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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。
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。
第一章第一节：图形图像的基础知识1、计算机处理的图像有哪两类？二者的区别有哪些？矢量图和位图区别：矢量图基本元素是图元，占用存储空间小，缩放或旋转不失真位图的基本元素是像素，占用的存储空间较大，在放大输出时会失真矢量图表达的色彩比较单调，位图通常用来表示色彩丰富、细致逼真的画面矢量图适用于表现线条化明显、具有大面积色块的图案，位图适用于表现色彩复杂、细腻的图片。
2、分辨率分为哪几类？举例说明每一类的定义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，通常用显示器的长和宽方向上能够显示的像素点个数的乘积表示②.图像分辨率：指组成一幅图像的像素点个数，通常用图像在宽度和高度方向上所能容纳的像素点的乘积表示，它既反映了图像的精细程度，又表示了图像的大小，用ppi表示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表示。
3、什么是颜色位深度？图像的颜色为深度与该图像所能表现的颜色数之间有什么关系？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，那么该图像颜色数为2的n次方4、什么是颜色模式？photoshop最常用的颜色模式有哪几种？颜色模式是指在显示器屏幕上和打印页面上重现图像色彩的模式，它不但影响图像中能够显示的颜色数目，还影响图像文件的大小和图像的通道数RGB LAB CMYK5、常见的位图（点阵图）文件格式有哪几种，常见的矢量图文件格式有哪些？位图（图像）：BMP JPEG PSD GIF TIFF PNG PDF矢量图（图形）：AI SWF WMF DXF FLA CDR6、在“视图”菜单中有一组改变图像显示比例的命令①“放大”：使图像的显示比例放大。
②“缩小”：使图像的显示比例缩小。
③“按屏幕大小缩放”：使图像尽可能大地显示在屏幕上。
④“实际像素”：使图像以100%的比例显示。
⑤“打印尺寸”：使图像以实际打印的尺寸显示。
第二节：Photoshop工作界面及图像基本操作1、简述图层面板中“填充”和“不透明度”的区别。
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。
第1章图形图像基础知识
1.1 Photoshop功能简介
Photoshop是一款强大的平面设计软件，在网页设计、建筑效果图设计、平面广告设计、特效文字设计、界面设计和影像创意设计等设计领域都有广泛的应用。
1．平面设计的概念
平面设计是设计者借助一定的工具材料，将所要表达的形象及创意在二维空间中塑造出的视觉艺术。
其广泛应用于广告、招贴、包装、海报、插图及网页制作等，因此，平面设计就是视觉传达设计。
2．平面设计的应用
（1）广告设计
在现实生活中，广告已和人类社会的经济以及人们的文化生活紧密交织在一起。
在平面广告设计中一般包含有文字和图形。
常见的表现手法有名人与名牌、夸张与准确、幽默与悬念、劝导与引诱恐吓等。
广告作品一般由主题、创意、文字、形象和衬托等组成。
广告创作就是将这些要素有机地结合起来，成为一则完整的广告作品，如图1-1所示。
图1-1 广告设计
（2）商标设计
标志是表明事物特征的记号。
商标、店标、厂标等专用标志对于发展经济、创造经济效益、维护企业和消费者权益等具有巨大的实用价值和法律保障作用。
各种国内外重大活动、会议、运动会以及邮政运输、金融财贸、机关、团体乃至个人（图章、签名）等几乎都有表明自己特征的标志，如图1-2所示。
（3）包装设计
包装是商品生产的延续，是商品的有机组成部分，商品经过包装和生产过程才算完成。
随着商品经济的发展，商品的包装设计越来越受到重视，如图1-3所示。
图1-2 商标设计图1-3 鲜奶包装设计
（4）网页设计
在因特网上，有很多设计独特、美观、新颖的网站，这些网站的网页使用了许多平面设计的技巧，如图1-4所示。
图1-4 网页设计
1.2图像的基本概念
1.2.1像素和分辨率
要学习计算机平面设计，必须掌握图像的像素数据是如何被测量与显示的基本知识，
