第三讲 静态图像技术基础
3.1什么是静态图像？
1.静态图像
      静态图像是指静止的不变的画面。静态图像信息包括：包括图像信息和图形信息，即位图和矢量图。
一般，将能被人类视觉系统所感知的信息形式或人们心中的有形想象称为图像。所谓图（Picture）是指用描绘等方法得到的与外在景物的相似物(如绘图)；而像（Image）是指直接或间接得到的人、物的视觉印象（如拍照）。
2.静态图像信息处理
静态图像信息处理包括：图形处理和图像处理，即图形动画处理、数字图像处理以及图像压缩等相关技术。比较有代表性的静态图像软件有Photoshop ，CorelDraw，AutoCAD和Protel 等。
3.2什么是位图？
1.位图（bit image）
位图也称图像或点阵图，是指将一幅图像的全部像素信息(每个像素的颜、亮度和位置)转换成相应的数据文件。位图一般是由输入设备捕捉的实际场景的画面，是对视觉信号的直接量化的媒体形式，反映了信号的原始形式，因此属于获取文件。
位图是一个由若干个点组成的矩阵，矩阵中的任一元素（像素）对应图像中的一个点。相应的值表示该点的灰度或颜等级。每个像素可以具有不同的颜和亮度。位图适合表示一张照片或是较细致、复杂的绘画。通常在内存中划出一部分空间作为显示存储器（也称为帧存储器），其中存放了与屏幕画面上的每一个像素一一对应的一个个矩阵，矩阵中的像素值反映了对应像素的某些特性。一位位图时每个像素可以表示两种颜（黑白），而24位位图时的每个像素则可表示1600多万种颜。
2.位图的文件格式
实际上，扫描产生一副位图图像就是按一定图象分辨率、一定图象深度及一定编码算法对模
拟图片或照片进行采样、量化、编码，从而生成一组图像数据。在计算机中是以文件的方式存储和记录的。不同的编码方式及记录方式形成了不同的图像文件格式。
(1)BMP：以.bmp为后缀，是Windows系统中使用的与硬件设备无关的基本位图格式文件。该文件采用位映射存储格式，即将数字图像中的各个像素点对应存储。一般不采用压缩，因此占用存储空间很大。BMP文件格式由3部分组成：文件头、彩映射和图像数据。文件头主要说明文件类型、实际长度、图像数据起始位置、图像深度、尺寸、分辨率、调板的颜数等；彩映射对应非真彩的图像；最后是图像数据。在多媒体制作中，通常用它保持最真实的图像效果，编辑和处理完后再转换到其他文件格式。
(2)TIF：以.tif为后缀，是由Aldus和Microsoft公司为扫描仪和桌面出版系统开发的一种通用图像文件格式，也是电子出版CD-ROM中的一种图像文件格式。其定义了4类不同的格式：TIF-B适用于二值图像；TIF-G适用于灰度图像；TIF-P适用于缩影图像；TIF-R适用于真彩图像。TIF文件允许在同一个文件中存储多幅图像。该文件又分为压缩和非压缩两类，其中非压缩的格式文件兼容性好，可独立于各种软、硬件；而压缩存储时又有很大的选择余地，因此许多图像处理软件都支持该文件格式。
(3)GIF文件：以.gif为后缀，是由CompuServe公司开发的文件格式。该文件的数据采用了LZW(可变长度无损压缩)技术进行压缩的。最多支持256种彩，占用空间小，在网页应用中可减少下载浏览时间。GIF文件同TIF一样可存储多副图像，并具有交错显示（下载最初以低分辨率显示，以后逐渐达到高分辨率）。同时，GIF文件可设置和存储透明（去背处理），并支持简单动画效果。因此该文件比较适合存储图示、按钮、标题图片以及颜较少、构图简单的图片。
(4)JPEG：以.jpe或.jpg为后缀，是采用JPEG联合图片专家组标准的一种应用范围广泛的图像文件格式。该文件一般采用有损压缩编码技术，使用最多的是一种基于DCA（离散余弦变换）的有损压缩算法。JPEG文件支持24位真彩，不支持透明系及动画。由于该文件采用先进的图像压缩技术，因此具有较高的保真度和压缩比，但解压缩的时间会比GIF文件稍长。用户可根据需要选择压缩比。当压缩比为16：1时获得的图像效果与原图像难以区分；当压缩比达到50：1甚至更高，仍可以保持很好的效果。因此该文件较适合存储照片以及在网上嵌入。
(5)PCD：以.pcd为后缀，是由Kodak公司开发的一种电子照片文件存储格式，即Photo-CD
的专用存储格式。一般都存放在CD-ROM上。该文件中含有从专业摄影照片到普通显示用的多种分辨率的图像，存储量大。
(6)PNG：以.png为后缀，是一种可携带式网络图片的文件存储格式。该文件支持48位真彩和透明阶层效果，同时采用了比GIF更有效率的无损压缩技术，保留了图像中每个像素，但不支持动画，且比特空间较JPEG和GIF要大。由于该文件集中了GIF和JPEG等文件格式的优点，因此逐渐成为多媒体制作中一种重要的图像文件格式。
3.位图的类型
根据量化的颜深度不同可分以下几种位图类型：
        (1)二值图像（LineArt）：也称为线画图，是一种黑白单图像。该图像一般是通过图像处理软件中的画图工具进行简单勾描而成。在该图像中每个像素用1位数据表示，因此仅具有黑白两种数据。
      (2)灰度图像（Grayscale）：是一种具有从黑到白256级灰度域或等级的单图像。该图像中每个像素用8位数据表示，因此像素点值介于黑白间的256种灰度中的一种。该图像只
