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数 字 图 像 技 术
第二部分
素材获取处理篇
项目三
图像是人们接触最多的一类媒体，其最大特点是可以生动、形象、直观地表现大量的信息，具有文本和声音无法比拟的优点。本项目将介绍数字图像的基本概念和处理技术。
项目三 数字图像技术
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任务一 了解图像的相关概念
项目三 数字图像技术
在学习处理图像的具体方法前，应首先对图像的相关概念有一个大致的了解，包括位图与矢量图、图像分辨率、颜色模式、图形图像文件格式等。
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一、位图与矢量图
位图
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位图又称为点阵图，它是由许多细小的色块组成的，每个色块就是一个像素，每个像素都有特定的位置和颜色值。在处理位图图像时，用户编辑的实质上是像素。
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任务一 了解图像的相关概念
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图像有位图和矢量图之分。严格地说，位图被称为图像，矢量图被称为图形。
日常生活中，我们所拍摄的数码照片、扫描的图像都属于位图。与矢量图相比，位图具有表现力强、色彩细腻、层次多且细节丰富等优点。位图的缺点是受分辨率限制，放大后会失真，如图3-1所示。此外，在保存位图图像时，由于需要记录每个像素的位置和色彩信息，所以占用的存储空间也较大（与分辨率有关）。
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图3-1 “位图放大前后的效果对比
（a）
（b）
目前用于处理位图的软件主要有Photoshop、光影魔术手、美图秀秀等。位图图像的格式有BMP、JPG、GIF、PSD、TIF、PNG等。
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矢量图是使用直线和曲线定义的图形，如点、线、矩形、圆和弧线等，可以通过设置这些对象的属性得到图形的外观。
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矢量图具有占用存储空间小、任意缩放都依然清晰（与分辨率无关）的优点，常用于设计标志、插画、卡通画、产品效果图及制作动画等。矢量图的缺点是色彩单调，细节不够丰富，无法逼真地表现自然界中的景物。图3-2显示了矢量图放大前后的效果对比。
显示比例为100%时的图形效果
显示比例为600%时的图形效果
图3-2 矢量图放大前后的效果对比
矢量图
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矢量图形一般是在计算机中使用绘图软件绘制得到的，典型的矢量图形绘制软件有Illustrator、CorelDRAW和AutoCAD等。矢量图形的常用格式有AI（Adobe Illustrator）、CDR（CorelDraw）和DWG（AutoCAD）等。
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三、分辨率
如前所述，像素（Pixel）是组成图像的最基本单元。一个图像通常由纵横排列的许多像素组成，每个像素都有不同的颜色值。前图3-1（a）是显示器上正常显示的图像，当把图像放大到一定比例后，就会看到前图3-1（b）所示的类似马赛克的效果，每个小方块就是一个像素，也可称之为栅格。
二、像素
由于输入、输出设备和显示设备的差异，分辨率有多种表示方法，如图像分辨率，显示器分辨率、扫描仪分辨率和打印机分辨率等。
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图像分辨率一般是指图像在单位长度内含有的像素的数量，用像素/英寸（ppi）来表示。图像分辨率决定了图像细节的精细程度，一般来说，图像的分辨率越高，所包含的像素就越多，图像也就越清晰，印刷的质量也就越好，如图3-3和图3-4所示。一般情况下，如果希望图像仅用于显示，可将其分辨率设置为72 ppi或96 ppi（与显示器分辨率相同）；如果希望图像用于印刷输出，则应将其分辨率设置为300 ppi或更高。
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图像分辨率
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图3-3 分辨率低的图像
图3-4 分辨率高的图像
图像分辨率还有一种表示方法，即图像在宽和高方向上的像素量。例如，一幅分辨率为1600×1200的图像，表示其宽为1 600像素，高为1 200像素，总像素为1 600×1 200。
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显示器的分辨率
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显示器的分辨率分为设备分辨率和屏幕分辨率两种。设备分辨率是指在显示器的有效显示范围内，显示器的显像设备可以在每英寸荧光屏上产生光点的数量，通常以点/英寸（dpi）表示。每台显示器的设备分辨率都是固定的，显示器出厂时一般不标出设备分辨率，只给出点距（光点之间的距离），点距越小，显示器的设备分辨率越大，屏幕显示效果越精细。
图3-5 设置显示器屏幕分辨率
屏幕分辨率是指显卡在显示器屏幕的水平和垂直方向上显示的像素点数量。用户可在操作系统中调整显示器的屏幕分辨率，如图3-5所示。例如，将显示器的分辨率设置为1 920×1 080，表示在显示器的水平显示方向上有1 920个像素，垂直显示方向上有1 080个像素。
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显示器的分辨率
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打印机的分辨率又称为输出分辨率，一般以点/英寸（dpi）来表示，它代表了每英寸可打印的油墨的点数。一般来说，每英寸的油墨的点数越多，得到的打印输出效果就越好。打印机的分辨率不同于图像的分辨率，但与图像分辨率相关。要在喷墨打印机上打印出高质量的照片，图像分辨率应该至少为300 ppi才能获得较好的效果。
