第二章 数字图像媒体

第一节 数字摄影 数字技术使摄影业发生了革命性的改变，无论是记录图像信息的器材，还是处理提高图像质量的方法，以及制作、传播、储存图像的手段，都在进行全面革新。 对数字图像媒体来说，数字技术带来的最主要的变化在于大大缩短了照片从拍摄到传播的过程，使照片的时效性和生命力更强，而传播的快捷反过来又促进这个领域顺应信息时代的发展。

数字摄影的光学成像原理与传统照相机一样，但不用感光材料，而是采用数字信息处理手段，将传统的拍摄、冲洗、印放等转变为输入、处理保存和输出。

一、数字相机的发展 数字相机作为传统相机的数字化产物，是一种计算机配套使用的的数字影像设备，它的出现使传统的摄影技术发生了革命性变革。最初的数字相机出现于90年代初，用于通过卫星从太空向地面传送照片，以后逐渐转为民用。同其它电脑产品一样，数字相机的发展也是日新月异，技术水平不断提高，性价比不断改善。

数字相机的优势 个人总结

数字相机的诸多优势加上Internet的普及，使数字相机迅速占领市场，被广泛用于车辆管理、广告设计、新闻摄影、保险、档案、医疗、婚纱摄影等领域。近年来，国际市场上数字相机的销售量一直成倍增长。早在1997年，美国市场上数字相机的销售量就已超过传统相机。中国市场上2000年数字相机的总销量达16万台，而2003年已达100万台左右，2005年数字相机继续保持迅猛的增长势头，并开始逐渐蚕食传统相机市场。

二、卫星数字摄影 卫星技术和摄影技术的结合，使摄影的方式和角度发生了巨大的变化，同样也使新闻的，特别是影像信息的传播方式发生了巨大的改变。1999年9月24日，一颗名为“艾科纳斯”的卫星在美国加州范登堡空军基地发射升空，这是卫星数字摄影的商业化民用化的开始。

艾科纳斯使公众获得了前所未有的视觉空间，在多个领域发挥了重要作用：新闻报道、环境监测…… 课下作业：网络查找卫星摄影图片

除了经营艾科纳斯的Space Imaging公司外，美国的Earth Watch、Orbital Images、West India Space等多家公司都在计划制造、发射类似的卫星，清晰度也更先进。 除美国外，中国、印度、意大利、日本、俄罗斯、以色列、法国、韩国、德国、巴基斯坦、西班牙、澳大利亚、加拿大、泰国等20多个国家都在计划发射类似的卫星。

Google Earth Google公司开发的一套3D地球仪软件，该软件使用NASA（美国航天局）卫星拍摄的地球照片资料，使人们很容易的在其中找到地球中的任何一个角落。 Google Earth的数据库经常进行更新。 Google Earth在欧美等一些发达国家的应用已经相当广泛，可以利用它作为出行指南，可以利用它找酒店或者学校……

其功能主要有： 1. 结合卫星图片，地图，以及强大的Google搜索技术，全球地理信息就在眼前。 2. 从太空漫游到邻居一瞥； 3 其功能主要有： 1. 结合卫星图片，地图，以及强大的Google搜索技术，全球地理信息就在眼前。 2. 从太空漫游到邻居一瞥； 3. 目的地输入，直接放大； 4. 搜索学校，公园，餐馆，酒店； 5. 获取驾车指南； 6. 提供3D地形和建筑物，其浏览视角支持倾斜或旋转；

三、数字摄影带来的新问题 数字技术让作者对影像的改变更容易了，呈现在公众眼前的照片完全可能根本就没有存在过，“眼见也不一定为实”。因此有人顾虑，运用数字技术拍摄照片太容易弄虚作假了。其实，在传统摄影时，通过拍摄过程和暗房操作弄虚作假的照片也同样屡见不鲜。应该说，这并不是技术自身的问题，更主要的是一个从业规范和职业道德问题。

第二节 数字图像原理 传统绘画的方式是在纸张上用矿物或有机颜料作画，记录在画纸上的图像是通过这些矿物或有机颜料相互组合的关系反映出来的。修改图像实际上就是修改矿物或有机颜料相互组合的关系。

电脑绘画是形成记载数字信息的文件。这些数字信息规定了特定位置的色相、明度和彩度及其数理逻辑关系。

一、图像数字化 模拟图像转化为数字图像的过程就是图像的数字化。图像数字化的具体步骤为采样、量化和编码。 采样：将模拟图像变换成离散点的操作称为采样。采样频率（在一定面积内取多少个点或称为像素）是非常重要的，它决定转换后的数字图像的“分辨率（dpi）”

量化编码：对于黑白图像每个像素有特定的亮度信息，我们一般用“灰度”来表示像素的亮度，对于彩色图像则每个像素除了有亮度信息外，还有特定的色彩信息。经采样的图像的灰度和色彩是连续的，还需要将每个像素的灰度和色彩转换成离散的整数值，这一过程叫量化编码。 （墨分五彩：其实又何止五彩，由浓到浅层次多变而丰富，用以灰阶表现）

