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基础篇 ·第2讲图像与色彩· 1

Photoshop 图像处理主讲：李苏阳

内容提示位图和矢量图是计算机图形学的重要概念；而色彩原理是图像处理必备的基础知识。

第 2 讲图像与色彩第 2 讲图像与色彩

Photoshop 图像处理基础篇



图像数字化过程：经 A/D 变换将模拟图像信号转化为数字图像信号，计算机对转换后图像信号以数字文件的形式存储、编辑和处理，并经 D/A 变换还原为模拟图像信号。

图像一般指能被人类视觉系统感知的信息形式，或人们心中的有形想象。图 (Picture) 是用描绘方法得到的与外在景物相似物 ( 绘图 ) ；而像 (Image) 则是直接或间接得到的景物的视觉印象 ( 拍照 ) 。

数字图像是用数字设备经数字化后得到的一个二维数组。数组中的元素称为像素，其值称为灰度值。数字图像包括位图和矢量图。

图像

数字图像

2.12.1 数字图像数字图像



将模拟信号在固定的时间间隔上获取一个幅度值样本。采样时间间隔称为采样周期，每秒采样的个数称为采样频率。采样结果是将时间离散。

将采样后的幅度值样本进行离散化处理，即将每一个样本归入预先编排的量化级上。量化结果是将空间离散。

将量化后的离散值用二进制代码 2n 取代，这样就将离散后的模拟信号转化为一连串的数字信号。

采样

量化

编码

2.12.1 数字图像数字图像数字化过程包括三个过程：



位图位图 (Bitmap) 是将一幅图像全部像素信息 ( 每个像素的颜色、亮度和位置 ) 转换成相应的数据文件。位图也称点阵图或图像，属于获取文件，反映了图像信号的原始形式。位图适合表示照片或细致绘画。位图是由若干点组成的矩阵，矩阵中的任一个像素对应图像中的一个点，其值表示该点的灰度或颜色等级。每个像素具有不同的颜色和亮度。

2.22.2 位图位图

位图获取途径 ● 通过画图程序获得，如利用绘图软件绘制曲线图形。

● 通过抓取程序从屏幕上抓取，如键盘命令 PrtScr 。 ● 通过扫描仪、图像抓取设备从照片、视频图像中抓取。 ● 使用数字照相机拍摄获得。 ● 从数字化图像光盘中获得。



在打开或保存文件时，首先要考虑采用哪种文件格式。将文件保存为不同的格式，类似于将一本书翻译成不同的语言。　位图是按一定的图像分辨率、图像深度以及编码算法对图片或照片进行数字化而生成的一组图像数据，并以文件的方式进行存储和记录。因此不同的压缩编码方式和记录方式决定了不同的位图文件格式。

文件格式 2.22.2 位图位图

　采用位映射存储的一种图像格式。将数字图像中各个像素点对应存储。因不采用压缩故占用存储空间很大。文件格式由文件头、色彩映射及图像数据 3 部分组成。文件头用于说明文件类型、长度、数据起始位置、深度、尺寸、分辨率以及颜色数量等；色彩映射对应非真彩色的图像。在实际应用中通常用于保持最真实的图像效果，编辑和处理完后再转换到其他文件格式。

BMP 文件格式



　　由 Aldus 和 Microsoft公司开发的一种扫描仪和桌面出版系统通用图像格式，也是一种电子出版 CD-ROM 图像格式。具有 4 类不同格式： TIFF-B 用于二值图像； TIFF-G 用于灰度图像； TIFF-P 用于缩影图像； TIFF-R 用于真彩图像。 TIFF 格式允许在同一个文件中存储多幅图像。该文件又分为压缩和非压缩两类，其中非压缩的格式文件兼容性好；而压缩存储时又有很大的选择余地。

TIFF文件格式 2.22.2 位图位图

　　由 CompuServe公司开发的一种图像格式。文件数据采用可变长度无损压缩技术进行压缩。最多支持 256 种彩色，占用空间小，在网页应用中可减少下载浏览时间。 GIF 文件同 TIFF 一样可存储多副图像，并具有交错显示 (下载初以低分辨率显示，逐渐达到高分辨率 ) 。同时， GIF 文件可设置和存储透明色 (去背处理 ) ，并支持简单动画效果。因此较适合存储图示、按钮、标题图片以及颜色较少、构图简单的图片。

GIF文件格式



　　由 Kodak公司开发的一种电子照片文件存储格式，即 Photo-CD

专用存储格式。一般都存放在 CD-ROM 上。该文件中含有从专业摄影照片到普通显示用的多种分辨率的图像，存储量大。

PCD文件格式 2.22.2 位图位图

　　采用 JPEG(联合图片专家组 )标准的一种图像文件格式。该文件一般采用有损压缩编码技术，使用最多的是基于离散余弦变换有损压缩算法。 JPEG 文件支持 24 位真彩色，不支持透明色系及动画。具有较高的保真度和压缩比，用户可根据需要选择压缩比。当压缩比为 16:1 时获得的图像效果与原图像难以区分；当压缩比 50:1甚至更高，仍可保持很好的效果。因此该文件较适合存储照片以及在网上嵌入。

