第 4 章

1. 第 4 章 数字图像信息及处理技术 4.1 色彩的基本知识 4.1.1 颜色的形成 4.1.2 色彩的三要素 4.1.3 三基色原理 4.1.4 色彩模式 4.2 图形与图像 4.2.1 矢量图形与位图图像 4.2.2 图形与图像的比较 4.3 图像的数字化 4.3.1 图像的采样 4.3.2 图像的量化 4.3.3 图像的编码与压缩 4.3.4 数字图形、图像的性能指标 4.3.5 图像数据量 4.4 数字图像的文件格式 4.5 数字图像处理技术 4.5.1 数字图像的获取 4.5.2 数字图像的处理 4.6 图像处理软件Photoshop CS2 4.6.1 Photoshop CS2介绍 4.6.2 实例1——个人简历封面设计 4.6.3 实例2——制作精美相册

2. 本章要点： ► 色彩的基本知识 ► 图形与图像 ► 图像的数字化 ► 数字图像处理技术 ► 图像处理软件Photoshop CS2 教学进程

3. 4.1 色彩的基本知识 4.1.1 颜色的形成 物体由于内部物质的不同，受光线照射后，产生光的分解现象。一部分光线被物体吸收，其余的被物体反射或投射出来，成为物体的颜色 所以人对颜色感觉的形成主要有四个要素: 光源 物体 眼睛 大脑 教学进程

4. 物体又可以分为发光物体和吸光物体两大类，而它们的颜色生成机制是有明显区别的。发光物体的颜色由自身发出的光波成分决定；而吸光物体的颜色由该物体吸收哪些光波来决定。物体又可以分为发光物体和吸光物体两大类，而它们的颜色生成机制是有明显区别的。发光物体的颜色由自身发出的光波成分决定；而吸光物体的颜色由该物体吸收哪些光波来决定。 • 即：物體本無色 ,顏色因光源而改變

5. r射线x射线紫外线红外线无线电波 0.005nm 0.01nm 5nm 350nm 750nm 0.4mm 10km 图4-1 电磁波谱 蓝绿 紫 紫蓝 蓝 绿 绿黄 黄 橙 橙红 红 350 400 350 500 550 600 650 700 780 图4-2 颜色与波长之间的对应关系 色彩是通过光被感知的，实际上就是视觉系统对可见光的感知结果。可见光指波长在380～780 nm之间的电磁波，如图4-1所示。眼睛感知到的颜色和光波长之间的对应关系如图4-2所示。 可见光 波长 波长/nm

6. 4.1.2 色彩的三要素 1 色调 色调表示光的颜色，它决定于光的波长。某一物体的色调是指该物体在日光照射下所反射的光谱成分作用到人眼的综合效果，如红色、蓝色等。 简单地说就是指色彩的相貌，如红、黄、绿，蓝等各有自己的色彩面目。。 教学进程

7. 2 亮度 亮度就是来表示某种颜色在人眼视觉上引起的明暗程度，它直接与光的强度有关。光的强度越大，物体就越亮；光的强度越小，物体就会越暗。 教学进程

8. 3 饱和度 饱和度也称为纯度或彩度，它是指彩色的深浅或鲜艳程度，通常指彩色中白光含量的多少。对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越纯。 教学进程

9. 4.1.2三基色原理 1 基色 基色是指互为独立的单色，任一基色都不能由其他两种基色混合产生。 自然界常见的各种颜色，都可以由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种中颜色光按不同比例相而成。 教学进程

10. 互补色 2 凡是两种色光相混合而成白光，这两种色光互为补色（complementary colors）。如图4-3所示，红、青；绿、品红；蓝、黄互为补色。互补色是彼此之间最不一样的颜色，这就是人眼能看到除了基色之外其他色的原因。 教学进程

