第三章 图像处理技术 第三章 多媒体图像处理技术

学习目标 理解颜色的基本理论知识； 理解图像的基本概念； 了解常见图像文件的格式及其特点； 掌握PhotoShop处理图像的基本操作和图像的编辑技术。

3.1 图像概述 3.1.1 图像的颜色 颜色通常可以分为非彩色和彩色两种类型。非彩色包括黑色、白色和介于两色之间深浅不一的灰色，其它的颜色均属于彩色。

1．颜色的三要素 亮度 色调 饱和度

2．三基色原理 任何一种颜色都可以用红、绿、蓝这3种基本颜色按不同比例混合得到，同样，任何色光都可以分解成这3种颜色光，这就是所谓的三基色原理。实际上，基本颜色的选择并不是唯一的，只要颜色相互独立，任何一种颜色都不能由另外2种颜色合成，就可以选择这3种颜色为三基色。然而由于人眼对红、绿、蓝3种颜色光最为敏感，所以通常都选择它们作为基色。

由于各种颜色都可以用三种基色混合而成，基于三基色原理，人们还提出了相加混色和相减混色的理论。 (1)相加混色 把3种基色光按不同比例相加称之为相加混色。三基色混合的比例决 定混合色的色调，当三基色的比例相同时得到的是白色。三基色进行等 量相加混合得到颜色的关系如：红色+绿色=黄色，红色+蓝色=品红，绿 色+蓝色=青色，红色+绿色+蓝色=白色，红色+青色=绿色+品红=蓝色+黄 色=白色等等。 （2）相减混色 相减混色利用了滤光特性，即在白光中减去一种或几种颜色而得到 另外的颜色。比如黄色=白色－蓝色，红色=白色－绿色－蓝色等。

3．颜色空间 颜色空间是颜色描述的一种方法，也称为颜色模型。在计算机和多媒体系统中，表示图像的颜色常常涉及不同的颜色空间，如RGB颜色空间、CMY颜色空间、YUV颜色空间等。不同的颜色空间有各自的特点，分别有不同的应用场合。

（1）RGB颜色空间 利用红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）3种颜色来表示所有颜色的方法称为RGB颜色空间。计算机系统中的彩色图像一般都用R、G、B等3个分量表示，分别对应红、绿、蓝3种颜色。 （2）CMY颜色空间 利用青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）3种颜色来表示所有颜色的方法称为CMY颜色空间。 （3）YUV颜色空间 在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD（电荷耦合器件）摄像机。这些设备把摄取的彩色图像信号经过分色、放大和校正得到R、G、B三基色，再经过矩阵变换得到的亮度信号Y和两个色差信号U（R-Y）与V（B-Y），最后发送端将这3个信号分别进行编码，用同一信道发送出去，这就是所谓的YUV颜色空间。

4．真彩色和伪彩色 （1）真彩色 真彩色是指组成一幅彩色图像的每个像素值中有R、G、B三个基色分量，每个基色分量直接决定显示的基色强度，这样表示的颜色称为真彩色。在计算机系统中，如果把R、G、B分量都用8位字长来表示，就可生成28×3＝16777216种颜色，每个像素的颜色都是由其中的数值直接决定的。这样得到的颜色在人眼能分辨的范围内可以完全反映原图像的真实色彩，所以叫真彩色。 （2）伪彩色 伪彩色是相对于真彩色而言的。在计算机系统中，为了减少彩色图像的存储空间，在生成图像时，对图像中不同颜色进行采样，产生包含各种颜色的颜色表，即颜色查找表。图像中每个像素的颜色不是由三个基色分量的数值直接表达，而是把像素值作为地址索引，在颜色查找表中查找这个像素实际的R、G、B分量值。这样表示的颜色被称为伪彩色。

3.1.2 图像的分辨率 图像的分辨率是指组成一幅图像的像素密度，是衡量图像质量最基本的标准。分辨率用单位面积内水平和垂直方向所包含的像素数表示，即每英寸多少点（dpi）。例如，用300dpi的标准扫描一幅2×2.5英寸大小的彩色照片，就能得到一幅600×750个像素点的图像。对同样大小的一幅图，如果组成该图像的像素数目越多，则图像的分辨率越高，图像看起来就越细腻、逼真。因此，不同的分辨率决定不同的图像清晰度。