量化过程中，量化等级是一个重要参数，是指每个像素的灰度和色彩用多少位二进制数表示。 量化等级越少，图像层次越差，灰度分辨率低；量化等级越多，图像灰度层次越丰富，图像质量越高，但对存储空间的要求也越大。

黑白图像中，若每个像素的灰度用8位二进制数表示，则有28＝256个量化级，这256个灰度量化级均匀地分布在由全黑（0）到全白（255）的整个明暗带中，即每个像素的灰度将由一定的数值（0～255）来表示；若用16位二进制数表示，则有216＝65536个量化级。

彩色图像中每个像素的颜色（或亮度）信息都量化为若干位二进制数。所占二进制的位数称为颜色深度（也称为位深度或像素深度），记作位/像素（b/p：bits per pixel）。但色彩的记录还涉及到色彩空间模型问题，不同的色彩模型有不同的量化。

色彩空间模型是指计算机表示、模拟和描述图像色彩空间的方法，也称色彩模型。常用的色彩空间模型有：RGB（红/绿/蓝）模型，CMYK（青、品红、黄、黑）色彩模型，HLS（色相/饱和度/亮度）等。

（1）RGB色彩模型：它是根据人眼锥体接收光线的方法来构造成一个模型的，由红、绿、蓝三种颜色光相互叠加可形成丰富的色彩。每一个像素的色彩均由红、绿、蓝三色组成，分别按一定的量化等级量化成若干位二进制数。如每种颜色都用8位二进制数表示，则颜色深度为24位，三色叠加可生成256×256×256＝16M种颜色空间模型。其它几种色彩模型量化原理相似，只是色彩的表示方式不同。

（2） CMYK色彩模型：使用青、品红、黄、黑四个色彩信道产生可以绘画、印刷或打印的色彩。

在实际应用中，青色、品红色和黄色很难叠加形成真正的黑色，最多是褐色。因此才引入黑色，强化暗调，加深暗部色彩。 通过四色的组合和描述，产生打印和印刷可见光谱中的大多数颜色空间模型。

CMYK模式本质上与RGB模式没有区别，只是产生颜色的方式不同。

编辑图像时，我们一般使用RGB色彩模式。但是，打印使用的CMYK模式所定义的色彩要比RGB模式定义的色彩少很多。编辑好的图像打印时，系统会自动将RGB模式转换为CMYK模式，这时将损失一部分亮度、颜色，并且比较鲜艳的色彩肯定会失真。 打印机驱动程序负责把色彩的模式转换。

（3） Lab模式：国际照明委员会（CIE）1976年公布的一种色彩模式。 Lab模式既不依赖光线，也不依赖于颜料，它是CIE组织确定的一个理论上包括了人眼可以看见的所有色彩的色彩模式。在表达色彩范围上，处于第一位的是Lab模式，第二位的是RGB模式，第三位是CMYK模式。

Lab模式由三个通道组成，但不是R、G、B通道。它的一个通道是亮度，即L。另外两个是色彩通道，用A和B来表示。A通道包括的颜色是从深绿色（底亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉红色（高亮度值）；B通道则是从亮蓝色（底亮度值）到灰色（中亮度值）再到黄色（高亮度值）。因此，这种色彩混合后将产生多样的色彩。

（4）HLS 是Hue(色相)、Luminance(亮度)、Saturation(饱和度)。 色相：色彩的基本颜色。红色在0度，绿色在120度，蓝色在240度。它基本上是RGB模式全色度的饼状图。 饱和度是指图像颜色的彩度或纯度，饱和度为0时，色彩成为灰色。白、黑和其他灰色色彩都没有饱和度。在最大饱和度时，每一色相具有最纯的色光。

HLS模型描述色彩比较自然，但在实际应用中需进行转换，如显示时需转换成RGB模型，打印时转换为CMYK模型。

（5）YUV色彩模型：被欧洲的电视系统所采用，其中Y指亮度，U和V也表示色调（两个色差信号），与RGB的关系是：Y=0. 30R+0 （5）YUV色彩模型：被欧洲的电视系统所采用，其中Y指亮度，U和V也表示色调（两个色差信号），与RGB的关系是：Y=0.30R+0.59G+0.11B，U=0.50（B–Y）=-0.15R-0.29G+044B，V=0.88（R–Y）=0.62R-0.52G-0.10B。 显然，无论从平面的取点还是记录数据的深度来讲，采样量化形成的图像与母本必然有一定的差距，必然丢掉了一些数据。但这个差距如果控制得相当小，以至人眼难以分辨，那么这个差距就是可以接受的。

数字化图像，就是将图像上每个点的信息按某种规律（模拟/数字转换）转换成一系列二进制数据（0和1）。这种用二进制数据来表示的图像信息可以存储在磁盘、光盘等存储设备里，也可以不失真地进行通信传输，更有利于计算机进行分析处理。

