图像处理技术：信息技术基础中的亮点

颜色实质上就是一种光波。而通常情况下，我们可以用3个特征来区别不同的颜色：色相、饱和度和亮度，如图3.2所示。

色相是指色彩的相貌或种类，色相的区别是由光波的波长决定的。通常我们所说的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色就是色相。色相按照红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列。色相是连续变化的，当混合相邻颜色时，可以获得在这两种颜色之间连续变化的色调。计算机采用数字化处理图像，可以非常精确地表现出连续变化的色相。饱和度指的是颜色偏离灰色、接近纯光谱色的程度。色谱中红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的饱和度最高（100%），而黑、白、灰的饱和度最低（0%）。纯光谱色和白光混合产生的颜色中，纯光谱色所占的百分比就是该颜色的饱和度。亮度指色彩的明暗程度。例如，黑白图像就只有亮度的区别，而无饱和度和色相的区别。

要实现图像数字化，就要把图像每一个像素的颜色信息转换为数字化的二进制数值，这就必须提到色彩模式的概念。下面常见的色彩模式有：

图3.2　拾色器

①RGB色彩模式：这种模式是采用红、绿、蓝3种基色来匹配所有颜色的模式。通过记录红、绿、蓝3种颜色不同程度的强度值表示各种颜色。3种颜色都分别用8位二进制数表示。例如：（255，255，255）表示白色，（0，0，0）表示黑色。显示器、电视、扫描仪等光源成像设备通常使用这种颜色模式。

②CMYK色彩模式：这种颜色模式是采用红、绿、蓝的补色青（cyan）、品红（magenta）、黄（yellow）为原色构成的CMYK颜色系统。印刷、打印等油墨成像设备通常使用这种颜色模式。由于在印刷、打印中等量的三基色得不到纯黑色，因此，通常加入一种真正的黑色，用K表示，于是就构成了CMYK色彩模式。

③Lab色彩模式：这种颜色模式是在国际照明委员会制定的颜色亮度国际标准模型的基础上建立的，是与设备无关的色彩模式。现在已成为世界各国正式采纳、作为国际通用的颜色标准。Lab色彩模式由一个亮度通道和两个色度通道组成。除了以上介绍的3种外，另外还有HSB，Grayscale，YUV等色彩模式。

在计算机中，图像主要分为两大类：位图和矢量图。位图是由一个矩阵来描述的，矩阵的元素就是像素。通过对图像中每一个像素的计算和存储，就可以完成图像的数字化。位图一般数据量比较大，比较善于重现颜色的细微层次，但不适合用来缩放。而矢量图由称为矢量的数学对象定义的线条和色块组成。矢量图主要用于工程图、卡通漫画等。矢量图和分辨率无关，也就意味着将它们放大到任意尺寸或用任意分辨率打印都不会降低图像的品质。

图像数字化就是将连续图像离散化，包括采样和量化两个过程。以一幅灰度图为例，采样就是把一幅图像分割成m×n个网格，如图3.3所示。每一个网格的信息用一定的亮度值来表示。这样，就把连续图像在空间上进行离散。对图像进行采样之后，每个网格就用一个确定的亮度值表示。对图像进行数字化的第二个步骤就是对亮度变化的连续区间转化为有限特定值的过程，即样点亮度的离散化，也就是量化过程。如果要对一幅彩色图像进行数字化，那么各点的数值除了要表示亮度以外，还要反映出色彩的变化。当然，颜色信息也需要进行量化。经过采样和量化，就可以得到图像的数字化结果，就可以在计算机中对它们进行进一步的编辑和处理。

图3.3　灰度图示例

在数字图像的处理过程中，会有很多种图像格式，这些图像格式都分别有自己的优缺点，不同格式的图片都具有特殊的存储格式和对图像处理的方法。因此，在不同的环境下正确地选择适当的文件格式是相当重要的。下面，就对一些常见的图像文件格式进行介绍。

（1）BMP格式

BMP格式是Windows标准文件格式，扩展名是.BMP或.bmp。在Windows环境下运行的所有图像处理软件都支持BMP格式。此种文件格式可以将屏幕内容真实地存储在文件中，为了避免解压缩时浪费时间，所以BMP格式文件几乎不压缩，因此，占用的磁盘空间比较大。

Windows 3.0以后的BMP图像文件与显示设备无关，因此也把BMP图像文件称为设备无关位图（Device-Independent bitmap，DIB）格式。目前BMP格式是一种通用的图像存储格式，但因其文件比较大，所以不适合在网络上使用。

（2）JPG格式(www.xing528.com)

JPG格式是利用JPEG标准进行图像数据压缩的图片格式，扩展名是.jpg。JPG格式是经过有损压缩得到的，会产生某种程度的失真；但这种失真是用肉眼无法察觉的，因此对图像质量影响并不大。

JPG格式文件的优点是文件非常小，可以提供2∶1～40∶1的压缩比，它是目前Internet上的主流文件格式。

（3）GIF格式

GIF格式是Graphics Interchange Format（图形交换格式）的缩写，也是一种压缩图像文件格式，扩展名是.gif。这种文件格式使用LZW压缩方法，压缩比比较高，文件长度较小，因此在网络中被广泛使用。

GIF格式是2D动画软件Animator早期支持的文件格式，它支持动画和透明。目前常见的GIF版本有1987年5月的“87a”和1989年7月的“89a”两种。

（4）TIFF格式

TIFF是“Tag Image File Format”的缩写。TIFF格式是由Aldus公司与微软公司共同开发设计的图像文件格式。它是一种包容性十分强大的图像文件格式，其主要优点是适合于广泛的应用程序，以及它与计算机的结构、操作系统和图形硬件无关。

TIFF格式的图像格式复杂、存储信息多，因此在印刷方面也被经常使用。另外，3dsmax中的大量贴图也是这种格式。

（5）PSD格式

使用过图像处理软件Photoshop的用户对于这种图像格式绝对不会陌生，PSD格式是Adobe公司的图像处理软件Photoshop的标准文件格式，它包含了可以在Photoshop中用的所有属性，比如层、通道、路径以及图像的颜色模式等信息，可以在下次打开文件时，修改上一次对图像的各种处理。

PSD格式由于保存了较多的层和通道等信息，因此图像文件较大，而且对图像的处理越复杂，最终得到的文件就越大。PSD格式仅用在Photoshop中，其他的图像处理软件一般很少支持此格式。

（6）PCX格式

PCX格式是著名的绘图软件Paintbrush所使用的自定义文件格式。它是一种在MS-DOS环境下十分常见的图像文件格式，现在这种格式使用已经不多。

（7）PNG格式

PNG（Portable Network Graphic，可移植的网络图像）格式是为了适应网络文件传输而设计的一种图像文件格式。PNG格式结合了GIF格式和JPEG格式的优点，存储形式非常丰富。PNG格式的主要特点是：压缩效率通常比GIF格式高，提供Alpha通道控制图像的透明度，支持Gamma校正机制等。著名的Macromedia公司的Fireworks的默认格式就是PNG格式。