有灰度等级，而没有颜的变化。在Photoshop中，将灰度图像作为一种颜通道的数字图像。
        (3)索引图像（Indexed Color）：是一种只能显示256种颜的彩图像（伪彩）。一副图像的所有颜都在该图像的调板文件中定义。当打开文件时，构成该图像的具体颜的索引值都被读入程序，根据颜索引值到显示的颜。
      (4)真彩图像（True Color）：是一种只能显示24位或32位真彩图像。该图像分为RGB三个独立的彩通道，合成后通过显示器显示出来。真彩图像所能表示的颜数与显示卡的VRAM（视频存储器）的大小有关。
4.位图的获取
    (1)矢量图是什么意思利用画图程序获得，如图像处理软件中的画图工具制作曲线图形。
    (2)利用抓取程序从屏幕上直接抓取，如键盘上的[Prt Scrn]键。
    (3)利用扫描仪或图像抓取设备从照片或视频图像中抓取。
    (4)利用数字照相机获得。
    (5)利用数字化图像光盘中获得。
3.3 什么是矢量图？
1.矢量图（vector graphics）
矢量图也称为图形，是指由数学方法描述的、只记录生成图形的算法和图形特征的数据文件。其格式是一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状及其位置、维数的指令集合。如：Line（x1，Y1，x2，y2，color）、Circle（x，y，r，color）就是画线、画圆的指令。通过读取这些指令并将其转换为屏幕上所显示的形状和颜而生成图形的软件通常称为绘图程序。在计算机还原输出时，相邻的特征点之间用特定的诸多段小直线连接就形成曲线。若曲线是一条封闭的图形，也可用着算法进行颜填充。显然，矢量图文件属于生成文件。
2.矢量图的文件格式
      矢量图文件的存储格式大都不固定，而视各软件特点由开发者自定。如：动画软件Flash
有自己的文件格式*.fla和*.SWF，前者为内部文件，后者是可在独立窗口中播发的文件；三维动画软件3ds max有自己的文件格式*.max；三维造型软件有自己的文件格式*.dwg和*.dwf（旧）；而虚拟现实建模语言建立的可在Web浏览器中显示的文件格式为wrl和*.wrz等。
3.矢量图特点
矢量图最大特点在于可以控制处理图中的各个部分，如在屏幕上的移动、旋转、缩放、扭曲而不会失真。此外，不同的物体还可以在屏幕上重叠并保持各自的特征，必要时还可以分离。由于矢量图只保存了算法和特征，其占用的存储空间小，但屏幕显示时由于需要重新计算，则显示速度取决于算法的复杂程度。此外，矢量图在打印输出及放大时的图形质量也较高。
因此，矢量图主要用于表现线框型的图画、工程制图以及美术字等方面，适合完成图形的生成、二维三维的几何造型以及图形的操作和处理。
5.矢量图和位图的比较
(1)存储容量：由于矢量图只保存了算法和特征，故数据量少，存储空间也较小；而位图由大
量像素点信息组成，容量取决于颜种类、亮度变化以及图像的尺寸等，故数据量大，存储空间也较大。
(2)处理方式：矢量图一般是通过画图的方法得到的，其信息处理侧重于绘制和创建；而位图一般是通过数码相机实拍或对照片通过扫描得到，信息处理侧重于获取和复制。
(3)显示速度：矢量图显示时需要重新运算和变换，故速度较慢；而位图显示时只是将图像对应的像素点影射到屏幕上，故显示速度较快。
(4)图形控制：矢量图的放大只是改变计算的数据，因而可任意放大而不会失真，故显示及打印时质量较好；而位图的尺寸取决于像素的个数，若放大时需采用插值的方法进行，分辨率因此会下降，故显示及打印时质量较差。
随着现代信息技术的发展，位图和矢量图之间的界限也越来越小。位图和矢量图之间相互融会贯通，可以相互转换。例如，文字或图形在扫描到计算机时从图像的角度看是位图，而经过计算机自动识别出文字或自动跟踪出线条时，位图就可形成矢量图；在计算机三维造型时又都采用了图像信息的描述方法。在实际应用中，掌握并采用恰当的图像、图形方式，注重两者之间的联系，是人们目前在应用静态图像时应考虑的重点。
3.4 什么是彩空间？
1.彩(Color)
彩是人眼认识客观世界时获得的一种感觉。在人眼视网膜上，锥状光敏细胞可以感觉到光的强度和颜，杆状光敏细胞能够更灵敏地感觉到光的强弱，但不能感觉光的颜。这两种光敏细胞将感受到的光波刺激传递给大脑，人就看到了颜。
彩是通过光被我们所感知的。光是由三种基光混合而成，实际上是一种按波长辐射的电磁波。太阳是标准发光体，它辐射的电磁波有射线、X射线、紫外线、可见光、红外线以及无线电波等，而可见光的波长范围是350~750nm，不同波长光呈现不同的颜。随着波长的减少，可见光颜依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。只有单一波长的光称为单光，含有两种以上波长的光称为复合光。人眼感受到复合光的颜是组成该复合光的单光所对应颜的混合。
可见光
射线      X射线      紫外线              红外线              无线电波

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