二、点位图像与矢量图形 模拟图像数字化后是由许多像素组成的，每个像素用若干个二进制位来指定该像素的颜色、亮度和属性，这类图像我们称为点位图像，简称位图。像素是记录位图图像属性的基本单位，对位图图像进行修改就是对图像中的像素进行添加、删除或改变像素的颜色、亮度等属性。除了位图，在计算机中处理的图像还有矢量图形（Vector_based Map）。

二值（黑白）位图点阵图像 矢量图形

矢量图形是指以数学方法表示出来的，通过一组程序指令集来描述构成一幅图形的所有点、线、框、圆、弧、面等几何元素的位置、维数、大小和色彩的二维或三维的图形形状。矢量图形由外部轮廓线条构成，任意缩放不会失真，也不会因为编辑和修改次数过多而降低图形质量，因此可以对图形进行反复编辑和修改。

矢量图形主要用于轮廓不很复杂、色彩不是很丰富的对象，如：几何图形、线型的图画、美术字、统计图、工程图纸、CAD、3D造型软件等有规律的曲线所组成的图形 。

位图图像基于像素描述的特点提供了高保真度图像显示和印刷质量，主要用于表现含有大量细节（如明暗变化、场景复杂、轮廓色彩丰富）的对象，如：照片、绘图等。 位图图像多来源于“扫描”和“复制”，如由扫描仪或数码相机等输入设备捕捉实际的画面产生的。由于图像占用存储空间较大，一般要进行数据压缩。

三、图形与图像的基本属性 1、分辨率 分辨率是影响位图图像质量的重要因素，它有多种形式，如显示分辨率、图像分辨率和打印分辨率、扫描分辨率等。 显示分辨率：是指某一种显示方式下，显示屏上能够显示出的像素数目，以水平和垂直的像素数表示。 图像分辨率：图像分辨率用水平和垂直的像素数表示，如一幅图像的分辨率为320*240。不同的分辨率有不同的图像清晰度。

2、图像亮度和颜色表示 黑白图像用灰度表示像素的亮度,灰度用灰度级别或比特数表示，目前多采用256级即8比特。对于彩色图像用颜色深度来表示像素的亮度和色彩。

真彩色指在组成一幅彩色图像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显示设备的基色强度，这样产生的彩色可以反映原图的真实色彩，故称真彩色。目前常用的是24位真彩色，即每基色分量用8位来表示，共可记录224=16M种色彩。而平时所说的32位真彩色是在24位之外，还有一个8位的Alpha通道，表示每个像素的256种透明度等级。 高彩色：指用16位来表示一个像素的颜色，共有65536种颜色。

3、调色板 在生成一幅位图图像（一般指256色）时，图像处理软件要对图像中不同的色调进行采样，产生包含该图像中各种颜色的颜色表，这个颜色表就称为调色板。调色板中的每种颜色都可以用红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色的组合来定义。 每一个256色图像都有自己对应的调色板，如果显示这个图像时用了别的图像的调色板，图像就有可能变花。有时我们需要把一幅真彩色的图像文件转换为256色，这个工作有很多软件都可以做，我们最常用的是PHOTOSHOP。PHOTOSHOP可以计算出图像所需的最佳调色板，也允许我们为图像指定一个调色板。

4、文件的大小 图形与图像文件的大小（也称数据量）是指在磁盘上存储整幅图像的字节数（Bytes），位图图像文件的大小与分辨率和颜色深度有关。计算公式为：文件字节数＝图像分辨率×颜色深度/8。 矢量图形记录方式比位图记录方式在相同大小区域内产生的数据量少得多，因此矢量图形文件要比图像文件小得多，而且画面上的图形越简单，分解成的基本几何图形就越少，相应地记录这个文件的数据量就越小。

四、数字图像的压缩 模拟图像数字化后的数据量很大，在对其进行实时处理时，对计算机的存储容量、传输带宽和处理能力提出了很高要求，因此，为了更方便计算机对数字图像的处理，需要采用数据压缩技术，将那些对人眼感知图像不太重要的成分抛弃，以缩减存储、传输和处理的数据量。

1、压缩原理 从信息论观点来看，图像是一个信源，描述信源的数据是信息量（信源熵）和信息冗余量之和。数据压缩实质上是从视觉对象、视觉生理、视觉心理3个方面入手，研究符合人类视觉规律的视觉模型，减少信息冗余量。

视觉对象： 信息冗余有多种，如空间冗余，结构冗余，时间冗余等，冗余量减少可以减少数据量而不减少信源的信息量。

视觉生理：人的眼睛对构成图像的不同成分具有不同的敏感度，还可控制图像适合于人眼的视觉特性，如人的眼睛含有对亮度敏感的柱状细胞1 视觉生理：人的眼睛对构成图像的不同成分具有不同的敏感度，还可控制图像适合于人眼的视觉特性，如人的眼睛含有对亮度敏感的柱状细胞1.8亿个，含有对色彩敏感的椎状细胞0.08亿个，由于柱状细胞的数量远大于椎状细胞，所以眼睛对亮度的敏感程度要大于对色彩的敏感程度；人眼对低频信号的敏感程度大于对高频信号的敏感程度；人眼对图像中心信息的敏感程度大于对图像边缘信息的敏感程度等等；只要将这些冗余信息去除，如用较少的比特数表示色彩信号和高频信号，对边缘信息减少比特数，就可以达到压缩图像数据量的目的。

