的綠色分量

BYTErgbRed; //該顏色的紅色分量

BYTErgbReserved; //保留值}RGBQUAD;第64頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第四部分就是實(shí)際的圖像數(shù)據(jù)。對(duì)于用到調(diào)色板的位圖，圖像數(shù)據(jù)就是該像素顏色在調(diào)色板中的索引值，對(duì)于真彩色圖像，圖像數(shù)據(jù)就是實(shí)際的R、G、B值。下面就2色、16色、256色和真彩色位圖分別介紹。對(duì)于2色位圖，用1位就可以表示該像素的顏色（一般0表示黑，1表示白），所以一個(gè)字節(jié)可以表示8個(gè)像素。對(duì)于16色位圖，用4位可以表示一個(gè)像素的顏色，所以一個(gè)字節(jié)可以表示2個(gè)像素。對(duì)于256色位圖，一個(gè)字節(jié)剛好可以表示1個(gè)像素。第65頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

下面兩點(diǎn)請(qǐng)讀者注意：（1）每一行的字節(jié)數(shù)必須是4的整數(shù)倍，如果不是，則需要補(bǔ)齊。這在前面介紹biSizeImage時(shí)已經(jīng)提到過。（2）BMP文件的數(shù)據(jù)存放是從下到上，從左到右的。也就是說，從文件中最先讀到的是圖像最下面一行的左邊第一個(gè)像素，然后是左邊第二個(gè)像素，接下來是倒數(shù)第二行左邊第一個(gè)像素，左邊第二個(gè)像素。依次類推，最后得到的是最上面一行的最右邊的一個(gè)像素。

DIB（DeviceIndependentBitmap）圖像格式是設(shè)備無關(guān)位圖文件，描述圖像的能力基本與BMP相同，并且能運(yùn)行于多種硬件平臺(tái)，只是文件較大。第66頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2其他文件格式

1.TIF圖像文件格式標(biāo)記圖像文件格式TIF(TagImageFileFormat)，它是現(xiàn)存圖像文件格式中最復(fù)雜的一種，它提供存儲(chǔ)各種信息的完備的手段，可以存儲(chǔ)專門的信息而不違反格式宗旨，是目前流行的圖像文件交換標(biāo)準(zhǔn)之一。TIF格式文件的設(shè)計(jì)考慮了擴(kuò)展性、方便性和可修改性，因此非常復(fù)雜，要求用更多的代碼來控制它，結(jié)果導(dǎo)致文件讀寫速度慢，TIF代碼也很長(zhǎng)。TIF文件由文件頭、參數(shù)指針表與參數(shù)域、參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)4部分組成。如表2-2～表2-4所示。第67頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）文件頭表2-2TIF文件文件頭結(jié)構(gòu)第68頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）參數(shù)指針表2-3TIF文件參數(shù)指針表

由一個(gè)2字節(jié)的整數(shù)和其后的一系列12字節(jié)參數(shù)域構(gòu)成，最后以一個(gè)長(zhǎng)整型數(shù)結(jié)束。若最后的長(zhǎng)整型數(shù)為0，表示文件的參數(shù)指針表到此為至，否則該長(zhǎng)整數(shù)為指向下一個(gè)參數(shù)指針表的偏移。第69頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）參數(shù)塊結(jié)構(gòu)表2-4TIF文件參數(shù)塊結(jié)構(gòu)第70頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.GIF圖像文件格式

CompuServe開發(fā)的圖形交換文件格式GIF（GraphicsInterchangeFormat），目的是在不同的系統(tǒng)平臺(tái)上交流和傳輸圖像。它是在Web及其他聯(lián)機(jī)服務(wù)上常用的一種文件格式，用于超文本標(biāo)記語(yǔ)言(HTML)文檔中的索引顏色圖像，但圖像最大不能超過64M，顏色最多為256色。GIF圖像文件采取LZW壓縮算法，存儲(chǔ)效