多媒体技术基础与实验教程PPT讲稿.ppt
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1、多媒体技术基础与实验多媒体技术基础与实验教程教程第1页,共30页,编辑于2022年,星期六第四章第四章 目录目录n4.14.1图形图像基本原理图形图像基本原理 4.1.14.1.1视觉特性视觉特性 4.1.2 4.1.2计算机图形计算机图形 4.1.3 4.1.3数字图像数字图像n4.24.2常用图像压缩标准常用图像压缩标准 4.2.1JPEG 4.2.1JPEG 4.2.2JPEG 2000 4.2.2JPEG 2000n4.34.3图形图像文件格式图形图像文件格式 4.3.1 4.3.1位图格式位图格式 4.3.2 4.3.2矢量图格式矢量图格式n4.44.4图形图像处理工具图形图像处理工
2、具 4.4.1 4.4.1计算机绘图软件计算机绘图软件AutoCADAutoCAD 4.4.2 4.4.2数字图像处理软件数字图像处理软件PhotoshopPhotoshop第2页,共30页,编辑于2022年,星期六4.14.1图形图像基本原理图形图像基本原理n计算机图形学计算机图形学、图像处理图像处理是计算机理论与应用领域的是计算机理论与应用领域的2 2个分支学科,其相关技个分支学科,其相关技术已经在各行各业中得到了广泛的应用。术已经在各行各业中得到了广泛的应用。n计算机图形学计算机图形学是计算机科学中一个比较年轻的分支学科,其主要研究内容包是计算机科学中一个比较年轻的分支学科,其主要研究内
3、容包括:几何模型的构造技术、图形生成技术、图形的操作与处理方法、图形信息括:几何模型的构造技术、图形生成技术、图形的操作与处理方法、图形信息的存储检索及交换技术、人机交互及用户接口技术、动画技术、图形输出设备的存储检索及交换技术、人机交互及用户接口技术、动画技术、图形输出设备与输出技术、图形标准与图形软件包的开发技术等。与输出技术、图形标准与图形软件包的开发技术等。n图形图像处理图形图像处理指的是使用图形图像输入指的是使用图形图像输入/输出设备、图形图像算法与软件在计算机上处理和输出设备、图形图像算法与软件在计算机上处理和生成静态或动态的图形图像。生成静态或动态的图形图像。n图像处理基本上可以
4、分为两大类:模拟图像处理和数字图像处理。对于后者,我们称图像处理基本上可以分为两大类:模拟图像处理和数字图像处理。对于后者,我们称它为它为计算机图像处理计算机图像处理,其主要研究内容包括:图像信息的获取、图像信息的存储、图像,其主要研究内容包括:图像信息的获取、图像信息的存储、图像信息的传送、图像信息的处理、图像的输出与显示等。信息的传送、图像信息的处理、图像的输出与显示等。第3页,共30页,编辑于2022年,星期六4.1.14.1.1视觉特性视觉特性眼睛对光的感觉被称为眼睛对光的感觉被称为光觉光觉,对颜色的感觉被称为,对颜色的感觉被称为色觉色觉,它们是眼睛的基本特性。,它们是眼睛的基本特性。
5、u光觉光觉 视觉系统要产生光感觉,就需要有一定量的光进入眼球,我们把产生光觉的最小亮度视觉系统要产生光感觉,就需要有一定量的光进入眼球,我们把产生光觉的最小亮度称为称为光觉门限光觉门限或或光觉阈光觉阈。光觉门限值大约为光觉门限值大约为(尼特)(尼特)光觉门限与刺激面积有密切关系,这种关系可以使用光觉门限与刺激面积有密切关系,这种关系可以使用里克(里克(RiccoRicco)定理)定理和和里波里波(RiperRiper)定理)定理来描述。来描述。第4页,共30页,编辑于2022年,星期六当刺激面积较小时,服从当刺激面积较小时,服从里克定理里克定理,上式中,上式中,为光觉门限的强度,为光觉门限的强
6、度,为刺激面积。为刺激面积。当刺激面积较大时,服从当刺激面积较大时,服从里波定理里波定理,一般情况下,里克定理和里波定理可以统一起来表达,这两个定理被统称为一般情况下,里克定理和里波定理可以统一起来表达,这两个定理被统称为里波定理里波定理 。光觉门限与时间的关系由光觉门限与时间的关系由布洛克(布洛克(BlockBlock)定理)定理来描述来描述 为刺激时间,其大小应小于为刺激时间,其大小应小于 ,即在时间较短的范围内才成立。,即在时间较短的范围内才成立。第5页,共30页,编辑于2022年,星期六u色觉色觉 人们对人们对色觉色觉的普遍认识是:光线波长的不同而产生了不同的颜色感觉。色觉是的普遍认识