由于视觉心理是一个很复杂的问题，难以得到其规律。因此，早期的码率压缩主要是在利用图像信号的统计特性和人类眼睛的视觉特性基础上进行。新的压缩算法如MPEG4也开始考虑视觉心理。

另外，在一些情况下，允许图像有一定的失真，而并不妨碍图像的实际应用，那么数据量压缩的可能性就更大了。

2、图像压缩方法 根据压缩算法原理不同图像压缩方法可以分为： （1）无损压缩：原理和其它数据文件的压缩一样，是对文件的数据存储方式进行优化，采用某种算法表示重复的数据信息，文件可以完全还原，不会影响文件内容，对于数字图像来说，也就不会使图像细节有任何损失。由于无损压缩只是对数据本身进行优化，所以压缩比有限。

（2）有损压缩：不能完全还原原始信息。如果打开压缩过的图片再次存储，损失会累积，图像质量会进一步下降。 如图像色彩用HSB色系表示时，人眼对于亮度的敏感程度远远高于其它二者，也就是说，只要亮度不变，稍微改变色相和饱和度，人们难以察觉。

（3）混合编码：即同时采用两种或两种以上的编码方法混合进行的编码。混合编码可以根据实际需要充分发挥不同编码方法的优点，不但可以获得更大压缩比和图像质量，而且可以降低计算复杂度和提高抗干扰力。目前的图像编码标准方案（如JPEG和MPEG等），几乎都采用多种不同的编码方法进行混合编码。

3、压缩编码算法简介 （1）熵编码 在信息论中，信源X中目标xi(i=1,2,…,n)的信息量I（xi）被定义为I（xi）=-log2p（xi），式中p（xi）为xi（i=1，2，…，n）出现的概率。信息的熵H（X）就是信源X中所有目标的平均信息量，即H（X）=

熵编码以信息熵原理为基础，把数据中出现概率大的码元用小的码元长度表示，即占用较少的比特数（二进制位数）；把数据中出现概率小的码元用大的码元长度表示，即占用较大的比特数（二进制位数）。这样能大大地压缩数据量。 熵编码是一种无损编码，常用的有哈夫曼编码、LZW编码、行程编码和算术编码等。

A、哈夫曼（Huffman）编码 哈夫曼编码是一种常用的压缩编码方法，是Huffman于1952年为压缩文本文件建立的。基本原理是频繁使用的数据用较短的代码代替，较少使用的数据用较长的代码代替，每个数据的代码各不相同，这些代码都是二进制码，且码的长度是可变的。例如，一个文件中出现了8种符号A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7，那么要编码至少需要3比特。假设编码成000、001、010、011、100、101、110、111（称作码字）。那么符号序列A0A1A7A0A1A6A2A2A3A4A5A0A0A1编码后变成000001111000001110010010011100101000000001，共用了42比特。

实际上，在符号序列中A0、A1、A2这三个符号出现的频率比较大，其它符号出现的频率比较小，如果我们采用一种编码方案使得A0、A1、A2的码字短，其它符号的码字长，这样就能够减少占用的比特数。例如我们采用这样的编码方案：A0到A7的码字分别01、11、101、0000、0001、0010、0011、100 。那么上述符号序列变成011110001110011101101000000010010010111，共用了39比特，尽管有些码字如A3、A4、A5、A6变长了，但使用频繁的几个码字变短了，所以实现了压缩。

具体的Huffman编码算法是：先按出现的概率大小排队，把两个最小的概率相加，作为新的概率和剩余的概率重新排队，再把最小的两个概率相加，再重新排队，直到最后变成1。每次相加时都将“0”和“1”赋与相加的两个概率，读出时由该符号开始一直走到最后的“1”，将路线上所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的顺序排好，就是该符号的霍夫曼编码。

B、行程编码 行程编码又称“运行长度编码”或“游程长度编码”，属于无损压缩编码。 行程编码（Run Length Coding）的原理是：将一行中颜色值相同的相邻象素用一个计数值和该颜色值来代替。例如aaabccccccddeee可以表示为3a1b6c2d3e。如果一幅图像是由很多块颜色相同的大面积区域组成，那么采用行程编码的压缩效率是惊人的。但该算法也有一个致命弱点，如果图像中每两个相邻点的颜色都不同，用这种算法不但不能压缩，反而数据量增加一倍。所以现在单纯采用行程编码的压缩算法用得并不多。

（2）预测编码 预测编码是用于消除统计冗余而设计的压缩编码方法，即去除相邻象素之间的相关性和冗余性，只对新的信息进行编码。常用的预测编码有Δ调制（Delta Modulation，简称DM）；线性预测编码（Differential Pulse Code Modulation，DPCM）。 预测编码的基本思想是： 模型→利用以往的样本数据→对下一个新的样本值进行预测→将预测所得的值与实际值的差值进行编码→由于差值很小，可以减少编码的码位。