11. 4.1.4 色彩模式 色彩模式是指在计算机上显示或打印图像时表示颜色的数字方法。比如计算机显示器采用RGB模式，打印机输出彩色图像时用CMYK模式，从事艺术绘画的采用HSB模式，彩色电视系统采用YUV/YIO模式，另外还有其他一些色彩模式的表示方法。 1 RGB模式 在多媒体计算机技术中用得最多的是RGB色彩模型，因为计算机彩色监视器的输入需要RGB三个色彩分量，通过三个分量的不同比例，可在显示屏幕上合成所需要的任意颜色。 在RGB色彩模型，任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成： F= r[R] + g[G] + b[B] 其中r、g、b为三色系数，r[R]、g[G]、b[B]为三色分量。以上配色关系又称为RGB彩色空间。 教学进程

12. CMYK模式 2 CMY模式是使用青色（Cyan）、品红（Magenta）、黄色（Yellow）3种基本颜色按一定比例合成色彩的方法。 虽然理论上利用CMY三基色混合可以制作出所需要的各种色彩，但实际上同量的CMY混合后并不能产生完备的黑色或灰色。因此，在印刷时常加一种真正的黑色（Black），这样，CMY模式又称为CMYK模式。 教学进程

13. 3 HSB模式 HSB模式使用色调（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Brightness）3个参数来生成颜色。利用HSB模式描述颜色比较自然，但实际使用却不方便，例如显示时要转换成RGB模式，打印时要转换为CMYK模式等。 4 YUV/YIQ模式 在现代彩色电视系统中，使用YUV模式或YIQ模式来表示彩色图像。在PAL制式中使用YUV模式，其中Y表示亮度；U、V表示色度，是构成彩色的两个分量。在美国、日本等国采用的NTSC制式中使用YIQ模式，其中Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。 教学进程

14. 5 灰度模式与黑白模式 灰度模式采用8位来表示一个像素，即将纯黑和纯白之间的层次等分为256级，就形成了256级灰度模式，它可以用来模拟黑白照片的图像效果。 黑白模式只采用1位来表示一个像素，于是只能显示黑色和白色。黑白模式无法表示层次复杂的图像，但可以制作黑白的线条图。

15. 4.2 图形与图像 4.2.1矢量图形与位图图像 1 矢量图形 图形又称矢量图形、几何图形或矢量图（Vector Graphic）。矢量图形是用一个集合指令来描述的。这些指令用来描述构成一幅图所包含的直线、矩形、圆、圆弧、曲线等的形状、位置、颜色等各种属性和参数。显示时，需要相应的软件读取和解释这些指令，并将其转为屏幕上所显示的形状和颜色。 矢量图形与分辨率无关，可以将它缩放到任意大小和以任意分辨率在输出设备上打印出来，都不会影响清晰度。

16. 2 位图图像 图像又称点阵图像或位图图像，它是指在空间和亮度上已经离散化是图像，是由许多像素点组成的。 我们可以把一幅位图图像理解为一个矩形，矩形中的任一元素与图像中的一个点对应，该点的灰度或颜色等级用相应的值表示。矩形的元素称为像素，每个像素可以具有不同的颜色和亮度，它是组成位图图像的基本单位。像素的颜色等级越多则图像越逼真，适用于逼真照片或要求精细细节的图像。

17. 4.2.2 图形与图像的比较 1 容量 矢量图文件存储的是图形指令，占用的空间较小。图形的颜色数目与文件的大小无关，数据的大小主要取决于图形的复杂程度。 位图文件存储的是图像数据，占用的空间比矢量图大得多。影响位图文件大小的因素有：图像分辨率和图像深度。分辨越高，即组成一幅图像的像素越多，图像文件越大；图像深度越深，即表达单个像素的颜色和亮度的位数越多，图像文件也越大 2 显示性能 显示一幅复杂的位图文件比显示一幅复杂的矢量图文件要快。因为显示位图时，只要把图像文件中的像素点映射到屏幕上的相应位置即可，而显示一幅复杂的矢量图需要经过大量的数学运算和变换，才能将图形绘制到屏幕上。 教学进程

