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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
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15.1 影像的形式
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15.1.1 影像的定義
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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
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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
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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
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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
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15.1.2 數位影像的特點
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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
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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: http://blog.dcview.com http://blog.dcview.com 感光元件
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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
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15.1.3 數位影像的原理
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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
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15 數位影像的原理
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全部的色彩共有 256 3 =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
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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
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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
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19 向量圖特性
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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
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15.1.4 色彩原理
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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
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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
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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
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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
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15.1.5 數位影像的格式種類
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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
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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
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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
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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
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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
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假邊界效應 32 GIF 色彩 JPG 原圖 256 色 GIF 圖
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33 GIF 色彩 16 色 GIF 圖黑白 GIF 圖
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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
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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, 92354 bytes JPG 品質 50 , 48496 bytes
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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, 92354 bytes JPG 品質 10 , 23072 bytes
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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
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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
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TIF 檔, LZW 壓縮, 2.94MB 39 TIF TIF 檔, 4.03MB (1444×972)
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40 TIF v.s. JPG JPG 檔,品質 5 , 123KB TIF 檔, LZW 壓縮, 2.94MB
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41 TIF v.s. JPG JPG 檔,品質 3 , 93.1KB TIF 檔, LZW 壓縮, 2.94MB
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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