7、是:光线波长的不同而产生了不同的颜色感觉。色觉是视觉系统的基本机能,对于图像和物体的检测具有重要意义。对人眼而言,可见光视觉系统的基本机能,对于图像和物体的检测具有重要意义。对人眼而言,可见光线的波长在线的波长在380380780 m780 m范围内,一般可分辨出包括紫、蓝、青、绿、黄、橙、红范围内,一般可分辨出包括紫、蓝、青、绿、黄、橙、红等等7 7种主要颜色在内的种主要颜色在内的120120180180种不同的颜色。种不同的颜色。色觉的实现主要依赖于视锥细胞色觉的实现主要依赖于视锥细胞 。目前,一般采用目前,一般采用“三原色学说三原色学说”来解释色觉机理。来解释色觉机理。第6页,共30页,
8、编辑于2022年,星期六4.1.24.1.2计算机图形计算机图形u计算机图形学计算机图形学 计算机图形学计算机图形学是研究图形处理技术(利用计算机来处理图形)的学科,是研究图形处理技术(利用计算机来处理图形)的学科,它包括图形处理的原理、方法和技术等内容。它包括图形处理的原理、方法和技术等内容。主要研究内容主要研究内容 图形的生成和表示技术。图形的生成和表示技术。图形的运算方法。图形的运算方法。图形输入输出设备及相应的输入输出技术。图形输入输出设备及相应的输入输出技术。图形系统与支持部件。图形系统与支持部件。图形信息的描述和表示。图形信息的描述和表示。几何模型的构造技术与动画技术。几何模型的构
9、造技术与动画技术。图形的实时性与真实感。图形的实时性与真实感。主要应用领域主要应用领域 1 1)科学计算可视化。)科学计算可视化。2 2)图形用户界面。)图形用户界面。3 3)计算机辅助设计。)计算机辅助设计。4 4)娱乐与计算机动画。)娱乐与计算机动画。5 5)图形实时绘制与自然景物仿真。)图形实时绘制与自然景物仿真。6 6)计算机艺术。)计算机艺术。第7页,共30页,编辑于2022年,星期六u计算机图形与图形基元计算机图形与图形基元 实际上,实际上,计算机图形计算机图形是一个广义的概念,它既包括了描述图形,也包括了自然图是一个广义的概念,它既包括了描述图形,也包括了自然图形。形。从构成图形
10、的要素来看,图形是由点、线、面、体等几何要素以及明暗、灰度、从构成图形的要素来看,图形是由点、线、面、体等几何要素以及明暗、灰度、色彩等非几何要素构成的。色彩等非几何要素构成的。点是只有位置而没有大小和形状的图形,它可以使用坐标值来标识。点是只有位置而没有大小和形状的图形,它可以使用坐标值来标识。线是点的轨迹,分为直线、曲线两大类。线是点的轨迹,分为直线、曲线两大类。色彩是由于物体对不同光波的反射和吸收特性而产生的,没有光便没有任何色彩。色彩是由于物体对不同光波的反射和吸收特性而产生的,没有光便没有任何色彩。综上所述,我们可以这样来描述综上所述,我们可以这样来描述计算机图形计算机图形:它是从客
11、观世界的物体中抽象:它是从客观世界的物体中抽象出来的、具有灰度或色彩以及具有形状的图或形。事实上,这样的定义也涵盖了出来的、具有灰度或色彩以及具有形状的图或形。事实上,这样的定义也涵盖了“图像图像”这一概念。这一概念。第8页,共30页,编辑于2022年,星期六图形基元图形基元指的是最基本的图形元素。在计算机图形学中,它实际上包括指的是最基本的图形元素。在计算机图形学中,它实际上包括两层含义,即静态含义和动态含义。两层含义,即静态含义和动态含义。前者指的是图形基元的逻辑意义,即前面所述的基本图形单元在计算机内的表示;前者指的是图形基元的逻辑意义,即前面所述的基本图形单元在计算机内的表示;后者指的
12、是显示输出图形基元的过程(被称为输出基元或图形输出原语),后者指的是显示输出图形基元的过程(被称为输出基元或图形输出原语),即在输出设备的指定位置使用最基本的输出原语来生成确定的图形几何结构。即在输出设备的指定位置使用最基本的输出原语来生成确定的图形几何结构。在图形系统中,计算机图形是以指令的形式来存放的。在图形系统中,计算机图形是以指令的形式来存放的。一幅计算机图形一幅计算机图形 第9页,共30页,编辑于2022年,星期六u常用坐标系统常用坐标系统 世界坐标系世界坐标系。这是一种与设备无关的、用于描述计算机图形的直角坐标。这是一种与设备无关的、用于描述计算机图形的直角坐标系统,常用于计算机图
13、形的存储、输入与输出等。系统,常用于计算机图形的存储、输入与输出等。设备坐标系设备坐标系。这是一种与具体的图形设备密切相关的坐标系统,例如屏幕。这是一种与具体的图形设备密切相关的坐标系统,例如屏幕坐标系就是一种适用于显示设备的坐标系统。坐标系就是一种适用于显示设备的坐标系统。归一化设备坐标归一化设备坐标。它也被称为正则坐标或规则化坐标,这是一个用于计算。它也被称为正则坐标或规则化坐标,这是一个用于计算机图形处理的中间过程的坐标系,它将坐标值范围规定在某个范围内(一机图形处理的中间过程的坐标系,它将坐标值范围规定在某个范围内(一般是般是0 01 1之间)。以归一化设备坐标表示的计算机图形,在任何