JPEG文件格式



一种可携带式网络图片的图像格式。该文件支持 48 位真彩色和透明阶层效果，同时采用了比 GIF更有效率的无损压缩技术，保留了图像中每个像素，但不支持动画，且比特空间较 JPEG 和 GIF

要大。由于该文件集中了 GIF 和 JPEG 等文件格式的优点，因此逐渐成为多媒体制作中一种重要的图像文件格式。

PNG文件格式 2.22.2 位图位图



位图根据颜色深度的不同，分为 4 种类型：

二值图像是一种黑白单色图像，也称为线画图。该图像一般是通过图像处理软件中的画图工具进行简单勾描而成。在该图像中每个像素用 1 位数据表示，因此仅具有黑白两种数据。

灰度图像是一种具有从黑到白 256 级灰度色域或等级的单色图像。该图像中每个像素用 8 位数据表示，因此像素点值介于黑白间的 256 种灰度中的一种。该图像只有灰度等级，而没有颜色的变化。在 Photoshop 中，灰度图像将作为一种颜色通道的数字图像。

位图类型

二值图像

灰度图像

2.22.2 位图位图



真彩图像是一种能显示 24 位或 32 位真彩色图像。该图像分为 RGB 3 个独立的彩色通道，合成后通过显示器显示出来。真彩色图像所能表示的颜色数与显示卡的 VRAM( 视频存储器 ) 的大小有关。

索引图像是一种只能显示 256 种颜色的彩色图像 ( 也称为伪彩色 ) 。一副图像的所有颜色都在该图像的调色板文件中定义。当打开文件时，构成该图像的具体颜色的索引值都被读入程序，根据颜色索引值找到显示的颜色。

索引图像

真彩图像

2.22.2 位图位图



矢量图矢量图 (Vectorgraph) 是由数学方法描述、只记录生成图形的算法和图形特征的数据文件。矢量图也称图形，属于生成文件，由一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状、位置以及维数的指令集合组成。例如画线指令 Line(x1,Y1,x2,y2,color) 、画圆指令 Circle(x,y,r,color)

等。矢量图文件

矢量图主要用于表现线框型图画、工程制图以及美术字，适合完成图形的生成、二维三维的几何造型以及图形的操作和处理等。

2.32.3 矢量图矢量图



文件格式矢量图文件格式一般不固定，由开发者根据软件特点自定。例如，二维网络动画软件 Flash 文件格式为 *.fla 、 *.SWF 。(前者为内部文件，后者可在通用播放器播发 ) ；三维动画软件 3ds max 文件格式为 *.max ；虚拟现实建模语言在 Web浏览器中显示的文件格式为 *. wrl 、 *.wrz 等。

矢量图特点 ●可对各部分进行移动、旋转、缩放、扭曲，而不会失真。 ● 不同对象可在屏幕上进行重叠或分离。 ● 由于只保存了算法和特征，占用的存储空间小。 ●显示时需重新计算，其显示速度取决于算法复杂程度。 ● 在打印输出和放大时图形质量较高。




矢量图仅保存算法和特征，故数据量、存储空间较小；而位图由像素点信息组成，故数据量、存储空间较大。

对矢量图的信息处理侧重绘制和创建；而对位图的信息处理侧重获取和复制。

矢量图与位图比对

矢量图显示时需重新运算和变换，故速度相对较慢；而位图显示时只是将图像对应的像素点影射到屏幕上，故显示速度较快。

矢量图的放大时仅改变计算数据，故任意放大而不会失真，且显示打印质量较好；而位图尺寸取决于像素，放大时采用插值方法进行，故分辨率下降使得显示打印质量较差。

存储容量

处理方式

显示速度

图形控制




分辨率

图像分辨率是指每英寸长度上像素点的数量，单位为 dpi 。若 1英寸长度上有 100 个像素，则分辨率为 100dpi 。分辨率在图形的长宽两个方向上的度量应保持一致。一幅 1×1英寸的图形，在长宽方向上具有同样的分辨率。若分辨率是 100dpi ，则说明该图具有 10000 个像素。

设备分辨率是指设备在水平和垂直方向所能显示或打印像素点的数量，单位为 dpi 。若显示分辨率为 1024×768 ，则表明水平方向上能分辩显示 1024 个像素点，垂直方向上能分辩显示 768 个像素点。显示器上每个点对应图形上的一个像素。

图像分辨率

设备分辨率




彩色是一种光波，是人利用眼睛认识客观世界时获得的一种感觉。人眼视网膜上的锥状光敏细胞和杆状光敏细胞将感受到的光波刺激传递给大脑，人就感觉到了颜色。

　　太阳是标准发光体，辐射出各种电磁波。其中可见光是一定波长的电磁波 (350nm～ 750nm) ，彩色通过光被感知。光的波长不同，所呈现的颜色也不同。光色随着波长减少依次为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

