1、 图像数字化的过程有些什么内容,具体是如何实现的?
图像数字化:是将一幅图像从其原来的形式转换为数字形式的处理过程。
要在计算机中处理图像,必须先把真实的图像(照片、画报、图书、图纸等)通过数字化转变成计算机能够接受的显示和存储格式,然后再用计算机进行分析处理。图像的数字化过程主要分采样、量化与编码三个步骤。[2]
、采样:是的在一幅图像每个像素位置上测量灰度值。
图像采样
采样的实质就是要用多少点来描述一幅图像,采样结果质量的高低就是用前面所说的图像分
辨率来衡量。简单来讲,对二维空间上连续的图像在水平和垂直方向上等间距地分割成矩形网状结构,所形成的微小方格称为像素点。一副图像就被采样成有限个像素点构成的集合。例如:一副640*480分辨率的图像,表示这幅图像是由640*480=307200个像素点组成。
如图“图像采样”所示,左图是要采样的物体,右图是采样后的图像,每个小格即为一个像素点。
采样频率是指一秒钟内采样的次数,它反映了采样点之间的间隔大小。采样频率越高,得到的图像样本越逼真,图像的质量越高,但要求的存储量也越大。
在进行采样时,采样点间隔大小的选取很重要,它决定了采样后的图像能真实地反映原图像的程度。一般来说,原图像中的画面越复杂,彩越丰富,则采样间隔应越小。由于二维图像的采样是一维的推广,根据信号的采样定理,要从取样样本中精确地复原图像,可得到图像采样的奈奎斯特(Nyquist)定理:图像采样的频率必须大于或等于源图像最高频率分量的两倍。[2]
.量化
量化是指要使用多大范围的数值来表示图像采样之后的每一个点。量化的结果是图像能够容纳的颜总数,它反映了采样的质量。
例如:如果以4位存储一个点,就表示图像只能有16种颜;若采用16位存储一个点,则有216=65536种颜。所以,量化位数越来越大,表示图像可以拥有更多的颜,自然可以产生更为细致的图像效果。但是,也会占用更大的存储空间。两者的基本问题都是视觉效果和存储空间的取舍。
线段AB(量化)
假设有一幅黑白灰度的照片,因为它在水平于垂直方向上的灰度变化都是连续的,都可认
为有无数个像素,而且任一点上灰度的取值都是从黑到白可以有无限个可能值。通过沿水平和垂直方向的等间隔采样可将这幅模拟图像分解为近似的有限个像素,每个像素的取值代表该像素的灰度(亮度)。对灰度进行量化,使其取值变为有限个可能值。
经过这样采样和量化得到的一幅空间上表现为离散分布的有限个像素,灰度取值上表现为有限个离散的可能值的图像称为数字图像。只要水平和垂直方向采样点数足够多,量化比特数足够大,数字图像的质量就比原始模拟图像毫不逊。
在量化时所确定的离散取值个数称为量化级数。为表示量化的彩值(或亮度值)所需的二进制位数称为量化字长,一般可用8位、16位、24位或更高的量化字长来表示图像的颜;量化字长越大,则越能真实第反映原有的图像的颜,但得到的数字图像的容量也越大。
例如:图“线段AB(量化)”,沿线段AB(左图)的连续图像灰度值的曲线(右图),取白值最大,黑值最小。
线段的采样和量化
先采样:沿线段AB等间隔进行采样,取样值在灰度值上是连续分布的,如图“线段的采样和量化”左图;
再量化:连续的灰度值再进行数字化(8个级别的灰度级标尺),如图“线段的采样和量化”右图。
、压缩编码
数字化后得到的图像数据量十分巨大,必须采用编码技术来压缩其信息量。在一定意义上讲,编码压缩技术是实现图像传输与储存的关键。已有许多成熟的编码算法应用于图像压缩。常见的有图像的预测编码、变换编码、分形编码、小波变换图像压缩编码等。
当需要对所传输或存储的图像信息进行高比率压缩时,必须采取复杂的图像编码技术。但是,如果没有一个共同的标准做基础,不同系统间不能兼容,除非每一编码方法的各个细节完全相同,否则各系统间的连接十分困难。
为了使图像压缩标准化,20世纪90年代后,国际电信联盟(ITU)、国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC已经制定并继续制定一系列静止和活动图像编码的国际标准,已批准的标准主要有JPEG标准、MPEG标准、H.261等。
2、 彩模型有哪些,各有什么特点?