18. 3 缩放性能 图形在进行缩放、旋转等操作后不会产生失真；而图像有可能出现失真现象，特别是放大若干倍后可能出现严重的颗粒状，缩小后会吃掉部分像素点。 4 应用 图形适合于表现变化的曲线、简单的图案和运算结果等；而图像表现较强，层次和色彩较丰富，适合于表现自然、细节的景物。图形的编辑方便，因此侧重于“绘制”、“创建”；而图像的表现力强但创建较困难，因此侧重于“获取”、“复制”。 教学进程

19. 4.3 图像的数字化 图像数字化是计算机图像处理之前必做的基本步骤，现实中的图像是一种模拟信号，图像数字化的目的是把真实的图像转变成计算机能够接受的显示和存储格式，即特定的一串连续数字。图像的数字化过程分为采样、量化和编码三个步骤. 4.3.1 图像的采样 1 采样频率 图像采样就是把图像分割成为一系列小区域，用特定的数值来表示每一个小区域的亮度、色彩等特征，这些小区域称之为像素点。 采样频率是指一秒钟内采样的次数，它反映了采样之间的间隔大小。采样频率是影响图像质量的重要指标，它决定了采样后所得到的图像是否能真实地反映原图像的程度。 教学进程

20. 4.3.2 图像的量化 采样后得到的亮度值（或色彩值）在取值空间上仍然是连续值。把采样后所得到的这些连续量表示的像素值离散化为整数值的操作叫量化。 4.3.3 图像的编码与压缩 图像的编码就是按照一定的格式把图像经过采样和量化得到的离散数据记录下来。 压缩编码技术是实现图像传输与存储的关键，常用的图像压缩编码有预测编码和变换编码 教学进程

21. 4.3.4数字图形、图像的性能指标 1 分辨率 (1) 显示分辨率 显示分辨率（Display Resolution）是指屏幕上显示图像区域的大小，即构成全屏显示的像素点的个数。以水平和垂直像素表示。如800×600，是指屏幕水平方向有800个像素点，垂直方向有600个像素点。 (2) 图像分辨率 图像分辨率是指确定组成一幅图像的像素数目。以水平的和垂直的像素点表示。 (3) 像素分辨率 像素分辨率是指在显示器上一个像素点的宽和长之比，在像素分辨率不同的机器间传输图像时会产生变形。 教学进程

22. 2 颜色深度 颜色深度是指记录每个像素所使用的二进制位数，对于彩色图像来说，颜色深度决定了该图像可以使用的最大颜色数目；对于灰度图像来说，颜色深度决定了该图像可以使用的亮度级别数目。颜色深度值越大，显示的图像色彩越丰富，画面越好，但数据量也随之增长。 教学进程

23. 3 颜色类型 最常用的RGB颜色空间为例，图像深度与颜色的映射关系主要包括真彩色、伪彩色和调配色 (1) 真彩色 真彩色（True-color）是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量。每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的颜色称为真彩色。例如，图像深度为24，用R:G:B=8:8:8来表示颜色，则R、G、B各占用8位来表示各自基色分量的强度，每个基色分量的强度等级为28=256种。图像可以容纳224=16 777 216=16M种色彩。这样得到的颜色可以反映原图的真实色彩，故称为真彩色。 教学进程

24. (2) 伪彩色 伪彩色（Pseudo-color）图像的每个像素值实际上是一个索引值或代码值。该代码值作为颜色查找表CLUT（Color Look-Up Table）中某一项的入口地址。根据该地址可以查找出包含实际R、G、B的强度值，这种用查找映射的方法产生的色彩称为伪彩色的主要因素。 (3) 调配色 调配色（Direct-color）的获取是通过每个像素点的R、G、B分量分别作为单独的索引值进行变换，经相应的颜色变换表找出各自的基色强度，用变换后是R、G、B强度值产生的色彩。 教学进程