虽然显示器的屏幕分辨率越大，显示的内容越多，但屏幕分辨率并不是设得越大越好，不同英寸的显示器都有一个最佳分辨率。例如，19英寸宽屏的显示器最佳分辨率通常为1 440×900，21英寸宽屏的显示器最佳分辨率通常为1 920×1 080。将显示器屏幕设置为最佳分辨率时，将用一个光点（dot）表示一个像素（pixel），因此显示效果最好。
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四、颜色模式
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颜色模式是图像设计的基础知识，它决定了使用何种颜色模型来描述和重现图像的色彩。颜色模式不同，能表示的颜色范围就不同。颜色模式还影响图像的默认颜色通道的数量和图像文件的大小。
不同颜色模式有不同的用途，常见的有RGB模式、CMYK模式、Lab模式、位图模式、灰度模式、索引模式等。
该模式主要适用于在显示器、投影仪、扫描仪或数码相机中显示的图像。在该模式下，颜色由红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色混合而成，通过调整这3种颜色的值就可表示不同的颜色。R、G、B原色的取值范围均为0～255。例如，当R、G、B值都为0时，颜色为黑色；R、G、B值都为255时，颜色为白色；R、G、B值为1～254之间任意相等值时，颜色为不同程度的灰色。
RGB模式：
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CMYK模式：
该模式是一种印刷模式。在该模式下，颜色由青（Cyan）、洋红（Magenta）、黄（Yellow）和黑（Black）4种颜色（对应印刷用的4种油墨颜色）混合而成。这4种颜色是以百分比的形式进行描述，每一种颜色所占的百分比范围从0%到100%，百分比越高，颜色越深。
Lab模式：
该模式是包含色彩范围最广的颜色模式。它以一个亮度分量L，以及两个颜色分量a与b来混合出不同的颜色。其中，L的取值范围为0～100，a分量代表从绿色到红色的光谱变化，而b分量代表从蓝色到黄色的光谱变化，a和b分量的取值范围均为-128～127。
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提 示
在以上介绍的3种颜色模式中，Lab模式所包含的颜色范围最广，能够包含所有RGB和CMYK模式中的颜色；CMYK模式所包含的颜色最少。这就是为什么有些在屏幕上看到的颜色无法在印刷品上体现出来的原因。
位图模式：
位图模式只包含黑白两种颜色，所以其图像也叫黑白图像。在宽、高和分辨率相同的情况下，位图模式的图像体积最小，约为灰度模式的1/7和RGB模式的1/22以下。要将图像转换为位图模式，必须先将其转换成灰度模式，然后才能转换为位图模式。
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灰度模式：
该模式图像只能包含纯白、纯黑及一系列从黑到白的灰色（用0到255的亮度值表示，其中0表示黑色，255表示白色）。灰度模式的图像不包含任何色彩信息，但能充分表现出图像的明暗信息。
索引颜色模式：
索引颜色模式图像最多包含256种颜色。该模式图像的优点是占用的存储空间小，常用作多媒体动画及网页素材。
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五、颜色深度
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颜色深度是指图像中每个像素所占的二进制位数（Bit），这些位存放相关的颜色信息。颜色深度是n位，表示计算机储存每个像素所用的位数是n，即有2n种颜色选择。显然，颜色深度越高，图像包含的颜色就越多，图像表现效果越好，但占用的存储空间越大。
常用的颜色深度有1位、8位、16位、24位和32位等。1位只能表示黑白2种颜色；8位可表示256种颜色；24位可表示16，777，216种颜色，被称为真彩色，能提供比肉眼能识别的更多颜色；32位基于24位而生，增加了8个位的透明通道。
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六、常见的图形和图像文件格式
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图形图像在多媒体作品中的应用非常广泛，为了适应不同方面的应用，图形图像可以以多种格式进行存储。下面是一些常见的图形图像格式。
是Photoshop专用的图像文件格式，可保存图层、通道等信息。其优点是保存的信息量大，便于修改图像；缺点是文件较大。
PSD格式：
BMP格式：
是Windows操作系统中“画图”程序的标准文件格式，与大多数Windows和OS/2平台的应用程序兼容。由于该格式采用的是无损压缩，因此，其优点是图像完全不失真，缺点是图像文件的尺寸较大。
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JPEG格式：
该格式能以很高的压缩比例来保存图像（可选择压缩比例）。虽然它采用的是具有破坏性的压缩算法，但图像质量损失不大，通常用于存储自然风景照、人和动物的各种彩照、大型图像等，不适用于保存包含较小文字的图像，否则将导致图像中的字迹模糊。
GIF格式：
GIF格式为256色的图像，其特点是文件尺寸较小，支持透明背景，特别适合作为网页图像。此外，还可以制作GIF格式的动画。
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PNG格式：
PNG格式可以在不失真的情况下压缩保存图像，并且支持透明背景和消除锯齿边缘的功能。
TIFF格式：
是一种应用非常广泛的图像文件格式，可以保持图层、通道和透明信息等，几乎所有的扫描仪和图像处理软件都支持它。
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PDF格式：
PDF格式是由Adobe Acrobat软件生成的文件格式，可以保存多页信息，其中可以包含图形和文本。此外，由于该格式支持超级链接，因此是网络信息交流中经常使用的文件格式。
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WMF格式：
是一种矢量图形文件格式，文件尺寸很小，可以在CorelDRAW、Illustrator等软件中使用。
CDR格式：
是CorelDRAW软件专用的文件格式，其他图形、图像编辑软件无法编辑此类文件。该文件格式可以同时保存矢量图形和位图图像，因而是一种混合文件格式。
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AI格式：
是Illustrator软件专用的矢量图形文件格式。
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