常用的颜模型包括RGB颜模型、HSL颜模型、CMY颜模型、Lab颜模型等。
、RGB模型
RGB颜模型是工业界的一种颜标准,其过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜的,该颜模型几乎包括了人类视力所能感知的所有颜,是目前运用最广的颜系统之一。主要为计算机显式器所采用。在 RGB 模式下,每种 RGB 成分都可使用从 0(黑)到 255(白)的值。 例如,亮红使用 R 值 255、G 值 0 和 B 值 0。 当所有三种成分值相等时,产生灰阴影。 当所有成分的值均为 255 时,结果是纯白;当该值为 0 时,结果是纯黑。也是计算机中最直接的彩表示方法。
根据三基的原理,任意给定的彩光F的配关系式为:
F=R[R]+G[G]+B[B]
、HSL模型
HSLsvg图形模型是使用彩的三属性来描述颜。H为颜的调,改变它的数值课生成不同的颜表示;S为颜的饱和度,改变它可以使颜变亮或变暗;L为颜的亮度参量。
HSL是彩的另一个表示形式,比较像日常生活用的彩模式。由于HSL模型直接体现彩之间的关系,所以非常适合于彩设计,绝大部分的设计软件都提供l这种彩模型,其中包括windows的系统调。用HSL模型描述颜时更加自然,符合人眼对颜的感知方式,编辑十分方便直观,比较容易理解。
、CMY模型
CMY也称作印刷彩模式,是一种依靠反光的彩模式,CMY是3种印刷油墨名称的首字母:青Cyan、品红Magenta、黄 Yellow,而K取的是Black最后一个字母,之所以不
取首字母,是为了避免与蓝(Blue)混淆。从理论上来说,只需要CMY三种油墨就足够了,它们三个加在一起就应该得到黑,但由于目前制造工艺还不能造出高纯度的油墨,CMY相加的结果实际是一种暗红,因此还需要加入一种专门的黑墨来调和。CMYK颜模型主要用于打印机输出。CMY模式与RGB模式不同,因为彩并不是直接来自于光线的颜产生,而是照射在颜料上反射回来的光线所产生,颜料会吸收一部分光线,而未吸收的光线会反射出来,成为视觉判定颜的依据,因此有时也称其为减模型。
、Lab模型
Lab 颜模型是由照度(L)和有关彩的a, b三个要素组成。L表示照度(Luminosity),相当于亮度,a表示从红至绿的范围,b表示从黄至蓝的范围。 L的值域由0到100,L=50时,就相当于50%的黑;a和b的值域都是由+127至-128,其中+127 a就是红,渐渐过渡到-128 a的时候就变成绿;同样原理,+127 b是黄,-128 b是蓝。所有的颜就以这三个值交互变化所组成。例如,一块彩的Lab值是L = 100,a = 30, b = 0, 对应的颜为粉红。
Lab颜模型可视化如图3所示,它由颜轴所构成的平面上的环形线来表示颜的变化,其中径向表示饱和度的变化,自内向外,饱和度逐渐增高;圆周方向表示调的变化,每个圆周形成一个环;而不同的发光率表示不同的亮度并对应不同环形颜变化线。其中A. 亮度=100%(白) B. 从绿到红 C. 从蓝到黄 D. 亮度 = -100%(黑)
Lab颜模型与设备无关,并且域宽阔,不仅包含了 RGB,CMY的所有域,还能表现它们不能表现的彩。人的肉眼能感知的彩,都能通过Lab模型表现出来。另外,Lab彩模型的绝妙之处还在于它弥补了RGB彩模型彩分布不均的不足,因为RGB模型在蓝到绿之间的过渡彩过多,而在绿到红之间又缺少黄和其他彩。如果希望在
数字图形的处理中保留尽量宽阔的域和丰富和彩,最好选择Lab颜模型。
3、 常见的数字图像文件格式有哪些,各有什么特啊点?