图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率确定的是组成一幅图像像素数目，而显示分辨率是表示能显示图像的区域大小。当图像分辨率大于显示分辨率时，在屏幕上只能显示图像的一部分；当图像分辨率小于屏幕分辨率时，显示的图像只占屏幕的一部分。

3.1.3 图像的深度 图像深度是指记录每个像素信息所占二进制数的位数。图像深度确定了彩色图像的每个像素所能显示的颜色数，因而决定了彩色图像中可能出现的最多颜色数或灰度图像中的最大灰度等级。如果一幅图像的图像深度为n位，则该图像的最多颜色数或灰度级为2 种。 n

（2）位图 3.1.4 图像的种类 计算机中显示的图像一般可以分为矢量图和位图两大类。 （1）矢量图 矢量图使用由线连接的点来描述图像，图像的元素是点和线。矢量图形先被分解为单个的线条、文字、圆形、矩形等图形元素，再利用代数表达式分别表示每个元素。这些图形元素都具有各自的颜色、形状、大小等属性，在图像中是相对独立的实体。由于矢量图形可通过数学公式计算获得，所以矢量图形文件体积一般较小。 （2）位图 位图图像也叫点阵图像或绘制图像，是由像素点按照一定的顺序排列组成的。这些点以不同的排列顺序和颜色来表示图像。

矢量图与位图比较表 类型 文件内容 存储量 显示速度 几何变换 应用特点 矢量图 表达式 与图的复杂度有关 图越复杂，需执行的指令越多，显示越慢 不失真 易于编辑 位图 点阵 与图的尺寸有关 与组成图的元素数量有关 失真 视觉效果好，编辑较麻烦

3.2数字化图像 计算机的工作方式决定了计算机存储和处理的图像信息都是数字化的，即以二进制代码序列表示图像信息。因此通过多媒体计算机系统存储或处理的图像信息，必须要转换为二进制代码的形式，即数字图像信息。把图像信息转换成计算机能够识别的数字代码格式的过程称为图像的数字化。 数字化过程分为采样与量化两个步骤。采样实质上就是要用多少个点来描述一张图像。比如，一幅分辨率为640×480的图像，就表示这幅图像是由307200个点组成。量化是指要使用多大的数值来表示图像采样之后的每一个点。这个数值限定了图像上所能显示的颜色总数。

数字图像的分辨率越高、图像深度越深，效果就越逼真，但是数据量也会越大。 3.2.1图像的压缩 1．图像压缩的必要性 数字图像的分辨率越高、图像深度越深，效果就越逼真，但是数据量也会越大。 由于数字图像中数据的相关性很强，或者说数据的冗余度很大，因此对数字图像进行大幅度的数据压缩是完全可能的。而且人的视觉系统有一定的局限性，即使压缩前后的图像有一定程度的失真，只要限制在一定的范围之内，也丝毫不会影响图像的使用。 数据压缩可分成两类，一类是无损压缩，另一类是有损压缩。

目前静态图像通用的编码及压缩标准是JPEG算法标准。 2．静态图像的压缩标准 目前静态图像通用的编码及压缩标准是JPEG算法标准。 JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一个由ISO和IEC两个组织机构联合组成的一个专家组，负责制定静态和数字图像数据压缩编码标准，其开发的算法称为JPEG算法，并且成为国际上通用的标准，因此又称为JPEG标准。JPEG是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准，既可用于灰度图像，又可用于彩色图像。JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法，一种是以离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）为基础的有损压缩算法，另一种是采用以预测技术为基础的无损压缩算法。

