图形图像的基础知识
图形图像处理基础知识与实践
图形图像处理基础知识与实践一、概述图形图像处理图形图像处理是一项涉及数字图像的技术，通过使用计算机算法对图像进行处理和改变的过程。
这项技术广泛应用于计算机视觉、数字艺术、医学影像、遥感图像和图像和视频压缩等领域。
本文将介绍图形图像处理的基础知识和实践应用。
二、图形图像处理的基本原理1. 图像的表示和存储：图像通常使用像素矩阵来表示，每个像素包含图像中的一个点的颜色和亮度信息。
图像可以以不同的格式存储，如位图、矢量图和压缩图像。
2. 空间域和频域处理：图形图像处理可以通过在空间域（像素级别）或频域（频率级别）上进行操作来改变图像。
空间域处理通常包括图像增强、滤波和几何变换等方法，而频域处理则涉及傅里叶变换和频谱分析等技术。
三、图像增强和滤波1. 直方图均衡化：直方图均衡化是一种常用的图像增强方法，它通过重新分配图像像素的亮度来改变图像的对比度和亮度分布。
2. 图像平滑：图像平滑可以通过应用低通滤波器来减少图像中的噪声和细节。
常用的平滑滤波器包括均值滤波和中值滤波。
3. 锐化和边缘检测：为了增强图像的细节和边缘特征，可以使用锐化和边缘检测算法。
常用的算法包括拉普拉斯锐化和Sobel算子。
四、几何变换和图像配准1. 缩放和旋转：通过缩放和旋转操作，可以改变图像的大小和方向。
这些操作对于图像的对比度增强、目标检测和图像配准非常重要。
2. 平移和投影变换：平移和投影变换用于对图像进行空间位移和透视变换。
这些变换可以用于纠正图像畸变、视角校正和图像合成等应用。
3. 图像配准：图像配准是将多个图像对齐以进行进一步的分析和处理。
常用的图像配准方法包括特征匹配、互信息和形状匹配等。
五、数字图像处理与计算机视觉1. 特征提取和描述：图像的特征提取和描述对于图像识别和目标检测非常重要。
常用的特征包括边缘、角点和纹理等。
2. 目标检测和识别：图像处理可以应用于目标检测和识别，如人脸识别、车牌识别和物体识别等。
常用的方法包括模板匹配、级联分类器和卷积神经网络等。
附录 计算机图形图像基础知识
附录计算机图形图像基础知识本附录将为初学讲述计算机图形图像基础知识，以便于顺利地学习和应用AutoCAD开展建筑设计与绘图工作。
A.1认识计算机图形图像计算机中的图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图。
而图像是由像素点阵构成的位图。
图形占用存储空间小，在计算机屏幕上生成视图需要复杂的计算过程。
图像则相反，占用存储空间大，但是在屏幕上显示时计算过程简单。
另一方面，图形对于自然景物描述困难，而图像却是表现自然景色的主要工具，建筑效果图就是由它来描述的。
在实际应用中，图形是用几何形状表述的物体外观。
几何形状包括：点、线、面、体等。
从计算机处理技术来看，图形主要分两类，一类是类似于照片的明暗图，也就是通常说的真实感图形；另一类是由线条组成的图形，如工程图、等高线地图、曲线的线框图等，在建筑设计中所绘制的蓝图就属于这一类，如AutoCAD软件就是一个典型的以矢量图形来工作的。
建筑效果图具有图像的所有特征，如图A-1所示。
初学者需要注意到位图像是一个区域内带有属性的像素点的集合。
以及像素具有三大属性：明度、色相、饱和度（彩度、纯度），这些可在制作或编辑图像时加以设置。
颜色是图像的重要特性，它直接表达了图像或图像区域所对应的景物表面性质，而人们的视觉也是从颜色来识别物体的自然特征，如果没有颜色的变化图像就不能表现自然景物，而图形则可以使用单一的颜色来表述对象。
图A-1 建筑效果图具有图像的所有特征颜色在图形与图像中的地位是不可取代的，它也是图像的一个特征。
而图像特征可以是人为定义的某些特征。
在建筑效果图这一类的图像中，常用的图像特征有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间关系特征，参阅与本教程配套的《上机操作与实践》电子教案可更加详细地了解它们。
A.2 图形与图像的特点计算机中的图形是一种矢量图形，它是以数学方程的方式来记录以点、线、面、体，等对象，而这些对象所要表示的正是几何体的轮廓线。
由于这种图形只记录线条端点的坐标、线段的粗细和色彩等数据，因此保存图形的文件容量小；另一方面，在屏幕上放大也不会失真。
Photoshop 基础(一)
第一章Photoshop 基础知识第一讲图像基础知识一、图形图像分类计算机处理的图形图像有两种，矢量图和位图。
矢量图与位图的比较二、图像属性1、分辨率分辨率通常分为显示分辨率、图像分辨率和输出分辨率等。
（1）显示分辨率：是指显示器屏幕上能够显示的像素点的个数，显示器的显示分辨率越高，显示的图像越清晰。