25. 4 显示深度 图像深度是图像文件中记录一个像素点所需要的位数，而显示深度（Display Depth）是在显示缓存表示一个像素点的最大位数，即显示器可以显示的颜色数。 (1) 显示深度大于图像深度 在这种情况下，屏幕上的颜色能够比较真实地反映图像文件的颜色效果。比如，当显示深度为24位，图像深度为8位时，屏幕上可以显示按该图像的调色板选取的256种颜色；图像深度为4位时，屏幕上可以显示16色。这种情况下，显示的颜色完全取决于图像的颜色定义。 教学进程

26. (2) 显示深度等于图像深度 在这种情况下，如果用真彩色显示模式来显示真彩色图像，或者显示调色板与图像调色板一致时，屏幕上的颜色能较真实地反映图像文件的色彩效果。反之，如果显示调色板与图像调色板不一致，则显示颜色会出现失真。 (3) 显示深度小于图像深度 在这种情况下，显示的颜色会出现失真。例如，如果显示深度为8位，那么需要显示一幅真彩色的图像时，显然达不到应有的颜色效果。 教学进程

27. 4.3.5图像数据量 在扫描生成一幅图像时，实际上就是按一定的图像分辨率和一定的图像深度对模拟图片或照片进行采样，从而生成一幅数字化的图像。这与音频信号的数字化过程类似。图像的分辨率越高、图像深度越深，则数字化后的图像效果越逼真、图像数据量越大 。 按照像素点及其深度映射的图像数据大小可用下面的公式对数据量进行估算： 图像数据量（B）=水平方向像素数×垂直方向像素数×图像深度（位）/8 显然，图像文件所需的存储空间较大。一幅640×480的256色图像，其文件大小约为： 640×480×8/8=307200（B）=300（KB） 一幅1024×768的真彩色图像文件大小约为： 1024×768×24/8=2359296（B）=2304（KB）=2.25(MB) 教学进程

28. 4.4 数字图像的文件格式 (1) BMP格式 BMP（Bitmap）文件是Windows操作系统中的标准图像文件格式，是一种典型的位映射存储形式，它支持RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式。为了处理方便，BMP文件都不压缩，所以这类文件的数据量很大 (2) JPEG格式 JPEG是按图像专家联合组（Joint Photographic Experts Group）制订的压缩标准，是基于DCT压缩算法进行存储的图像文件格式，其压缩技术十分先进，它是使用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据，但是这种损失很小，以至于人们很难察觉。用户可以根据自己的需要选择JPEG文件的压缩比，当压缩比高达48：1时，仍可以保持很好的图形想像效果。 教学进程

29. (3) GIF格式 GIF（Graphics Interchange Format）是由CompuServe公司为了制定彩色图像传输协议而开发的图像格式文件。它最多只能支持256种颜色的调色板，通常用于以较大色块而非连续色阶呈现的图像。GIF格式的特点是压缩比高，磁盘空间占用较少。另外有3个主要特点： （1）交错显示 交错式的GIF图像在下载时最初以低分辨率显示，让用户看到模糊图像的全貌，随着下载的进行，逐渐达到高分辨率显示，这样可以避免用户等待图像下载过程的枯燥乏味。 （2）透明GIF图像允许将画面的某一种颜色设置为“透明”。这种特性可以为图像画面的主体重新选择背景。 （3）动画效果GIF文件格式允许在一个文件中放置多幅画面，随着几幅画面的连续显示就形成了简单的动画效果。 教学进程

30. (4) PSD格式 PSD格式是著名是Adobe公司开发的图像处理软件PhotoShop中自带的标准文件格式，是PhotoShop的默认文件格式，它支持PhotoShop的所有功能，能保存没有合并的图层、通道和蒙版等信息，以便于下次打开文件时可以修改上一次的设计。 (5) PCX格式 PCX是为ZSOFT公司研制开发的图像处理软件PC Paintbrush设计的文件格式。PCX图像文件格式特别适用于现在已广泛普及的PC机上的绘画程序，是在PC机上使用时间最久的一种位图格式，也是受到最广泛支持的一种。 教学进程