3.2.2 常见的图像文件格式 BMP格式 JPEG格式 GIF格式 TIFF格式 PNG格式 PSD格式

3.2.3 数字图像的获取 拍摄 视频截图 屏显抓图 软件制图 硬件制图 网上下载 扫描

3.2.4数字图像处理软件 PhotoShop Fireworks CorelDraw ACDSee Ulead Photo Impact

3.3数字图像的处理 3.3.1 PhotoShop简介 PhotoShop是Adobe公司推出的图像处理软件，它功能强大、操作简单、界面友好，被广泛地应用到广告设计、图书封面设计、网页图像制作、照片处理及印刷等各个领域。现在PhotoShop已经成为图像处理应用领域不可缺少的基本工具软件。就目前而言，使用PhotoShop进行简单的图像处理和制作已经成为图像处理技术的一种基本技能。

PhotoShop工作界面

PhotoShop CS工作界面 菜单栏 属性栏 工具箱 工作区 调板

工具箱

①选框工具 工具箱 选框工具中常用的有矩形选框和椭圆形选框，用来在图像中选择一个矩形或圆形的区域以供操作处理。 ②移动工具 用于移动被选中的区域，对应的操作是鼠标拖动。如果按住键盘上“shift”键再使用鼠标拖动选取区域，可以沿标准的45度角方向移动选区；按住键盘上“Alt”键拖动选区，则移动的是所选区域的图像信息复制，原选区保持不变。 ③套索工具 套索包含三个工具：一个是不规则套索，用于选中任意形状的区域；第二个是多边形套索，用于选择规则多边形的区域；另外一个是磁性索套工具，用于选择两边颜色值差别较大对象的轮廓边沿。 ④魔棒工具 用于选取具有相同或相近的颜色值的区域，而选择区域范围是根据魔棒工具选项中的容差值来设置的。

PhotoShop为用户提供了各种各样的画笔工具其中画笔用于绘制柔和的线条，铅笔用于绘制硬线条。 ⑦文字工具 ⑤仿制图章 用于复制某个图像区域。 ⑥画笔工具 PhotoShop为用户提供了各种各样的画笔工具其中画笔用于绘制柔和的线条，铅笔用于绘制硬线条。 ⑦文字工具 文字工具可自动创建一个新的图层并在其中生成文本，或者说PhotoShop中的文字信息保存在单独的图层中，这样更有利于文本的编辑。 ⑧渐变工具 渐变工具可根据属性栏的各项属性值的设定，得到千变万化的渐变效果。 ⑨油漆桶工具 在选区中填充所选的颜色。 ⑩缩放工具 缩放工具用来调整图像的显示比例。

3.3.2 文件操作 1.新建文件 启动PhotoShop软件后，工作区没有被显示。如果需要新建一个图像文件，其操作步骤如下： ①选择“文件|新建”命令，弹出如图所示的“新建”对话框。 ②在“名称”文本框中输入文件名为新文件命名。

④在“颜色模式”下拉选择列表框中选择颜色模式，一般选择RGB颜色模式（默认选择）。 ⑤在“背景内容”下拉列表框中设定新图像的背景层颜色。 ⑥单击“好”按钮，完成新图像文件的创建。 新建图像文件

若需要对已经获取的图像进行编辑修改，就需要将图像打开，方法如下： 2.打开和保存文件 若需要对已经获取的图像进行编辑修改，就需要将图像打开，方法如下： ①选择菜单中“文件|打开”命令，弹出如图所示对话框。 ②在“查找范围”下拉列表框中选择需打开图像文件所在路径。

③在文件列表框中单击选择需打开的文件。 ④点击“打开”键即可打开该文件。 如果要保存处理后的文件，选择“文件|存储为”命令，打开“存储为”对话框，选择文件存放目录，并在“文件名”文本框中输入新文件名。这里还可选择文件存储格式，以上操作完成后单击“保存”键就完成了保存文件操作。

3.3.3图像的基本编辑 从数码相机获取的图像有时候会因为光线等原因不能满足使用的要求，这就需要进行简单的处理。PhotoShop中图像的基本编辑包括调整图像的大小、亮度、饱和度，图像的剪切、复制和粘贴等。

②点击菜单栏中的“图像|调整|亮度/对比度”命令。 例3-1调整图像的亮度、对比度 ①打开需要调整的图像文件。 ②点击菜单栏中的“图像|调整|亮度/对比度”命令。 “亮度/对比度”对话框