（2）图像分辨率：指组成一幅图像的像素点的个数，既反映了图像的精细程度，又表示了图像的大小。
在显示分辨率一定的情况下，图像分辨率越高，图像越清晰，同时图像也越大。
（3）输出分辨率：指输出设备在每个单位长度内所能输出的像素点的个数，通常用dpi 来表示。
2、颜色位深度颜色位深度指存储每个像素所用的二进制位数。
若图像的颜色位深度为n，那么该图像的颜色数位n2。
位深度为1的图像表示的颜色只能是黑、白两种颜色；颜色位数为24，称其为真彩色。
3、颜色模式（1）RGB模式RGB模式是Photoshop中最常见的颜色模式（默认模式），R（红色）G（绿色）B（蓝色）。
模式中每个像素R、G、B的颜色值在0~255之间，歌咏8位二进制数来描述，因此每个像素的信息由24位颜色位深度来描述，即所谓的真彩色。
（2）CMYK模式CMYK分别代表青色、洋红、黄色和黑色。
CMYK模式是针对印刷而设计的模式。
（3）Lab模式Lab模式是Photoshop内部的颜色模式，是目前色彩范围最广的一种颜色模式。
Lab模式由三个通道组成，其中L通道是亮度通道，a和b通道是颜色通道。
Lab模式常作为一种中间颜色模式用于在不同颜色模式之间进行转换。
另外，Photoshop还支持的模式有位图模式、灰度模式、双色调模式、索引颜色模式和多通道模式。
4、常见的图像文件格式（1）BMP格式：位图格式，扩展名为“.bmp”，是标准的Windows图像格式，数据不压缩，支持RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式，不支持Alpha通道。
（2）JPEG格式：扩展名常为“.jpg”，是一种有损压缩图片文件格式，并且可以选用不同的压缩比，文件占用磁盘空间较小，是网上常用的图像文件格式。
图形学知识点总结
图形学知识点总结一、基本概念1. 图像：图像是由像素组成的二维矩阵，每个像素代表了图像中的一个点的位置和颜色信息。
图像可以是静态的，也可以是动态的。
静态图像通常是以位图或矢量图的形式存在，而动态图像则是由一系列静态图像组成的连续流。
2. 图形：图形通常是通过数学模型和算法来描述和生成的。
它不仅包括了图像，还包括了各种形状、几何对象和运动效果等。
3. 图形学：图形学是研究如何合成、生成、处理和显示图像和图形的学科。
它涉及到计算机图形学、计算机视觉、图像处理、模式识别和机器学习等多个领域。
4. 渲染：渲染是指通过光线追踪或光栅化等技术将三维场景转换为二维图像的过程。
它是图形学中最重要的技术之一，用于模拟真实光线的传播、遮挡和反射等物理效果。
5. 建模：建模是指通过数学模型或几何描述来表示和描述物体、场景和几何对象的过程。
它包括了三维建模和曲面建模等技术。
6. 可视化：可视化是指通过图像和图形来呈现和展示数据、信息和模型的过程。
它包括了科学可视化、信息可视化和虚拟现实等技术。
二、图形学原理1. 光栅化：光栅化是一种将连续的几何模型和图像转换为离散的像素和像素面片的过程。
它是实现图形显示和渲染的核心技术之一。
光栅化算法主要包括了扫描线填充算法、多边形填充算法和三角形光栅化算法等。
2. 光线追踪：光线追踪是一种通过模拟光线的传播、遮挡和反射等物理效果来生成真实感图像的技术。
它是实现高质量渲染的主要方法之一。
光线追踪算法主要包括了蒙特卡罗光线追踪、路径追踪和光线追踪加速算法等。
3. 几何变换：几何变换是一种通过矩阵变换来实现图形和几何模型的平移、旋转、缩放和变形等操作的技术。
它是实现图形编辑和模型建模的基本方法之一。
几何变换算法主要包括了仿射变换、欧拉角变换和四元数变换等。
4. 图像处理：图像处理是一种通过数字信号处理来实现图像的增强、分析、识别和理解等操作的技术。
它是实现图像编辑和计算机视觉的关键技术之一。
第3章 图像处理技术与应用-基础
第3章图像处理技术与应用3.1 图像基础知识3.2 图像处理软件Photoshop CS3.1 图像基础知识图形与图像图像的基本属性色彩与颜色模型图像的数字化图像文件的格式图形图像组成用计算机指令来表示一幅图，如画点、画线、画圆、画矩形等。
由像素点组成,每个像素点用若干二进制位表示其颜色、亮度和饱和度等属性。
优点任意缩放不变形适合表现自然界真实的景象缺点不适合描述复杂图形及真实世界所需存储空间比较大1．图形与图像2．图像的基本属性⏹像素：组成图像的基本单位，数字化过程中最小的采样点。
⏹图像大小：构成图像横向和纵向的像素点数目。
⏹分辨率：72ppi，打印时一般设为300ppi。
⏹像素深度：每个像素点所用二进制的位数，RGB彩色图像至少为24位，每个像素点可以有 224（约1600多万）种颜色中的一种。
3．色彩与颜色模型（1）色彩的产生物体本身是无色的，是光使物体有了颜色。
