15. 影像 認識影像的形式 認識影像的擷取環境 認識影像的儲存格式 學習影像的處理工具 建立影像處理的能力

15.1 影像的形式

影像的定義

影像的定義  影像擷取設備的目的  擷取一般影像成為數位影像  重要擷取步驟  將影像資訊藉由鏡頭，投射在感光元件上  將感應到的訊號強度，利用 ADC 晶片轉成數位資訊  以 DSP 晶片記錄成影像格式，儲存在記憶體中 5

數位影像擷取設備的擷取流程 6 1. 按下快門：光線通過鏡 頭、光圈及快門後，聚 焦在感光元件上 2. 擷取光線：感光元件 會將接收到的光源， 轉換成類比訊號 3. 轉換訊號：類比數 位轉換器會將接收 到的類比訊號轉換 成數位訊號，然後 將數位訊號傳送給 數位訊號處理器 4. 影像格式化：數位訊號處理器 將數位訊號壓縮、格式化，使 其符合影像格式 5. 存入記憶卡：最後將壓縮過後 的檔案存至記憶卡中

不同相機的差異  一台數位相機的拍攝品質  光圈的品質  感光元件特性  ADC 和 DSP 晶片的效率  不同品牌的相機拍攝結果差異  明亮、銳利、柔和 7

數位相機拍攝影像檔案大小  Canon IXUS300 HS 數位相機的拍攝尺寸與檔案大小  S:0.3M(640x480)  M3:2M(1600x1200)  M2:4M(2272x1704)  M1:6M(2816x2112)  L:10M(3648x2736)  影像的精緻程度 ( 拍攝尺寸 ) 與檔案大小成比例  尺寸愈大 ( 愈精緻 )  檔案愈大 8  資料來源： Canon Canon

數位影像的特點

 傳統相機分為  單眼相機  攝影專業人士使用  雙眼相機  傻瓜相機，一般人使用  傳統相機的特點  使用底片，需要額外成本  洗成照片時，需要底片的沖洗費用與相紙的費用 10 傳統相機特點

 使用感光元件及記憶體  影像記錄在儲存媒體  儲存媒體可以重覆使用 11 數位相機特點  資料來源： 感光元件

傳統相機數位相機 底片需求需要不需要 預覽影像不可可以 後製處理不易容易 網路傳輸不易容易 影像品質佳依解析度而定 消耗電量低高 沖洗照片品質較佳佳 12 傳統相機與數位相機的比較

數位影像的原理

 像素方式表示  將類比的圖像資訊經數位化處理  分析並記錄每一像素點的顏色以獲得一個二維的圖像 陣列  一個像素點的色彩由紅 (Red) 、綠 (Green) 、藍 (Blue) 三 種元素所組成  每種元素又各區分為 256 種不同深淺的程度  256 種可以用一個 Byte 表示 14 數位影像的原理

15 數位影像的原理

 全部的色彩共有 =16,777,216 色 ( 全彩 1677 萬色 )  如果一張影像所需的色彩數目遠小於 1677 萬色，例 如 256 色  可以使用調色盤來記錄 256 種不同顏色的 RGB 數值  每個像素僅需以一個 Byte 來表示色彩的索引即可  一個 Byte 可以表示 256 種可能  可將原本三個 Bytes 表示一個像素的方式減少為一個 Byte 來表示一個像素 16 數位影像的原理

 像素圖  以像素為基本單位  放大後會產生鋸齒狀 17 數位影像的原理

 要解決鋸齒問題，須將像素圖改為向量圖  向量圖  以向量方式記錄圖形的所有細節  在局部放大圖中，仍維持平滑的細節 18 數位影像的原理

19 向量圖特性

 像素圖  拍攝而成  放大後會產生鋸齒狀  向量圖  軟體繪製而成  擁有平滑的細節 20 像素圖與向量圖的差異

色彩原理

 RGB 色彩原理的三原色  紅（ Red ）綠（ Green ）、藍（ Blue ）  三原色  只要用這三種顏色，可以混合出其 他各種顏色  紅 + 綠 = 黃  紅 + 藍 = 紫紅  藍 + 綠 = 青  紅 + 綠 + 藍 = 白 22 色彩原理