例如，因为象素的灰度是连续的，所以在一片区域中，相邻象素之间灰度值的差别可能很小。如果我们只记录第一个象素的灰度，其它象素的灰度都用它与前一个象素灰度之差来表示，就能起到压缩的目的。如248、2、1、0、1、3，实际上这6个象素的灰度是248、250、251、251、252、255。表示250需要8个比特，而表示2只需要两个比特，这样就实现了压缩。

（3）变换编码与离散余弦变换DCT 变换编码也是通过消除统计冗余进行数据压缩的编码方法。它通过将图像的亮度矩阵变换到系数空间（频域）上进行处理而实现。在空间上具有强相关的信号通过一定的变换，反映在频域上就是某些特定区域内的能量集中或系数矩阵的分布具有某些规律，利用这种规律来分配频域上的量化二进制位数（码元编码长度）就可达到数据压缩的目的。

f(t) = (1/2a0) + (a1·cos(x)+b1·sin(x)) + (a2·cos(2x)+b2·sin(2x)) + … 其中，系数a和b表示不同频率阶数下的幅度。

4、静态图像压缩编码的国际标准——JPEG 国际标准化组织（ID）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合成立的专家组织JPEG（Joint Photographic experts group）于1991年3月提出的静止图像数字压缩编码标准（在用于活动图像时，其算法仅限于帧内，便于编辑），简称JPEG标准，适用于灰度等级和颜色连续变化的静止图像。

JPEG包含两种基本压缩方法，各有不同的操作模式。第一种是有损压缩，采用基于DCT变换的有损压缩算法，在保存图像时保留了较多的亮度信息，而将色度信息与周围像素进行合并，图像压缩后虽有损失但压缩比可以很高，合并比例不同，压缩比例也不同，压缩20倍左右时，重建图像质量达到人眼难以观察出损失的要求。第二种为无损压缩，又称预测压缩方法，采用基于空间预测编码DPCM的压缩算法及哈夫曼Huffman（或算术编码），可保证重建图像数据与原始图像数据完全相同，但压缩比很小。 JPEG还有一个优点，就是压缩和解压缩是对称的，这意味着压缩和解压缩可以使用相同的硬件或软件。

JPEG压缩过程分四个步骤实现：颜色模式转换及采样；DCT变换；量化；编码。

色度量化值表

亮度量化值表

JPEG2000：小波变换

编辑图片 + =？

用Photoshop绘制的草莓 教程网址：http://www.pcdog.com/edu/photoshop/20/11/c242145.html

第三节 数字图像媒体设备 一、数字照相机 1、数字相机的结构和工作原理 把光信号转化为数字信号的过程 CCD电荷耦合器件代替胶卷感光成像

2、数字相机的技术指标 CCD尺寸 CCD分辨率（像素数）：是评价数字相机优劣的重要指标，但由于各生产厂家采用不同的算法，造成CCD的像素并不直接对应相机的实际像素，通常还要看相机实际所具有的总像素数。一般而言，总像素水平高的数字相机可以得到高质量的照片。拍摄时，数字相机分辨率的高低可以根据要求随时任意切换。

镜头的光学质量：数字相机镜头成像的好坏直接影响相机所拍摄图像的质量。

颜色深度：色深；即相机对颜色丰富程度的表现能力，目前24位色深是数字相机的标准能力，色深位数越大越好。 白平衡：白平衡效果就像传统相机的胶片的色温，即胶片适用于何种光型，这直接影响到数字相机所拍摄图像对色彩的再现能力和色彩还原的准确性。高级相机应当具备自动白平衡功能，相机根据现场环境光来自动调整校正白平衡，使照片达到最佳的色彩。

所谓白平衡，就是摄像机对白色物体的还原。人眼观看世界时，在不同的光线下，对相同的颜色的感觉基本是相同的，比如在早晨旭日初升时，我们看一个白色的物体，感到它是白的；而我们在夜晚昏暗的灯光下，看到的白色物体，感到它仍然是白的。这是由于人类从出生以后的成长过程中，人的大脑已经对不同光线下的物体的彩色还原有了适应性。但是，摄像机没有人眼的适应性，在不同的光线下，由于CCD输出的不平衡性，造成摄像机彩色还原失真：或者图像偏蓝，或者偏红。

了解白平衡，必须了解一个重要的概念：色温。色温是表示光源光谱成分的一种概念，它所表示的是光线的颜色，而不是光的冷暖温度。 光线不仅含有亮度的成份，更含有颜色的成份。光线越红，色温越低；光线越蓝，色温越高。 白光的色温约为5500K，若光源含红光成分多，其色温就低于5500K，而光源含蓝光成分多，其色温就高于5500K。

光源 色温（K） 蜡烛 2000 钨丝灯 2500-3200 碳棒灯 4000-5500 荧光灯 4500-6500 日光（平均） 5400 有云天气下的日光 6500-7000 阴天日光 12000-18000