例如：在3ds Max的场景中放置了一个茶壶和一盏泛光灯，不同灯光颜色下茶壶所呈现的颜色。
色彩的三要素：色相、亮度和饱和度饱和度增加亮度增加色相①色相：色彩的外在表现，如红色、绿色和蓝色等。
②亮度：人眼感觉到的颜色明亮程度。
③饱和度：色彩的纯度，即颜色的深浅程度。
三原色（三基色）⏹光色三原色：红绿蓝（R G B）①任何颜色都可以用红、绿、蓝3种颜色按不同的比例混合而成；②红绿蓝是白光分解后的主要色光，符合人眼的视觉生理效应；③红绿蓝相互独立，其中一种色光不能由另外两种混合而成。
⏹印刷三原色：青色、品红色、黄色（C M Y）⏹颜料三原色：红黄蓝(符合人眼的感觉实际)颜色模型：描述和表示颜色的一种抽象的数学模型。
⏹计算机处理图像：RGB模型⏹印刷彩色图像：CMYK模型⏹彩色电视信号传输：YUV或YIQ模型RGB颜色模型的色彩空间（4）颜色模型和色彩空间色彩空间：用特定的颜色模型可以生成的颜色范围。
⏹Lab颜色模型：固定的色彩空间，与设备无关；⏹RGB、CMYK、HSB和HSL等颜色模型：与设备有关，不同设备可能具有不同的色彩空间。
图形图像处理教学大纲
图形图像处理教学大纲图形图像处理教学大纲引言：图形图像处理是计算机科学领域中的重要分支，它涉及到对数字图像进行处理、分析和改进的技术和方法。
随着计算机技术的不断发展，图形图像处理在各个领域中得到了广泛应用，如医学影像、计算机游戏、虚拟现实等。
为了培养学生对图形图像处理的理论和实践能力，制定一份科学合理的教学大纲至关重要。
一、课程目标本课程旨在使学生掌握图形图像处理的基本概念、原理和技术，培养学生的图形图像处理能力和创新思维，为学生今后从事相关领域的工作或研究打下坚实的基础。
二、教学内容1. 图像基础知识- 图像的表示与存储- 图像的采样与量化- 图像的亮度、对比度调整2. 图像增强与滤波- 直方图均衡化- 空域滤波器- 频域滤波器3. 图像变换与编码- 傅里叶变换- 离散余弦变换- 图像压缩与编码4. 彩色图像处理- RGB与CMYK颜色模型- 彩色图像增强- 彩色图像分割与合成5. 图像分割与边缘检测- 阈值分割- 区域生长算法- 边缘检测算法6. 特征提取与目标识别- 形状描述子- 纹理特征提取- 目标识别算法7. 三维图像处理- 三维重建与建模- 三维图像的显示与渲染- 三维图像的分析与处理三、教学方法本课程将采用理论教学与实践相结合的教学方法，通过理论讲解、案例分析和实验实践相结合的方式，培养学生的理论分析和问题解决能力。
1. 理论讲解- 通过课堂讲解，向学生传授图形图像处理的基本概念和原理。
- 结合具体案例，讲解图形图像处理的实际应用。
2. 案例分析- 分析经典的图形图像处理案例，让学生了解实际问题的解决方法。
- 引导学生思考，提出自己的解决方案。
3. 实验实践- 设计一系列图形图像处理实验，让学生亲自动手实践。
- 引导学生分析实验结果，总结经验教训。
四、教学评估1. 平时成绩- 出勤情况- 课堂表现- 作业完成情况2. 实验报告- 实验设计与实施- 实验结果与分析3. 期末考试- 理论知识考核- 应用能力考核五、教材与参考书目教材：- 《数字图像处理》（冈萨雷斯，伍兹著）- 《数字图像处理与计算机视觉》（斯塔利奇著）参考书目：- 《数字图像处理》（拉法尔著）- 《计算机视觉：模型、学习和推理》（斯皮策著）六、总结通过本课程的学习，学生将全面了解图形图像处理的基本理论和技术，培养图形图像处理的实践能力和创新思维。
沪科版信息技术选修二2.2图形与图像的基本概念图形图像基础优秀教学案例
2.通过本节课的学习，使学生认识到图形图像在日常生活和学习中的重要性，提高学生的信息素养。
3.培养学生尊重他人劳动成果的良好品质，教育学生诚实守信、遵纪守法。
4.鼓励学生发挥创意，培养学生的创新意识和审美观念，提升学生的综合素质。
二、教学目标
（一）知识与技能
1.理解图形与图像的基本概念，区分图形和图像的差异。
2.掌握常见图形和图像的种类及其特点，如矢量图、位图等。
3.学会使用相关软件工具对图形图像进行基本操作，如绘制、编辑、转换等。
4.了解图形图像在信息技术应用中的广泛用途，提高实际操作能力。
5.通过案例分析，培养学生分析问题和解决问题的能力，提升学生的创新意识。
四、教学内容与过程
（一）导入新课
1.利用多媒体手段，如图片、视频等，为学生提供丰富的视觉感受，激发学习兴趣。
2.设计具有现实意义的教学案例，让学生在解决问题的过程中自然地引入图形图像的基本概念。
3.创设互动性强、充满趣味的课堂氛围，鼓励学生积极参与，提高课堂活力。
（二）讲授新知
1.采用生动、形象的语言，详细讲解图形图像的基本概念，如矢量图、位图等。
2.设计具有现实意义的教学案例，让学生在解决问题的过程中自然地引入图形图像的基本概念。