调整“亮度/对比度”前后的图像对比 ③在弹出如图所示的“亮度/对比度”对话框中，鼠标分别拖动亮度和对比度的滑块，调整到适当大小。 ④调整后点击 “好”键即可。原图和调整后的图像如图所示。 调整“亮度/对比度”前后的图像对比

例3-2 使用裁切工具裁切图像，并保存裁切后图像部分。 ①首先选中所要裁切图像对象所在图层，然后选择工具箱中的裁切工具。 ②从所要裁切图像的一角拖动鼠标到对角，将图像包含在显示的选框内。这时没有选中的区域变成暗色，选区中图像颜色不变（如图所示）。 ③按下键盘上的回车键或双击选区，所选的对象就显示在编辑区中（如图所示）。 ④保存裁切下的图像文件。 选取裁切区域 裁切后的图像

图像的修整指对原图像文件内容进行更改，即修整之后与原图像相比发生了较大的变化。 3.3.4图像的修整 图像的修整指对原图像文件内容进行更改，即修整之后与原图像相比发生了较大的变化。 例3-3 使用高斯模糊工具，对打开的图片进行模糊处理。 ①选择“滤镜|模糊|高斯模糊”，打开高斯模糊对话框。 ②将其模糊半径值调节为15。 ③点击右上方的“好”键。 ④软件对图像执行高斯模糊操作。

高斯模糊对话框 模糊处理前后效果对比

例3-4 利用液化工具调整图片，使其具有流动效果。 ①选择“滤镜|液化”，打开液化对话框。 ②在出现的液化对话框中，进行适当调整，如画笔大小、画笔密度等。 ③鼠标指针在需要调整部分移动。按鼠标左键沿一定方向移动即可呈现流动效果。 液化后的效果 选取液化命令

3.3.5文字效果与图层 可以把图层看成是一张一张叠起来的透明胶片，每张透明胶片上都有不同的画面，改变图层的顺序和属性可以改变图像的最后效果。利用图层的特性可以创建很多复杂的图像效果。

例3-5 在新图层上为文字添加浮雕效果（发光效果）。 ①在图层调版点击创建新图层按钮 ②使用文字工具在新图层上创建文字，输入“斜面浮雕”，并调整字体格式与大小（如图所示）。 创建新图层 创建文字

④选择“斜面和浮雕”，并适当调整，修改后的文字效果如图所示。 ③双击新图层，出现图层样式对话框 ④选择“斜面和浮雕”，并适当调整，修改后的文字效果如图所示。 调整后的效果 图层样式对话框

①对当前所选图层的图像进行部分选取，首先将工具箱中的套索工具选为磁性套索工具。 3.3.6 图像效果的综合处理 例3-6 使用套索工具中的磁性套索工具选择选区，并对选中选区填充颜色。 ①对当前所选图层的图像进行部分选取，首先将工具箱中的套索工具选为磁性套索工具。 ②在所要选择的对象边沿线上某一点单击，开始沿花朵边沿线顺序选取对象。当磁性套索工具尾部至起始点时，箭头右下角出现一个小圆圈，此时单击鼠标左键，则所要选择的目标对象边沿线即呈现出闪动的虚线，对象选择完毕。 ③对所选的选区填充颜色。先将其前景色设为红色，用油漆桶工具给所选区域填充颜色。

用磁性索套工具选择花朵 填充后的效果

例3-7 为选区对象更换背景（两个图层的叠加效果）。 ①运用工具箱中的磁性套索工具在素材2中选取花朵。 ②把选取的对象复制到素材1中图层上。 ③用移动工具调整花朵的大小、位置。 ④选择“图层|合并可见图层”将两个图层合并为一个图层。

素材1 素材2 图层合并后的效果

习 题 三 1．亮度、色调、饱和度的区别是什么？ 2．矢量图、位图的主要区别是什么？处理矢量图和位图的常用软件有哪些？ 3．为什么要对图像进行压缩？ 4．常见的图像文件格式有哪些？ 5．PhotoShop中图层的作用是什么？