图形图像处理基本知识.ppt

第1章图形图像处理基本知识,1.1数字图像1.1.1数字图像的基本概念1.1.2数字图像的分类1.2常用的图像文件格式1.3习题,0,1,第1篇图形图像处理的技术基础第1章图形图像处理基本知识1.1数字图像1.1.1数字图像的基本概念本章将介绍一些基本的数字图像处理技术，包括图像文件格式、交互式图形系统的逻辑结构、图形图像的研究动态等内容。数字图像在计算机上以位图（bitmap）的形式存在的。位图是一个矩形点阵，上面的每一个点称之为像素（pixel）。像素是数字图像中的基本单位。一幅mn大小的图像，是由mn个明暗不等的像素组成的。在数字图像中各像素所具有的明暗程序是由一个称为灰度值（graylevel）的数字所标识。例如，我们可以将白色灰度值定义为255，黑色的灰度值定义为0，而由黑到白之间的明暗度均匀地划分成256个等级，每个等级由一个相应的灰度值定义，这样就定义了一个256个等级的灰度表。,2,数字图像是通过什么样的机制在计算机屏幕上显示出来的呢？在计算机中设有专用于存储图形（图像）信息的帧缓冲存储器。计算机时时监视着这个存储器，如果该存储器内被填充图像数据，该数据就会自动地由光栅扫描方式映射到屏幕上来，形成图像。帧缓存存储器中的每一位对应于屏幕上的一个点，当一个位的数据被置为1时，屏幕上的对应位置上就会出现一个亮点，而当位的数据为0时，屏幕上的对应位置就是一个暗点。计算机启动时，帧缓存所有的位上都被置为0，只有当输入图像或图形数据后，帧缓存中的某些位才置换为1。在显示器的分辨率为640480的计算机中，为显示一幅二值图像（每个像素占用1bit）需要有640480位的帧缓存容量，这个容量被称为一个位平面。要能显示一幅256个灰度级的图像则需要配置8个位平面，即需要640480字节的帧缓存容量。当显示器的分辨率增大时（如选用800600，1024768，10241024等分辨率）所需的帧缓存容量则要求相应增大，这还是针对单色的图像而言的。若需要显示R，G，B均为256个灰度级的彩色图像，则帧缓存的容量还需要扩大到上述容量的三倍。,3,1.1.2数字图像的分类图像的表示有两种方法：位图（也叫栅图）和矢量图。图像文件可以使用其中的任意一种或同时使用两种方法。1.位图图像位图图像（点阵）是目前最常用的图像表示方法，不仅实现起来比较容易，而且用于任何图像，位图表示就是将一幅图像分割成栅格，栅格每一个像素都单独记录下来。显然，位图区域中数据点的位置确定了数据点表示的像素。位图表示的优点在于它可以记录任何一个想得到的图像，图像的颜色也可以达到真彩色。当然也有其缺点，如图像的存储缺乏灵活性，处理和显示一个高分辨率的图像需要几兆字节的存储空间。因而在图像存储中，图像的压缩处理成为一个不可缺少的一环。压缩算法的性能好坏直接影响到图像的显示速度和存储量。图像一旦形成，便有了固定的分辨率，各个像素点的位置和颜色值就已经确定，而且它们之间没有内在的联系，这就导致了位图图像处理中的不灵活。尽管如此，由于位图图像的表现力丰富而且直观，它的应用范围已经非常广泛。,4,2.矢量图像矢量图像（图形）是用一系列的线和形描述图像，也可能使用实心的或者有等级深浅的色彩填充一些区域。然而矢量图像的色彩梯度和表现力无论如何也不能与位图图像相比，位图图像可以于原始图像达到几乎完全一致，而矢量图像则经过人工处理。然而矢量图像的优点恰恰是位图图像所难做到的，首先矢量图像是用一些描述语句来描述的，因而所需要的存储容量并不很大，处理速度也就会很快。另一个明显的优点是矢量图像有很大的灵活性，对于放缩，旋转以及其他操作不仅方便而且灵活。3.矢量图像和位图图像的区别由于图像存储方法的截然不同，这两种图像表示方法的应用领域也不尽相同。位图适用于具有复杂的颜色，灰度或形状变化的图像，如照片、绘画和数字化的视频图像。而计算机显示就用的是位图格式，因而位图图像的计算机处理是有硬件基础的，与位图格式相比较，矢量格式适用于线型图，如计算机辅助设计（CAD）的图形和图像，它们只有简单的形状、灰度和颜色由于点阵和矢量两种不同的存储方法，所用的文件格式也不同。如Windows，Picture，Publisher，Pulishers，Paintbursh等图像处理工具所用的BMP、PCX、GIF、PIC、TGA等文件格式都是用来存储位图图像数据的，而如AutoCAD的DWG、DXF以及GDS使用GRA文件都是存储矢量图像的。本章的后面内容将对位图文件格式，如BMP，GIF，PCX等作详细的介绍。,5,另外，图像按照工作方式划分可以分为静态图像和动态图像两种。