如果照射物体的光线发生变化，那么其反映出的色彩也会发生变化，这种变化反映到摄像机里，就会产生在不同光线下彩色还原不同的现象。色温低，图像就会偏红，色温高，图像就会偏蓝。

为解决这个问题，摄像机都具有白平衡校正功能，对不同的色温进行补偿，从而真实地还原拍摄物体的色彩。 现在摄像机都具备自动白平衡及手动白平衡功能。自动白平衡使得摄像机能够在一定色温范围内自动地进行白平衡校正，其能够自动校正的色温范围在2500K-7000K之间，超过此范围，摄像机将无法进行自动校正而造成拍摄画面色彩失真，此时就应当使用手动白平衡功能进行白平衡的校正。

与传统相机拍摄不同的是，数码相机不是通过附加滤色镜来达到白平衡效果，它只是通过内置程序对整幅图像的色彩进行调节。

取景器：分为光学取景器和电子取景器。 光学取景器，顾名思义就是自然光通过光学组件，经过反射、折射直接进入人眼来完成取景工作。根据工作原理的不同，又分为旁轴式和单镜头反光同轴式（单反）两种。 EVF（Electronic Viewfinder）、LCD取景时是由液晶显示器发出光线。这种相机的CCD基本上是一直在受光的（这也是为什么小DC经不起强光），而快门是通过电路控制CCD的工作时间来完成的。

此外，还有一些重要参数，如图像压缩率、存储卡大小、是否具有变焦功能、最大闪光距离及最小拍摄距离（前者越大越好，后者越小越好）、快门速度范围、光圈大小范围、是否具有曝光补偿、支持哪些文件格式、是否具有连拍功能、每张照片拍摄的时间间隔、是否有录像功能及录像时间、配用何种电池等。

3、数字相机的使用 变焦 快门\光圈 景深 曝光补偿 感光度

资料 长焦距镜头画面 窄视野 小景深 纵向空间被压缩

广角镜头拍摄的画面 资料

资料 光圈

资料

资料 快门

资料

资料 曝光

资料 景深 光圈大，景深小；光圈小，景深长。 镜头焦距与景深：焦距长，景深小；焦距短，景深长。 使用相同焦距镜头，光圈一定的情况下，物距越远，景深越长；物距越近，景深越短。物距是指调焦目标至镜头之间的距离。

资料

4、操作步骤 （1）开机准备 （2）聚焦及测光 数字相机一般都有自动聚焦和测光功能。当对准物体并按下一半快门时，一个4位的主控程序芯片MCPU就开始工作，它确定对焦距离、快门的速度及光圈的大小。 （3）拍照、保存图像 （4）图片影像编辑与输出

二、扫描仪（Scanner） 扫描仪是一种图像采集设备，是一种捕捉静态图像并将其转化为计算机可以显示、编辑、储存和输出的格式的数字化输入设备。扫描仪对于桌面排版系统、印刷制版系统都十分有用。如果配上文字识别（OCR）软件，用扫描仪可以快速方便地把各种文稿录入到计算机内，大大加速了计算机文字录入过程。

1、扫描仪的工作原理 扫描仪内部具有一套光电转换系统，可以把各种图片信息转换成计算机图像数据，并传送给计算机，再由计算机进行图像处理、编辑、存储、打印输出或传送给其它设备。 其工作过程为：①扫描仪的光源发出均匀光线照到图像表面；②经过A/D模数转换，把当前“扫描线”的图像转换成电平信号；③步进电机驱动扫描头移动，读取下一次图像数据；④经过扫描仪CPU处理后，图像数据暂存在缓冲器中，为输入计算机做好准备工作；⑤按照先后顺序把图像数据传输至计算机并存储起来。

2、扫描仪的主要性能指标 分辨率是衡量扫描仪的关键指标之一。它表明了系统能够达到的最大输入分辨率，以每英寸扫描像素点数（DPI）表示。制造商常用“水平分辨率×垂直分辨率”的表达式作为扫描仪的标称。其中水平分辨率又被称为“光学分辨率”；垂直分辨率又被称为“机械分辨率”。光学分辨率是由扫描仪的传感器以及传感器中的单元数量决定的。机械分辨率是步进电机在平板上移动时所走的步数。光学分辨率越高，扫描仪解析图像细节的能力越强，扫描的图像越清晰。

色彩位数又叫色彩深度、色彩模式、色彩分辨率或色阶，总之都是表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程度的指标。 色彩位数越高，所能得到的色彩动态范围越大，即对颜色的区分更加细腻。例如一般的扫描仪至少有30位色，也就是能表达2的30次方种颜色（大约10亿种颜色），好一点的扫描仪拥有36位颜色， 大约能表达687亿种颜色。

灰度：指图像亮度层次范围。级数越多说明扫描仪生成的图像的亮度的动态范围越大，图像层次越丰富，目前扫描仪可达256级灰度。 速度：在指定的分辨率和图像尺寸下的扫描时间。 幅面：扫描仪支持的幅面大小，如A4、A3、A1和A0