3.创设互动性强、充满趣味的课堂氛围，鼓励学生积极参与，提高课堂活力。
（二）问题导向
1.提出具有启发性的问题，引导学生独立思考，激发学生的探究欲望。
2.设计逐步深入的问题序列，让学生在解决问题的过程中逐步掌握图形图像的基本概念。
五、案例亮点
1.情境创设丰富多样：本案例通过多媒体手段，如图片、视频等，为学生提供了丰富的视觉感受，激发学习兴趣。同时，设计具有现实意义的教学案例，让学生在解决问题的过程中自然地引入图形图像的基本概念。这样的情境创设既符合学生的认知特点，又有助于提高他们的学习积极性。
第一章 图形图像的基础知识ppt课件
MSP文件格式：Animator Pro中的一种图形文件格式
图像文件格式
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1.2 图像文件的格式
文件格式的分类
PICT文件格式：PICT文件格式主要用于Macintosh平台 OPT文件格式：Animator Pro创建的一种图形文件格式 PBM（PGM、PPM）文件格式：Portable Pixmap的缩写 PCD文件格式：是KODAK开发的一种Photo CD文件格式 PCX文件格式：专用于存储PC Paintbrush生成的图像 PDD文件格式：是PhotoShop专用的一种图形文件格式
CMYK色属于色料减色呈色方式
色彩模式的分类
用青、品红、黄做基色，在青、品红、黄的减色空间中增加 一个黑色（K）。
CMYK色彩模式的图像可以 在Photoshop中的“通道”中查 看
图信息的基本概念
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1.1 图信息的基本概念
HLS色空间
色相、亮度、饱和度的模型方式
色彩模式的分类
第一章 图形 图像的基础知 识
图信息的基本概念
1.1 图信息的基本概念
图信息可以分为：
信息的分类
图形信息（即矢量图）：计算机自主绘制形成的图信息 属于图形信息 比较流行的矢量图处理软件： CorelDraw Illustrator Freehand AutoCAD
图信息的基本概念
PIC文件格式：其中包含了未经压缩的图像信息
图像文格式
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1.2 图像文件的格式
文件格式的分类
PNG文件格式：针对网页设计的无损压缩图像文件格式 PSD文件格式：Photoshop图像处理软件的文件格式 PXR文件格式：该格式支持灰度图像和RGB彩色图像 RIF文件格式：是著名软件Painter的专用图像格式 RLE文件格是：是一种压缩过的位图文件格式 Scitex CT文件格式：在Scitex高档印前工作站上创建
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CorelDraw图形图像的基础知识
（3）HSB颜色模式 H：代表色相，指纯色，即组成可见光谱的 单色。 S：代表饱和度，也称彩度。每一色相具有 纯的颜色即最高饱和度。色相中加入白色、 灰色或黑色可使饱和度降低。 B：代表亮度，即色彩的明度。为0时颜色变 为黑色。
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3．文件格式
CDR格式 JPG格式 PSD格式 BMP格式 TIFF格式
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3．文件格式 图像的文件格式是指计算机存储图像文件的 方法和图像信息的格式。不同图像格式所包 含的信息不同，文件大小也存在很大的差别。
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CorelDLeabharlann aw图形图像的基础知识矢量图
矢量图
矢量图放大后的效果
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颜色模式 RGB CMYK HSB Lab
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2．颜色模式 颜色模式决定了图像用于显示和打印的颜色 模型，决定了如何描述和重现图像的色彩。 常见的颜色模式有RGB、CMYK、HSB、 Lab等。
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图像类型 颜色模式 文件格式
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图像类型 位图 矢量图