可见光

γ射线 X射线紫外线可见光红外线无线电波

0.005nm 0.01nm 5nm 350nm 750nm 0.4mm 10km

波长

彩色 2.42.4 色彩原理色彩原理



可见光由基色光混合而成。只有单一波长的光称为单色光，含有两种以上波长的光称为复合光。自然界的各种颜色光都可由红 (R)、绿 (G)、蓝 (B) 三种基色光按不同比例相配而成，这就是三基色原理。

三基色也可选择其他三种颜色。但由于人眼对红、绿、蓝三种光最为敏感，由这三个基色相配所产生的颜色范围最广，因此一般都选择这三种颜色为基色。

在亮度相同的条件下三基色混合时，人眼主观感觉是绿光仅次于白光，为三基色中最亮的；红光次之，其亮度约占绿光的一半；蓝光最弱，其亮度约占红光的三分之一。

基色光 2.42.4 色彩原理色彩原理



　　明度也称亮度，是人眼感受颜色光发光的强度。在颜色相同 (波长相同 ) 的情况下，明度越大，人眼感觉到颜色越浅；明度越小，人眼感觉到颜色越深。

色彩三要素

　　色相也称色调，是人眼对各种波长的光时所产生的彩色感觉。对不同光波波长，可区分不同的颜色。色相反映了颜色的种类和基本特征。

　　饱和度也称纯度，是色彩的纯净度，即掺入白光的程度。掺入的白光越少，饱和度越深，颜色越纯正。

通常将色调和饱和度统称色度。

色相

饱和度

明度

2.42.4 色彩原理色彩原理



相加原理　　在没有光线的黑暗环境中，若使用发光体如灯泡、显示器，则使人眼感受到灯泡和显示器上发出的光波颜色，这是物体自身光的结果。将这些发光体发出部分波长的光混合在一起，给人眼的刺激形成了对物体发光颜色的感觉，这个过程称为彩色相加。

相减原理　　在白天，若太阳光 (标准白光 ) 照射在具有某种颜色的物体上，部分波长的光被吸收，剩余波长的光被反射。被反射的光波进入人眼而感受到物体的颜色。这个过程称为彩色相减。它与颜色相加过程相反，是从白光中减掉被吸收波长的光波，剩下波长的光波对人眼刺激形成颜色感觉。

成色原理 2.42.4 色彩原理色彩原理



　　以 RGB 为坐标轴构成的几何空间为 RG

B 色彩空间。在三个坐标轴上的取值范围分别为 0～ 255 。 RGB 空间模型是以光的颜色为基础。 RGB 值越大，颜色所对应的光量也越多，产生的颜色也较谈、较亮。

RGB色彩空间

CMY色彩空间　　以 CMY 为坐标轴构成的几何空间为 CM

Y 色彩空间。在三个坐标轴上的取值范围为0～ 100% 。 CMY 空间模型是以颜料的颜色为基础。 CMY百分比越大，颜色吸收越多，产生颜色也较浓较暗。

色彩空间 2.42.4 色彩原理色彩原理



对比两种彩色轮图可看出： RBG 模式与 CMY 模式正好相反，即一个模式的基色恰好是另一个模式的合成色。

互补色　　在彩色轮图上，位置相反的基色互为补色。 RGB 模式基色互补色为：红与青，绿与品红，蓝与黄。同理， CMYK 模式基色互补色为：青与红，品红与绿，黄与蓝。

冷暖色　　不同色调体现不同冷暖度。暖色含红、黄、品红；冷色含蓝、青、绿。一般有机物色调为暖色系，无机物色调大多为冷色系。一般根据红、蓝色的数量来调节中性色调。

色彩模式 2.42.4 色彩原理色彩原理



图像深度　　图像深度是指图像中每个像素点所记录颜色的二进制位数，其决定了彩色图像中可出现的最多颜色数 ( 或灰度图像中的最大灰度等级数 ) 。若图像上的每个像素都使用 24 位二进制数来表示颜色，则该图像颜色深度为 24 位。在该图像上，每个像素能表现的颜色种类有 224 = 16777216 种。

色彩表现效果取决于图像深度和显示深度：

显示深度　　显示深度是指显示设备上每个像素点所显示颜色的二进制位数。在使用显示器显示图形图像时，应当使显示深度大于或等于图像深度，这样显示器才能完全反映图形图像中使用的全部颜色。

2.52.5 图像深度图像深度



数字容量是指数字图像保存在计算机内存空间的大小。数字图像中的像素数量越多、图像深度越大，则数字图像的数据量就越大，同时数字图像的表现效果也越贴近真实。

●1 幅具有 640×480像素的 256彩色图像，其所占用空间大约为： 640×480×8÷8≈0.3(MB) 。 ●1 幅具有 1024×768像素的真彩色图像，其所占用空间大约为： 1024×768×24÷8≈2.4(MB) 。

图像容量 = 图像总像素数×图像深度÷8

图像容量计算

未经压缩的数字图像容量计算：

2.52.5 图像深度图像深度

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