3、扫描仪的分类 按扫描原理分类可将扫描仪分为以CCD（电荷耦合器件）为核心的平板式扫描仪、手持式扫描仪和以光电倍增管为核心的滚筒式扫描仪； 按色彩方式分为灰度扫描仪和彩色扫描仪； 按扫描图稿的介质可将扫描仪分为反射式（纸质材料）扫描仪，透射式（胶片）扫描仪以及既可扫描反射稿又可扫描透射稿的多用途扫描仪；

按接口分类：USB接口扫描仪；SCSI接口扫描仪；并行接口扫描仪； 按用途分类，分为用于各种图稿输入的通用型扫描仪和专门用于特殊图像输入的专用型扫描仪，如条码扫描仪、卡片阅读机等。 按其扫描的图纸幅面的大小不同，可分为小幅面的手持式扫描仪、中等幅面的台式扫描仪和大幅面的工程图扫描仪。

手持式扫描仪体积较小、重量轻、携带方便，但扫描精度较低，扫描质量较差；平板式扫描仪是市场上的主力军，主要应用在A3和A4幅面图纸的扫描仪，其中又以A4幅面的扫描仪用途最广、功能最强、种类最多，分辨率通常为600—1200dpi左右，高的可达2400dpi，色彩数一般为30位，高的可达36位；滚筒式扫描仪又称为大幅面扫描仪或者工程图扫描仪，一般应用在A1、A0这样的大幅面扫描领域中，如大幅面工程图纸、广告图像的输入。

4、扫描仪的使用 开始扫描前要让扫描仪先预热一段时间。扫描仪在刚开启的时候，光源的稳定性较差，且光源的色温也没有达到扫描仪正常工作所需的色温，因此扫描输出的图像往往饱和度不足。最佳的扫描时间是在扫描仪预热一段时间再开始扫描。在使用过程中也不必在间隙时间中关机，这样扫描图像的品质就比较稳定。

最好的扫描输入稿件是正片（透射片），其次是一般的照片（反射片）。若没有较好的扫描材料，只能用印刷品或负片作为扫描材料。印刷品在印刷时采用CMYK四色油墨从不同角度套印，因此只要用放大镜观察一下就会发现印刷品上的网纹，用扫描仪扫描印刷品时同样会在屏幕上发现此现象，因此必须采用去网纹技术。 如果采用负片作为扫描材料，由于负片的动态色域很窄，很难得到理想的效果，这时需要采用负片校正技术。它根据不同品牌的负片特性建立相对的特性档案，同时模拟照相机的曝光时间，对CCD曝光时间进行控制，使输出的图像质量在原有基础上有很大的提升。

负片是经曝光和显影加工后得到的影像，其明暗与被摄体相反，其色彩则为被摄体的补色，它需经印放在照片上才还原为正像。 电影摄影机拍的负片冲洗剪接后，先复制若干拷贝带，再翻正就可以在电影院播放了。正片上影像的明暗或色彩与被摄体相同，是用来印制幻灯片和电影拷贝等的感光胶片的总称。

下面以HP扫描仪驱动软件Scanjet为例，说明扫描步骤。 （1）先把要扫描的杂志面朝下扣在扫描仪的玻璃板上，然后盖上盖，为了保证被扫描的面能够紧密的贴在玻璃板上，最好能在上面再放一本较厚的书压着。 （2）打开扫描仪驱动软件。

（3）设置扫描仪的相关参数

四、打印机 打印机是一种最常见的数字图像输出设备。根据输出效果的不同，打印机主要分为激光打印机、喷墨打印机、针式打印机以及其他特殊功能打印机，其中针式打印机曾经在很长一段时间内占有重要地位，主要是因为它相对低廉的价格、极低的打印成本和很好的易用性。当然，很低的打印质量、很大的工作噪声也使它无法适应高质量、高速度的商用打印的需要，目前只有银行、超市等用于票单打印的很少的地方还在使用。

激光打印技术最早出现在60年代，真正投入应用在70年代初期，它提供了高质量、快速的打印方式。激光打印机分为黑白和彩色两种。 根据输出速度的不同，可分为低速激光打印机（每分钟输出10～30页）、中速激光打印机（每分钟输出40～120页）以及高速激光打印机（每分钟输出130～300页）。

喷墨打印机出现于90年代初，它改变了传统针式打印机输出色彩单调的缺陷。但最初推出时因喷打技术还没有完全成熟、各种设计开发的成本相对较高，仅用于专业印刷系统或者广告设计行业。随着喷墨打印技术的不断成熟以及日益创新，喷墨打印机的应用范围也在不断扩大，除了正常的商务办公以及个人办公，喷墨打印机已经开始出现在桌面印刷系统、广告设计系统、印刷出版系统以及摄影绘制等系统领域。