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1．图像类型 （1）位图 位图也称点阵图、像素图，它以像素来描绘和保存 图像。位图是由一个个很细微的小方块所构成的， 我们称这些小方块为“像素”，每个像素中都有自 己的颜色信息，可以把图像看成填满某种颜色的一 个个小方格，当许多不同颜色的小方块互相紧密地 排列在一起后，就会构成位图图像。位图的质量取 决于单位面积中像素的多少，这就是分辨率。每平 方英寸的面积上所含像素点越多，颜色之间的混合 越平滑，图像越清晰，同时文件也越大。
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（2）CMYK颜色模式 由青（Cyan）、品红（Magenta）、黄 （Yellow）、黑（Black）四种油墨颜色组 成，由于C、M、Y三色混合后无法印刷出纯 正黑色，因此在印刷时加入单纯的黑色来辅 助印刷效果。图1-38为CMYK减色混合。
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（2）JPG格式（*.JPG） JPG格式又称JPEG格式，是一种强压缩格式， 图像文件小，多用于网页素材图像。该格式 不适合印刷，仅适合保存不含文字或文字尺 寸较大的图像。
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（3）PSD格式（*.PSD） PSD格式是著名图像处理软件 PhotoshopCS的专用文件格式，此格式可保 存文件图层、通道、参考线、颜色模式等信 息，支持所有颜色模式。优点是保存信息多； 缺点是文件占空间大。
（5）TIFF格式（*.TIF） TIFF格式是一种应用非常广泛的文件格式， 几乎支持所有绘画、图像编辑和页面排版软 件，同时也是一种标准的印刷格式。
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（2）矢量图 矢量图也称为向量图，由一连串的直线和曲线组成， 所以图形中每个物件都是单独存在的。这种保存图 像信息的方法与分辨率无关。因此在缩放图形时， 完全由物件本身的属性来重新计算，所以即使将图 形放大到相当高的倍数，也不会失真，清晰度和边 缘平滑度都不会改变，还可自由地改变形状、大小 和颜色，尤其适用于标志设计、图案设计、文字设 计、版式设计等，它所生成文件也比位图文件要小。 基于矢量绘画的软件有CorelDRAW、Illustrator、 Freehand等。
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（1）CDR格式（*.CDR） CDR格式是CorelDRAW X4的专用图形文件 格式,也是默认的文件储存格式。CDR可以记 录文件的属性、位置和分页等。但它在兼容 度上比较差，虽然在所有CorelDraw X4应 用程序中均能够使用，但部分图像编辑软件 打不开此类文件。 另一著名矢量绘图软件 Adobe Illustrator CS3已可兼容CDR格式。
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（4）BMP格式（*.BMP） BMP格式是常用位图格式之一，是Windows 操作系统中“画图”程序的标准文件格式。 该格式不支持CMYK颜色模式的图像，采用 无损压缩，图像优点是不失真，缺点是文件 尺寸较大。
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（1）RGB颜色模式 由红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue） 三种基本颜色的可见光线组成，当三色光线 重合时为白色，因此该模式为加色混合模式， 电视机和计算机等显示设备均采用这种方式 显示颜色。图1-37为RGB加色混合。
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（4）Lab颜色模式： L：亮度分量（Linghtness）,范围为 0~100。 a：颜色分量，代表绿色到红色的光谱变化， 范围为-120~120。 b：颜色分量，代表蓝色到黄色的光谱变化， 范围为-120~120。
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1．图像类型
位图表现力强、层次多，色彩丰富、线条细腻，更 容易模拟照片的真实效果，但放大到一定尺度时， 像素点就会显示为一个个小方格，图像变的模糊， 边缘出现齿状，基于位图的软件有Photoshop、 Painter等。
位图图像
位图图像放大后的效果