14、设备空间之间)。以归一化设备坐标表示的计算机图形,在任何设备空间中都能处于相同的相对位置。例如,在有多个输出设备时,归一化设备坐中都能处于相同的相对位置。例如,在有多个输出设备时,归一化设备坐标最常用于视区规范。标最常用于视区规范。第10页,共30页,编辑于2022年,星期六4.1.34.1.3数字图像数字图像u数字图像处理学数字图像处理学 数字图像处理技术数字图像处理技术起源于起源于2020世纪世纪2020年代,当时通过海底电缆从英国伦敦到美国年代,当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片,其中就采用了数字压缩技术。纽约传输了一幅照片,其中就采用了数字压缩技术。重要性重要性主要体现
15、在三个方面:图像处理为人类从客观世界获取信息提供了重要来主要体现在三个方面:图像处理为人类从客观世界获取信息提供了重要来源、图像处理是人类视觉延续的重要手段、图像处理对国计民生有重要意义。源、图像处理是人类视觉延续的重要手段、图像处理对国计民生有重要意义。主要研究内容主要研究内容 图像信息的获取。图像信息的获取。图像信息的存储。图像信息的存储。图像信息的传输图像信息的传输 。图像信息的处理。图像信息的处理。图像的输出与显示。图像的输出与显示。第11页,共30页,编辑于2022年,星期六u灰度与图像数据的表示灰度与图像数据的表示这里说到的这里说到的灰度信息灰度信息是指图像上各点处的颜色深浅程度的
16、信息。是指图像上各点处的颜色深浅程度的信息。对于单色黑白图像来说,灰度即是黑白程度等级;对于单色黑白图像来说,灰度即是黑白程度等级;对于彩色图像来说,因为任何彩色图像都可以分解成红、绿、蓝三种单色图像,对于彩色图像来说,因为任何彩色图像都可以分解成红、绿、蓝三种单色图像,所以彩色图像的灰度指的是这三种单色图像的灰度。所以彩色图像的灰度指的是这三种单色图像的灰度。许多数字图像在计算机上是以许多数字图像在计算机上是以位图位图的形式存在的,的形式存在的,位图位图是一个矩形点阵,上面的是一个矩形点阵,上面的每一个点被称为像素。每一个点被称为像素。像素像素是数字图像中的基本单位,一幅是数字图像中的基本单
17、位,一幅mnmn大小的图像由大小的图像由mnmn个明暗不等的像素组成。实个明暗不等的像素组成。实际上,像素所具有的明暗程度就是由灰度值际上,像素所具有的明暗程度就是由灰度值(Gray Level)(Gray Level)来标识的。来标识的。第12页,共30页,编辑于2022年,星期六4.24.2常用图像压缩标准常用图像压缩标准u对于静止的图像,已有多个国际标准。对于静止的图像,已有多个国际标准。uISOISO制定了制定了JPEG(Joint Photographic Experts Group)JPEG(Joint Photographic Experts Group)和和JBIGJBIG(J
18、oin Bilevel Image GroupJoin Bilevel Image Group)标准,标准,ITUITU制定了制定了G3G3、G4G4等等标准。标准。u在这些标准中,在这些标准中,JPEGJPEG标准及其下一代的标准及其下一代的JPEG 2000JPEG 2000标准运用的最标准运用的最为广泛。为广泛。第13页,共30页,编辑于2022年,星期六4.2.1 JPEG4.2.1 JPEGn nJPEGJPEGJPEGJPEG是是是是ISOISOISOISO和和和和CCITTCCITTCCITTCCITT关于静止图像编码的联合专家组名称的缩写。该标准可用于自然关于静止图像编码的联合
19、专家组名称的缩写。该标准可用于自然关于静止图像编码的联合专家组名称的缩写。该标准可用于自然关于静止图像编码的联合专家组名称的缩写。该标准可用于自然景象或任何连续色调图像的数字数据的压缩编码和解码。景象或任何连续色调图像的数字数据的压缩编码和解码。景象或任何连续色调图像的数字数据的压缩编码和解码。景象或任何连续色调图像的数字数据的压缩编码和解码。u工作方式工作方式 顺序方式顺序方式(Sequential Mode)(Sequential Mode)渐进方式渐进方式(Progressive Mode)(Progressive Mode)u编码算法编码算法 JPEGJPEG标准还规定了标准还规定了3
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