 一般色彩的表示須三個參數  R G B  Y( 亮度 ) Cb( 藍色偏移量 ) Cr( 紅色偏移量 )  Y( 亮度 ) U( 色度 ) V( 濃度 )  印刷系統採 CMYK 四色  C 青色  M 洋紅色  Y 黃色  K 黑色 23 RGB 和 CMYK 色彩的關係

 理論上  C+M+Y=K  但 C+M+Y 的黑色並不像純黑色般有光澤  因此需要另一個顏色 K 來顯現純黑色  輸出設備（印表機、印刷器材等）廠商直 接製作 CMYK 四個墨水匣來確保顏色混合 的深度和黑色的純度 24 CMYK 色彩

 同樣都是色彩系統  RGB 使用在儲存、顯示影像上  CMYK 運用在印刷上 25 RGB 和 CMYK 色彩的關係

數位影像的格式種類

27 數位影像的格式的重要 原數位影像 軟體觀看之數位影像 壓縮處理 compression 解壓縮處理 decompression 儲存設備

 壓縮  壓縮可減少檔案量  可表示色彩數  影像的品質  處理時間  處理過程越簡單  處理時間越短 28 數位影像的格式差異

 分為無失真、失真兩種  無失真性壓縮 (loseless compression)  解壓縮後的影像和原始影像一致，沒有絲毫的不同  檔案壓縮程度非常有限  常見的格式： BMP 檔  失真性壓縮 (lossy compression)  解壓縮後的影像與原拍攝影像存有差距  差距須控制在人眼無法察覺的程度  壓縮比很大的壓縮方式  常見的格式： JPG 檔 29 數位影像格式：壓縮

 無失真性壓縮  微軟所提出的點陣圖格式  常見於 Windows 桌面的底圖格式  缺點是全彩影像不具有壓縮的功能  檔案大 ( 影像佔多少資料量，檔案就有多大 )  不適用於網路傳輸上  16 色、 256 色和灰階圖片則可以使用 RLE 技術壓縮 30 BMP

 失真性壓縮  256 色以下無失真壓縮  網頁上常用的影像格式之一  透明圖 ( 把背景變透明 )  交錯圖 ( 在瀏覽器中慢慢顯現 )  動畫 ( 把許多 GIF 圖片連續重疊成一個檔案 )  透過色盤數目減少的方式將檔案縮小  GIF 最多只儲存 256 色的數位影像  全彩的影像需先轉為 256 色、 16 色、灰階或黑白的影像類 型，才能存成 GIF 檔 31 GIF

假邊界效應 32 GIF 色彩 JPG 原圖 256 色 GIF 圖

33 GIF 色彩 16 色 GIF 圖黑白 GIF 圖

 無失真壓縮  近年來由於 GIF 格式引發權利金的問題，所以 PNG 格 式就成為免費的 GIF 代替品  網際網路上重要的影像格式之一  具有下列功能  交錯顯示  支援全彩影像的優點  可製作透明的 Alpha Channel  目前尚無法儲存動畫 34 PNG

 網頁常用的影像圖形格式之一  壓縮率可達數十倍  1MB 的影像，存成 JPG 檔後可能只剩 幾十 K  視影像的複雜度及設定的壓縮率而定  採轉換頻率壓縮  影像的細節部份會因壓縮率的提高而 損失 35 JPG JPG 原圖， bytes JPG 品質 50 ， bytes

 通常伴隨著影像失真  以正常的比例壓縮，肉眼很難看出壓縮 前後的差異  壓縮率高  檔案小  影像品質差  肉眼容易分辨差異  壓縮率低  檔案大  影像較不失真  JPG 格式支援 RGB 全彩、灰階等影像類 型 36 JPG JPG 原圖， bytes JPG 品質 10 ， bytes

 多家公司共同制訂的格式  目前影像處理界最普遍支援的圖檔格式  特點  跨平台 (Windows 、 UNIX 、 Mac OS/2 皆可使用 )  無失真壓縮 ( 可使用 LZW 、 Huffman 方法 )  適合應用於印刷輸出上  大多數的影像處理軟體及排版軟體都會支援 TIF 圖檔 37 TIF

 TIF 支援  RGB 全彩  256 色  16 色  灰階  黑白  目前唯有 TIF 檔能存成 16-bits 灰階與 48-bits 的全彩類型  一般的規格為 8-bits 灰階與 24-bits 全彩  TIF 檔是圖片做為印刷用途的最好選擇 38 TIF