静态图像就是只能一片一片显示的图像，各张图像之间不连续也没有直接的关系，如照片图像。而动态图像指的是视频图像，即一连串连续图像，连在一起快速显示的画面便动了起来。其实这与电影，电视是同一个道理，电视是以每秒30幅画面的速度显示的图像，由于人的视觉暂留作用，看不出画面间的切换，好像见到活生生的景象一样了。动态图像主要用于多媒体系统，由于对动态图像的高速压缩和解压缩芯片的存在，才使得动态图像在多媒体中大放异彩。下面章节中，若不作特殊说明，所指的图像均为静态位图图像。1.2常用的图像文件格式多媒体计算机通过彩色扫描仪能够把各种印刷图像及彩色照片，数字化后送到计算机存储器中；通过视频信号数字化器能够把摄像机，录像机，激光视盘等彩色全电视信号数字化存到计算机存储器中；还有计算机本身可以通过计算机图形学的方法编程，生成二维，三维彩色几何图形及三维动画，存在计算机存储器中。采用上述三种形式形成的数字化的图形，图像及视频信息，都以文件的形式存储到计算机的存储器中。人们希望能够有国际标准的文件格式，但是目前流行的大多数是工厂或企业的标准。下面将其分成两类，一类是静态图像文件格式；另一类是动态视频图像文件格式。对于静态图像文件格式，将讨论5种当前比较流行的图像格式：TIFF，TGA，BMP，PCX及MMP；对于动态视频图像文件格式，常用的有MPG，AVI等文件格式，这里不再介绍。,6,1.TIFF（TaglmageFileFormat）TIFF格式中引进了标志域的方法，其文件格式全部是基于标志域的。Alaus和Microsoft公司为扫描仪和桌上出版系统研制开发了TIFF较为通用的文件格式，TIFF一出现就得到了广泛的应用，这大大超过了设计者的想象。关于图像的所有信息都存在标志域中，例如，它规定图像尺寸大小，规定所用计算机型号，制造商，图像的作者，说明，软件及数据等。TIFF文件是一种极其灵活易变的格式，它支持多种压缩方法，特殊的图像控制函数及许多其他的特性。因为TIFF文件比较大，为了研究开发它的复杂的实现技术，它需要扩展码。为了帮助编程人员详细了解它的复杂性，TIFF文件定义了4类不同的TIFF文件格式：TIFF-B适用于二值图像；TIFF-G适用于黑白图像；TIFF-P适用于带调色板的彩色图像以及TIFF-R适用于RGB的彩色图像。TIFF-X是一种通用型，通过编程可以适用于上述所有4种类型。为了保证它们的兼容性，每类都有一个最小的域，编程时不需要使用其他的域。2.TGA(TargeImageFormat)TGA图像文件格式是Truevision公司为Targe和Vista图像获取板设计的TIPS软件所使用的文件格式，Targe和Vista图像获取板插在PC机上得到了广泛的应用，因此，TGA图像文件格式的应用也变得越来越广泛。,7,3.BMP（Bitmap）BMP是一种与设备无关的图像文件格式，它是标准的Windows和OS/2的图像文件格式，可对图像进行无损压缩，最高可支持24位的颜色深度。随着Windows的普及，BMP的应用越来越广泛。4.PCXPCX图像文件格式是Zsoft公司研制开发的，主要与商业性PC-Paintbrush图像软件一起使用。PCX文件可以分成三类：各种单色PCX文件；不超过16种颜色的PCX文件和具有256颜色的PCX图像文件。PCX图像文件格式与特定图形显示硬件密切相关，其格式一般为256色和16色，不支持真彩色的图像存储，存储方式通常采用RLE压缩编码，读写PCX时需要一段RLE编码和解码程序。5.MMPMMP图像文件格式是Ani-video公司以及清华大学计算机系，在他们设计制造的Ani-videot和TH-Ani-video1、2、3视频信号采集板中采用的图像文件格式。根据最近几年新的发展趋势，为了使视频数据能和电视视频信号兼容，它的图像数据采用YUV的形式，这和计算机图形数据（RGB）有较大的不同，因此，它的通用性不如前面几种格式。,8,6GIF由CompServe提供的一种图像格式，采用LZW压缩方式进行压缩，支持8位的图像文件，文件容量小，广泛地应用于通信领域和互联网的HTML网页文档之中。7JPEG它是一种有损压缩文件格式，压缩率高，存储的文件容量小，一般用于图像预览和HTML网页，不适合作印刷用。8EPS它是压缩的PostScript格式，支持Photoshop的所有颜色模式。可在排版软件中的分辨率预览，高分辨率打印输出。9PSD它是Photoshop特有的图像模式，可包括图层、通道、颜色模式等信息，文件容量较大。1.3习题1.什么是数字图像？2.常用的图像文件格式有哪些？,