常见的格式有:bmp、jpg、gif、png、psd、Tiff、svg、CDR。
、bmp
BMP:Windows 位图
Windows 位图可以用任何颜深度(从黑白到 24 位颜)存储单个光栅图像。Windows 位图文件格式与其他 Microsoft Windows 程序兼容。它不支持文件压缩,也不适用于 Web 页。从总体上看,Windows 位图文件格式的缺点超过了它的优点。为了保证照片图像的质量,请使用 PNG 文件、JPEG 文件或 TIFF 文件。BMP 文件适用于 Windows 中的墙纸。
Windows 位图可以用任何颜深度(从黑白到 24 位颜)存储单个光栅图像。Windows 位图文件格式与其他 Microsoft Windows 程序兼容。它不支持文件压缩,也不适用于 Web 页。从总体上看,Windows 位图文件格式的缺点超过了它的优点。为了保证照片图像的质量,请使用 PNG 文件、JPEG 文件或 TIFF 文件。BMP 文件适用于 Windows 中的墙纸。
优点:BMP 支持 1 位到 24 位颜深度。BMP 格式与现有 Windows 程序(尤其是较旧的程序)广泛兼容。
缺点:BMP 不支持压缩,这会造成文件非常大,BMP 文件不受 Web 浏览器支持。
缺点:BMP 不支持压缩,这会造成文件非常大,BMP 文件不受 Web 浏览器支持。
、jpg
JPEG:联合摄影专家组
JPEG 图片以 24 位颜存储单个光栅图像。JPEG 是与平台无关的格式,支持最高级别的压缩,不过,这种压缩是有损耗的。渐近式 JPEG 文件支持交错。可以提高或降低 JPEG 文件压缩的级别。但是,文件大小是以图像质量为代价的。压缩比率可以高达 100:1。(JPEG 格式可在 10:1 到 20:1 的比率下轻松地压缩文件,而图片质量不会下降。)JPEG 压缩可以很好地处理写实摄影作品。但是,对于颜较少、对比级别强烈、实心边框或纯区域大的较简单的作品,JPEG 压缩无法提供理想的结果。有时,压缩比率会低到 5:1,严重损失了图片完整性。这一损失产生的原因是,JPEG 压缩方案可以很好地压缩类似的调,但是 JPEG 压缩方案不能很好地处理亮度的强烈差异或处理纯区域。
优点:摄影作品或写实作品支持高级压缩,利用可变的压缩比可以控制文件大小。支持交错(对于渐近式 JPEG 文件)。JPEG 广泛支持 Internet 标准。
缺点:有损耗压缩会使原始图片数据质量下降。当您编辑和重新保存 JPEG 文件时,JPE
G 会混合原始图片数据的质量下降。这种下降是累积性的。不适用于所含颜很少、具有大块颜相近的区域或亮度差异十分明显的较简单的图片。是最常见的格式之一。
、gif
GIF:图形交换格式;
GIF 图片以 8 位颜或 256 存储单个光栅图像数据或多个光栅图像数据。GIF 图片支持透明度、压缩、交错和多图像图片(动画 GIF)。
PGIF 透明度不是 alpha 通道透明度,不能支持半透明效果。GIF 压缩是 LZW 压缩,压缩比大概为 3:1。GIF 文件规范的 GIF89a 版本中支持动画 GIF。
GIF 图片以 8 位颜或 256 存储单个光栅图像数据或多个光栅图像数据。GIF 图片支持透明度、压缩、交错和多图像图片(动画 GIF)。
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