31. (6) TIFF格式 TIFF（Tag Image File Format）称为标记图像文件格式。它是Aldus和Microsoft公司为扫描仪和桌面出版系统研制开发的较为通用的图像文件格式。它的特点是图像格式复杂、存储信息多。正因为它存储的图像细微层次的信息非常多，图像的质量也得以提高，故而非常有利于原稿的复制。如果想打印图片，TIFF则是最佳的图像格式。。 (7) PNG文件 PNG（Portable Network Graphics）是一种新兴的网络图像格式，它汲取了GIF和JPEG两者的优点并将之发挥得淋漓尽致，是目前保证最不失真的格式。它具有存储形式丰富的特点，采用无损压缩方式来减小文件；它的另外一大特点是显示速度快，只需下载1/64的图像信息就可以显示出低分辨率的预览图像。 教学进程

32. 4.5 数字图像处理技术 4.5.1 数字图像的获取 1 用绘图软件创建数字图像 2 用数字摄入设备获取图像 3 利用扫描仪获取图像 4 从屏幕上直接获取图像 5 从光盘中获取图像资料 6 从网上获取图像 教学进程

33. 4.5.2 数字图像的处理 1 数字图像处理概述 数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。 2 数字图像处理的内容 (1) 图像变换 将图像转换到变换域中进行处理，如由时间域或空间域的图像转换到频域来处理，用以改善图像的质量，同时由于大多数变换都有快速实现的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。 教学进程

34. (2) 图像编码压缩 图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。 (3) 图像增强和复原 图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声、提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。 (4) 图像分割 图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。 教学进程

35. (5) 图像描述 图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性，一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。 (6) 图像分类（识别） 图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。 教学进程

36. 4.6 图像处理软件Photoshop CS2 4.6.1 Photoshop CS2介绍 1 Photoshop CS2的新增功能 (1) 新增的变形转换工具 Photoshop CS2在【编辑­】→【变换】菜单中新增了一个称之为【变形】的变换类型。使用新的【变形】命令可以转换图层到多种预设形状，或者使用自定义选项拖拉­图像，效果如图所示。所有这些工作都在文档窗口中直接完成，不像【液化】命令那样麻烦。 教学进程

37. (2) 污点修复画­笔 【污点修复画笔工具】不同于以前的【修补工具】，在使用之前它不需要选取选区或者定义源点。我们可以为修复选择混合模式，并能在近似匹配和创建纹理两者中选择。还可以选择所有允许使用污点修复工具的图层，在一个新图层中进行无损编辑­。 (3) 降噪滤镜 PN降噪滤镜是另一个从Photoshop Elements 3中拿来的工具。该工具有助于减少在弱光或高ISO值情况下拍摄的照片中的粒状噪点。它还有助于移除JPEG图像压缩时产生的噪点。在高级模式下，还可以在每个通道上执行降噪。还能够将特定的设置保存为预设值。JPEG噪点选项，单个通道降噪，保存预设都是较Photoshop Elements 3中降噪滤镜增加的功能。 教学进程

38. (4) 智能对象 Photoshop CS2引入了一个称之为智能对象图层的新型图层。使用智能对象，可以对单个对象进行多重复制，并且当复制的对象其中之一被编辑时，所有的复制对象都可以随之更新——但是我们仍然可以将图层样式和调整图层应用到单个的智能对象，而不影响其他复制的对象，这为方便工作提供了极大的弹性。 (5) 灭点工具 Photoshop CS2中新的灭点工具可在滤镜菜单 下使用到。该工具能在处理的图像中自动按透视 进行调整。在一些情况下，使用克隆工具要将图 中的对象移除或许会非常困难，因为克隆工具不 能很好的处理透视。但是灭点工具则可以快速地 完成操作。 教学进程

39. (6) 智能锐化滤镜 Photoshop CS2带来了称之为智能锐化滤镜的新的高级锐化滤镜。相对于标准的USM锐化滤镜，智能锐化的开发目的是用于改善边缘细节、阴影及高光锐化。在阴影和高光区域，它对锐化提供了良好的控制，我们可以从3个不同类型的模糊中选择移除——高斯模糊、运动模糊和镜头模糊。 教学进程