同时，喷墨打印技术越来越成熟，已经从最初的效果粗糙、输出缓慢、耗时较长发展到照片级效果、快速输出和简单的操作，价格也大幅下降，在个人家庭用户中得到快速普及。此外喷墨打印机还具有更为灵活的纸张处理能力，在打印介质的选择上，既可以打印信封、信纸等普通介质，还可以打印各种胶片、照片纸、卷纸、T恤转印纸等特殊介质。

除了以上三种最为常见的打印机外，还有热升华打印机、热转移打印和大幅面打印机等几种应用于专业方面的打印机机型。

1、激光打印机的工作原理 激光打印机是一种将激光扫描技术与电子显像技术相整合的输出设备，不同的打印机型打印功能有一定差别，但工作原理基本相同。

扫描过程：执行打印命令后，计算机中的应用程序会对要打印的内容进行预处理，再由激光打印机驱动程序转换成打印机能够识别的打印命令或者打印控制语言，这种命令信号送到内部的高频驱动电路，控制激光发射器的开和关，产生点阵激光束，然后声光调制器对激光束进行调制，调制后的光束射至感光硒鼓表面进行扫描。

电子显像：感光硒鼓是一个光敏器件，受光导通。硒鼓表面的光导涂层在进行扫描曝光之前，会自动由充电辊充上一定量的电荷。一旦激光束通过点阵形式扫射到硒鼓表面上，被扫描到的光点因曝光自动导通，这样电荷就由导电基对地快速释放。而没有接受曝光的光点仍然保持原有的电荷大小，这样就能在感光硒鼓表面产生一幅电位差潜像，一旦产生电位差潜像的感光硒鼓旋转到装有墨粉磁辊的位置时，那些带相反电荷的墨粉就能被自动吸附到感光硒鼓表面，从而产生了墨粉图像。

装有墨粉图像的感光硒鼓继续旋转，到达图像转移的装置时，事先放置好的打印纸也同时被传送到感光硒鼓和图像转移装置中间，这时图像转移装置会自动在打印纸背面放出一个强电压，将感光硒鼓上的墨粉像吸附到打印纸上，然后再将打印纸上传输到高温定影装置处进行加温、加压，以便让墨粉熔化到打印纸中，这样指定的打印内容就会显示在打印纸上了。

彩色激光打印机的成像原理和黑白激光打印机一样，都是利用激光扫描，在硒鼓上形成电荷潜影，然后吸附墨粉，再将墨粉转印到打印纸上，只不过黑白激光打印机只有一种黑色墨粉，而彩色激光打印机要使用黄、品、青、黑四种颜色的墨粉。所以彩色打印要进行四个循环，每次处理一种颜色。

这四个打印循环有两种处理方法，一种方法是利用转印胶带，每处理一种颜色，将墨粉从硒鼓转到转印带上，然后清洁硒鼓再处理下一种颜色，最后在转印带上形成彩色图像，再一次性地转印到纸张上，经加热固着，彩色激光打印机通常采用二次转印的方式；另一种方法就是某些惠普彩色激光打印机所使用的方法，处理完一种色彩，墨粉就吸附在硒鼓上，接着处理下一种色彩，最后一次性地转印到打印纸上。

2、喷墨打印机的工作原理 顾名思义，喷墨打印机就是通过将墨滴喷射到打印介质上来形成文字内容或图像。首先由计算机生成需要输出的信号，然后由喷墨打印机依照打印信号控制喷头喷出墨汁，如果是单色喷墨打印机（通常为黑色），不管打印内容的颜色是什么都输出黑色墨汁，对彩色信息，喷墨打印机先将打印内容转换成黑色的灰度信息，信息中的各种彩色自动转换成不同的色阶范围；

彩色喷墨打印机通常有红、黄、蓝、黑4个色彩墨盒（不同打印机的色彩并不是统一的，例如Epson Stylus photo 1270有5种颜色：青色、红紫色、黄色、浅青色和淡红紫色，另外还有黑色）。

打印机头上有48个或48个以上的独立喷嘴，一般来说，喷嘴越多，打印速度越快。当打印机喷头快速扫过打印纸时，彩色喷墨打印机会自动根据计算机输出的彩色打印信号来控制各种颜色墨盒的墨水喷洒量，不同颜色的墨滴落在同一像素上，形成不同颜色。用显微镜可以观察到黄色和蓝紫色墨水同时喷射到的地方呈现绿色，所以打印出的颜色是在喷墨覆盖层中形成的。

不同喷墨打印机的具体工作原理有很大差别，如喷墨打印技术方面，有固体喷墨和液体喷墨两种（后者更为常见），而液体喷墨方式又可分为热气泡式（CANON和HP）与压电式（EPSON）；在喷墨打印的色调处理方面，各大厂家也是各有千秋，如EPSON的智能墨滴变换技术、自然色彩还原技术和PIM（全真数码影像）技术；HP的富丽图色彩分层技术（Photo Ret）、富丽图照相分辨率增强技术、智能色彩技术（Color Smart）；佳能的精确色彩分布技术、高频率打印头技术、高速引擎技术、Exif-Print和照片逼真技术等等。