計算機信息采集和編輯之圖形圖像初探

摘要:該文通過對計算機領域中廣泛用到的各種圖形圖像技術進行了分析講解，同時詳細介紹了圖形圖像技術的相關知識和應用。

關鍵詞:圖像;圖形

中圖分類號:TP37 文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)14-3800-02

Information Collection and Editing of Computer Graphics Images of the Initial Exploration

PENG Lan

(Department of Information Technology， Jingzhou Institute of Technology， JingZhou 434020， China)

Abtract: This article through to the field of computer widely used in a variety of graphic image techniques on the analysis explanation， At the same time， detailed Introduction of graphics image technology and application of knowledge.

Key words: image; graphic

1 引言

隨著計算機多媒體技術的發展，人們在利用計算機處理日常工作時，涉及圖像和圖形的工作不斷增多，而很多人對于計算機表示圖像圖形的方法卻不甚了解，本文將就圖形圖像中涉及到的知識進行講解。

圖形圖像信息是視覺媒體，是通過人的眼睛來識別、接收的。如何采集、存儲、輸出，使人們得到逼真的視覺，是圖形圖像處理技術要解決的基本問題，一般來講，凡是能被人類視覺系統所感知的信息形式或人們心中的有形形像統稱為圖形圖像。

2 圖像信息的類型

事實上，無論是圖形、文字、影像視頻等，最終都以圖像形式出現，但由于在計算機上對它們分別有不同的表示、處理及顯示方式，一般把它們看做不同的媒體形式。圖像一般分為以下幾種:

1)位圖圖像:這是一種對視覺信號直接量化的媒體形式，反映信號的原始形式[1]。

2)矢量圖形:這是對圖像抽象化(矢量化)的結果，反映圖像中實體最重要的特征。抽像化過程可由計算機自動完成，也可人工進行。

3)動態圖像:這是由若干靜態圖像或圖形在時間軸上不斷變化而形成的。若單幀圖像是真實圖像，則為動態影像視頻;若單幀圖像是由計算機生成的具有真實感的圖像，則為三維真實動感畫;若是連續變化的圖形，則是三維或二維動畫。

4)符號:這是人類對信息抽象的結果。可表示數據、事物或事件，也可表示語言。文本是具有上下文相關特性的符號流。

5)其他:還有許多種需要轉化為視頻形式的媒體，都表示某一種形式的抽象，如音樂轉為樂譜等。

3 位圖圖像

位圖圖像是指空間和亮度上已離散化了的圖像。可以把一幅位圖圖像考慮為一個矩陣，矩陣的每一元素對應于圖像中的一點，元素的值對應于該點的灰度等級，這樣把位圖量化。數字矩陣中的元素稱為像素，存放于數字緩沖區中，與顯示器上顯示的點一一對應，故稱之為位圖映射圖像，簡稱位圖圖像，若只有兩個灰度等級稱為二值圖像。

3.1 圖像的重要技術參數

1) 分辨率:分辨率影響圖像質量，它有三種形式:

屏幕分辨率:在某一顯示方式下，計算機屏幕的最大顯示區域。以水平和垂直像素表示。如640*480，指全屏水平方向有640個像素，垂直方向有480個像素。

圖像分辨率:指數字化圖像的大小，以像素表示，其值>屏幕分辨率則只顯示部分圖像，若小于則只占用部分屏幕。

像素分辨率:指一個像素的寬和長之比，不同的像素長寬比會導致圖像變形。

2) 圖像顏色數:指一幅位圖圖像最多能使用的顏色數，在黑白圖像下就是灰度等級。

每個像素上的顏色被量化后可占許多位，位圖圖像中像素所占的位稱為圖像深度。占一位:只有明、暗之分，稱二值圖;占八位:可有256種不同的顏色;占24位:則顏色數可達224=16777216種，可認為是真彩色了。

3) 調色板:為生成一幅圖像需要對不同顏色采樣，以產生該幅圖像的顏色表，該表稱為調色板。

調色板的每種顏色都用紅、綠藍(R、G、B)定義。調色板的顏色數取決于圖像深度，當圖像中的顏色在調色板中不存在時，一般用相近顏色代替。

4) 位圖圖像的數據量:存儲、傳輸、顯示都與圖像數據大小有關，且數據大小與分辨率、顏色深度有關。

設圖像垂直方向分辨率為H像素，水平為W像素，顏色深度為C位，則圖像所需的數據空間大小B為:B=H*W*C/8。

3.2 圖像的采集、存儲與輸出

1) 采集:用特殊的數字化設備將光電信號量化為數值，按一定的格式組織而得到，常用的設備有掃描儀、攝像機等。

2) 存儲:分為圖像說明和圖像數據兩部分。圖像說明部分:說明圖像的格式、深度、高度、寬度、調色板和壓縮方式等;圖像數據部分是描述圖像每一個像素顏色的數據，各種數據存放的位置由文件格式規范來確定。規范不同格式也不同。

3) 輸出:有多種方式，最常見的是顯示器、打印機、錄相帶、光盤等。

3.3 圖像的處理

原始采集的圖像要經處理才能就用，圖像處理過程主要包括:壓縮、優化、編輯、格式轉換等。

1) 圖像數據的壓縮:圖像數據量大，為提高存儲量和傳輸速度都需進行壓縮。主要分為:

有損壓縮:壓縮比大，但可能對質量有影響;

無損壓縮:壓縮比小，對質量的影響一般很小

一般情況下，靜態圖像的壓縮和解壓過程比較對稱，基本上是一個壓縮與還原的過程;而動態圖像的壓縮與解壓是一個非對稱過程，壓縮時一般不考慮時間因素，回放解壓時必須考慮其實時性。