TIF 檔， LZW 壓縮， 2.94MB 39 TIF TIF 檔， 4.03MB (1444×972)

40 TIF v.s. JPG JPG 檔，品質 5 ， 123KB TIF 檔， LZW 壓縮， 2.94MB

41 TIF v.s. JPG JPG 檔，品質 3 ， 93.1KB TIF 檔， LZW 壓縮， 2.94MB

 PhotoImpact 專屬的影像檔案格式  保留 PhotoImpact 專屬物件系統及其相 關設定，以便日後可加以重新編修  其它影像處理軟體通常不支援 UFO 格 式 42 UFO

 Photoshop 所製作出來的檔案格式  具有 Photoshop 中，物件屬性及設定， 並可於日後再加以重新編修 43 PSD

15.2 數位化影像處理 影像輸入 影像儲存 影像輸出 影像處理

 將待處理的影像輸入電腦  常見設備  數位相機  掃描器  將類比影像以「掃描」的方式數位化 後，轉成數位化資料儲存電腦 45 影像輸入

 將影像儲存起來，以便日後進一步使用或傳遞  常見的儲存設備：電腦主機內的硬碟  其他的儲存設備  隨身碟  光碟 46 影像儲存

 儲存空間有限  減少資料的佔有空間，並且可縮短傳遞時間  影像格式的變換  BMP 檔改存成 JPG 檔  壓縮參數調整  JPG 檔的影像品質由 90 降低成 25  檔案縮小所付出的代價  影像品質的變差  只要影像品質變差的程度不大，這樣的轉換還是值得的 47 影像儲存

 影像顯示  顯示器  顯示正在運作的影像  顯示效果因素  螢幕尺寸  解析度  影像顯示卡  愈多「像素」的顯示器與影像顯示卡的組 合，愈能夠展現影像的細節與層次 48 影像輸出

 列印  印表機  熱轉印式  噴墨式  雷射式  輸出影像的解析度  dpi(dot per inch)  一般而言，輸出的的影像品質比原輸入的差  尺寸放大也會影響影像的輸出品質 49 影像輸出

種類設備價格特性 CRT 螢 幕 15~19 吋  體積大、重量重  價格較低  以映像管顯示影像，色彩較為準確  比較耗電 LCD 液 晶螢幕 17 吋 ~24 吋 ( 或更大 )  體積小，比 CRT 輕  價格較傳統 CRT 螢幕高  螢幕顏色會因為看的角度不同而產生變化  比較不耗電 投影機 依投影幕 尺寸決定  體積小、重量輕  價格高、投影尺寸大  可以當做家庭劇院設備  經由燈泡投影，無法像 CRT 或是 LCD 那麼亮  燈泡壽命有限，燈泡耗材價格高 50 影像輸出

 數位影像的好處  儲存、輸出容易  可利用軟體進行處理  常見的影像處理軟體  Photoshop  PhotoImpact  ACDSee 51 影像處理

軟體名稱公司軟體特性 PhotoshopAdobe  功能強大的專業影像編輯軟體  支援多種影像格式  圖層的功能，適合影像編輯  提供濾鏡效果，適合影像合成 52 影像處理

軟體名稱公司軟體特性 PhotoImpact 原為友立資訊 現為科立爾 數位科技公司 （ Corel ）  色彩管理影像網頁上傳、幻燈片 製作等功能  創意範本供使用者採用  提供不同套版，可自行合成影像  操作簡單，適合一般使用者使用 53 影像處理

軟體名稱公司軟體特性 ACDSee ACD Systems  最受歡迎的看圖軟體之一  影像檔案讀取快速  介面簡單人性化  價格較低 54 影像處理

 將影像傳輸到他處設備  網路頻寬與檔案大小影響傳輸時間  傳輸與網頁應用最常見的影像格式  高壓縮率的 JPG 檔 55 影像傳遞

 數位影像的好處  提供使用者自行編修的功能  藉由影像編修軟體的協助，可編修細至一個影像像素的 資訊  基本的影像處理  影像選取  去除背景  色彩修正  銳利度修正  人像編修  實習課程將引導同學具備基本的影像編修技術 56 影像處理