40. (7) 使用Adobe Bridge更快处理图片 Photoshop的文件浏览器已被完全重新改造，并命名为Adobe Bridge。Adobe Bridge是一个能够单独运行的完全独立的应用程序，可以通过Windows的【开始】菜单启动，也可以通过【文件】→【浏览】命令启动。正如其名，它是CS套件互通的“桥梁”，如图4-12所示。 教学进程

41. (8) 红眼工具 红眼工具也是从Photoshop Elements 3中带入到Photoshop CS2的工具。多数时候无须改变默认的设置，就能对图像各种红眼有很好的消除作用。现在只需两次单击（每只眼睛单击一次）即可从多数照片中消除红眼。 教学进程

42. (9) 镜头校正工具 该工具可以校正许多普通照相机镜头变形失真的缺陷，例如桶状畸变或枕形畸变、色差、晕影、透视缺陷等。通过【滤镜】→【扭曲】→【镜头校正】命令，可以打开该功能。 教学进程

43. (10) 字体预览 Photoshop CS2现在提供了所见即所得的字体菜单，在字体名称旁会显示该字体的外观样式预览， (11) 定制Photoshop CS2菜单 在这个版本中，Photoshop CS2增加了更多的定制选项，它具有除了定制键盘快捷键外其他自定义菜单的功能， 教学进程

44. 2 熟悉Photoshop操作界面 标题栏 菜单栏 选项栏 调板井 工具栏 调 板 图像窗口 状态栏 教学进程

45. (1) 标题栏 标题栏位于窗口顶端，显示该软件的名称及图标。右边是应用程序的最小化、最大化（向下还原）和关闭按钮 (2) 菜单栏 在菜单栏上可以执行各种菜单命令，对图像进行各种操作。菜单栏包括【文件】、【编辑】、【图像】、【图层】、【选择】、【滤镜】、【视图】、【窗口】和【帮助】 教学进程

46. (3) 工具箱 屏幕的左侧是工具箱，其中是各种绘制图形的工具与辅助工具，用鼠标单击即可将工具选中 教学进程

47. (4) 选项栏 菜单栏的下方是工具选项栏。大多数工具的选项都显示在选项栏中，选项栏与上下文相关，并且会随所选工具的不同而变化。只要选择工具箱中的工具后，就可以通过选项栏来设置各种参数。 (5) 调板井 (6) 状态栏 窗口的底部是状态栏。状态栏会显示一些有用的信息，例如，当前图像的当前放大倍数和文件大小，以及当前工具用法的简要说明。 教学进程

48. 4.6.2 实例1——个人简历封面设计 (1) 简历背景的制作 (2) 简历背景图案的制作 (3) 添加文字

49. 4.6.3 实例2——制作精美相册 (1) 制作卡片的背景 (2) 皮质效果图的制作 (3) 文字处理 (4) 制作照片的立体效果图 (4) 添加虚化的材质

50. 小结 第4章数字图像信息及处理技术 ● 4.1 色彩的基本知识 4.1.1 颜色的形成 4.1.2 色彩的三要素 4.1.3 三基色原理 4.1.4 色彩模式 4.2 图形与图像 4.2.1 矢量图形与位图图像 4.2.2 图形与图像的比较 4.3 图像的数字化 4.3.1 图像的采样 4.3.2 图像的量化 4.3.3 图像的编码与压缩 4.3.4 数字图形、图像的性能指标 4.3.5 图像数据量 4.4 数字图像的文件格式 4.5 数字图像处理技术 4.5.1 数字图像的获取 4.5.2 数字图像的处理 4.6 图像处理软件Photoshop CS2 4.6.1 Photoshop CS2介绍 4.6.2 实例1——个人简历封面设计 4.6.3 实例2——制作精美相册 教学进程