2) 圖像的優化:優化是對采集的圖像根據需要進行圖像的增強、濾噪、亮度調整及色度調整等，使圖像更符合要求;

3) 圖像的編輯:編輯使圖像最終可供表現，包括裁剪、旋轉、縮放、修改、綜合疊加等，還可加入文字、圖形等。

4) 圖像格式轉換:格式轉換適用于不同格式之間的應用。

4 矢量圖形

矢量圖形是由矢量所定義的直線和曲線組成的，主要根據圖形的幾何特性對其進行描述。矢量圖形與分辨率無關。也就是說，將它縮放到任意大小和以任意分辨率在輸出出設備上打印出來，都不會遺漏細節或影響清晰度。

由于計算機的顯示器通過網格上的“點”來呈現圖像，因此矢量圖形和位圖圖像在屏幕上都是以像素顯示的。

5 圖像的顏色模式

對于一幅圖像來說，顏色是一個重要的內容。適當的顏色可使圖像絢麗多彩。圖像處理中常見的顏色模式主要有:HSB、RGB、CMYK、Lab、YUV模式

5.1 RGB模式

最常用的顏色模式。絕大部分的可見光譜可以用紅、綠和藍(RGB)3色按不同比例和強度的混合來表示。RGB圖像只使用3種顏色，給彩色圖像中每個像素的RGB分量分配一個0(黑色)~255(白色)范圍的強度值。可在屏幕上重現多達1670萬種顏色。

5.2 HSB模型

一個顏色至少具備3個屬性:色調、飽合度和亮度，HSB模型用于描述顏色的3個基本屬性。

1) 亮度:指作用于物體表面的光線反射系數，反射系數越大，亮度越大，反之一樣;

2) 色調:是當人眼看到一種或多種波長的光時所產生的彩色感覺，它反映顏色的種類，是決定顏色的基本特性，如紅色、棕色就是指色調;

3) 飽和度:指的是顏色的純度，即表示播放的光的彩色深淺度或鮮艷度，其取決于彩色中的白色光含量，白光含量越高，即彩色光含量就越低，飽和度即越低，反之亦然。

通常我們把色調和飽和度通稱為色度，通常說，亮度是用來表示某彩色光的明亮程度，而色度則是用來表示顏色的類別與深淺程度。

5.3 CMYK模式

是彩色印刷使用的一種顏色，由青，洋紅，黃色，黑色組成，打印紙只能吸收和反射光線，因此其創建的基礎為減去光線[2]。CMYK為每個像素的每種印刷油墨指定一個百分比值。為最亮(高光)顏色指定的印刷油墨顏色百分比較低，而為較暗(暗調)顏色指定的百分比較高。例如，亮紅色可能包含2%青色、93%洋紅、90%黃色和0%黑色。在CMYK圖像中，當四種分量的值均為0%時，就會產生純白色。

5.4 Lab模式

由RGB轉換而來，它所用的參數是光強和色度。L為光強度，A保存從綠色到紅色所對應的色彩信息;而B保存從藍色到黃色所對應的色彩信息。單個A或B無意義，只有A，B結合才有意義。

5.5 YUV模式

YUV模式是電視系統中常用的顏色模式，即電視中所謂的分量(Component)信號，該模式由一個亮度信號Y和兩個色差信號U、V組成[1]。與YUV顏色模式類似的一種稱為YcrCb模式，主要用于計算機的顯示器。

6 圖像的存儲格式

當對一個圖像文件進行編輯處理后需要保存該文件時，選擇一個合適的圖像格式就成為最基本也最重要的問題，文件格式決定了文件中的數據如何壓縮、圖像信息如何表示，以及該文件適用于哪些特定的場合。

下面通過圖形文件的特征后綴名來逐一認識當前常見的圖形文件格式:BMP、DIF、GIF、JPEG、TIF、PSD、CDR。

1)BMP:PC機上最常用的位圖格式，有壓縮和不壓縮兩種形式，該格式可表現從2位到24位的色彩，分辨率也可從480x320至1024x768。該格式在Windows環境下相當穩定，在文件大小沒有限制的場合中運用極為廣泛。

2)DIF:AutoCAD中的圖形文件，它以ASCII方式存儲圖形，表現圖形在尺寸大小方面十分精確，可以被CorelDraw，3DS等大型軟件調用編輯。

3)GIF:在各種平臺的各種圖形處理軟件上均可處理的經過壓縮的圖形格式，其可以制作動畫效果，這種格式的圖像文件所用存儲空間較小，適用于資料交換和網頁文件中。缺點是存儲色彩最高只能達到256種。

4)JPEG: 可以大幅度地壓縮圖形文件的一種圖形格式。對于同一幅畫面，JPG格式存儲的文件是其他類型圖形文件的1/10到1/20，而且色彩數最高可達到24位，所以它被廣泛應用于Internet上的homepage或internet上的圖片庫。

5)TIF:常用于在應用程序和計算機平臺之間交換文件，它是一種靈活的位圖圖像格式，絕大部分繪畫、圖像編輯和頁面版面應用程序都支持這種。

6)PSD:Photoshop中的標準文件格式，專門為Photoshop而優化的格式。

7)CDR:CorelDraw的文件格式。此外，CDX是所有CorelDraw應用程序均能使用的圖形(圖像)文件，是發展成熟的CDR文件。

7 結論

在計算機圖形圖像處理技術中最基本的問題就是對圖形圖像的處理，因此了解圖形圖像的基本知識和常用的視頻顏色模式，對于生成符合我們視覺感官需要的圖像是大有益處的。

參考文獻:

[1] 魯宏偉，汪厚祥.多媒體計算機技術[M].2版.北京:電子工業出版社，2004.

[2] 段新昱，王建，汪虹，等.多媒體與AUTHORWARE[M].北京:高等教育出版社，2000.