这里涉及以下几个概念。
1．像素
像素是构成图像的最小单位，是图像的基本元素。
2．分辨率
分辨率是指单位长度内所含像素点的数量，单位为“像素每英寸”（pixel/inch，ppi）。
分辨率对处理数码图像非常重要，与图像处理有关的分辨率有图像分辨率、打印机或屏幕
分辨率等，如图1-5所示。
（a）1个像素（b）8个像素
图1-5 分辨率
3．图像分辨率
图像分辨率直接影响图像的清晰度，图像分辨率越高，则图像的清晰度越高，图像占
用的存储空间也越大。
4．显示器分辨率
在显示器中每个单位长度显示的像素或点数，通常以“点每英寸”（dpi）来衡量。
显示
器的分辨率依赖于显示器尺寸与像素设置，个人计算机显示器的典型分辨率通常为96dpi。
5．打印机分辨率
与显示器分辨率类似，打印机分辨率也以“点每英寸”来衡量。
如果打印机分辨率为
300~600dpi，则图像的分辨率最好为72~150ppi ；如果打印机的分辨率为1200dpi或更高，
则图像分辨率最好为200~300ppi。
通常情况下，如果希望图像仅用于显示，可将其分辨率设置为96ppi（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300ppi或更高。
1.2.2图像的种类
计算机图像分为两大类：位图和矢量图。
1．位图
位图是指以点阵方式保存的图像。
它由多个不同颜色的点组成，可以在不同的软件之
间转换，主要用于保存各种照片图像。
位图的缺点是文件尺寸太大，且和分辨率有关。
因
此，当位图的尺寸放大到一定程度后，会出现锯齿现象，图像将变得模糊，如图1-6所示。
第
1
章
图形图像基础知识
图1-6 位图放大后会出现锯齿现象
2．矢量图
矢量图是指利用图形的几何特性的数学模型进行描述的各种图形，与分辨率无关，将图形放大到任意程度，都不会失真，如图1-7所示。
图1-7 矢量图放大到任意程度，都不会失真
1.2.3颜色及颜色模式
图像处理离不开色彩处理，因为图像无非是由色彩和形状两种信息组成的。
在使用色彩之前，需要了解色彩的一些基本知识。
1．色彩的三要素
色彩的三要素即色相、明度、纯度（色度）。
任何一个颜色或色彩都可以从这三个方面进行判断分析。
色相：指色彩所呈现出来的质的面貌，例如红、黄、蓝、绿等。
明度：指色彩的明暗深浅程度，明度高，就是说颜色亮。
纯度：指色相的鲜艳程度，即色彩中其他杂色所占成分的多少。
2．颜色模式
颜色模式用来确定如何描述和重现图像的色彩。
常见的颜色模型包括HSB（色相、饱和度、亮度）、RGB（红色、绿色、蓝色）、CMYK（青色、品红、黄色、黑色）和Lab等。
因此，相应的颜色模式也就有RGB、CMYK、Lab等。
如图1-8所示的是Photoshop调色板的几种颜色模式表示红颜色时的数值。
（1）RGB颜色模式
利用红（Red）、绿（Green）和蓝（Blue）三种基本颜色进行颜色加法，可以配制出绝大部分肉眼能看到的颜色。
彩色电视机的显像管及计算机的显示器都是以这种方式来混合出各种不同的颜色效果的，如图1-9所示。
图形图像基础知识 第 1 章
图1-8 几种颜色模式 图1-9 RGB 颜色模式
Photoshop 将24位RGB 图像看作由三个颜色通道组成。
这三个颜色通道分别为红色通道、绿色通道和蓝色通道。
其中每个通道使用8位颜色信息，该信息由从0~255的亮度值来表示。
这三个通道通过组合，可以产生1670余万种不同的颜色。
在Photoshop 中用户可以很方便地从不同通道对RGB 图像进行色彩处理。
下面是RGB 颜色模式所表示的几种特殊颜色：
R255， G0， B0 表示红色；
R0， G255， B0 表示绿色；
R0， G0， B255 表示蓝色；
R0， G0， B0 表示黑色；
R255， G255， B255 表示白色。
（2）CMYK 颜色模式
CMYK 颜色模式是一种用于印刷的模式，分别是指青（Cyan ）、品红（Magenta ）、黄（Yellow ）和黑（Black ）。
CMYK 模式在本质上与RGB 颜色模式没有什么区别，只是产生色彩的原理不同。
由于RGB 颜色合成可以产生白色，因此，RGB 产生颜色的方法称为加色法。
而青色（C ）、品红（M ）和黄色（Y ）的色素在合成后可以吸收所有光线并产生黑色，因此，CMYK 产生颜色的方法称为减色法。
（3）Lab 颜色模式
Lab 颜色模式是以一个亮度分量L （Lightness ），以及两个颜色分量a 与b 来表示颜色的。
其中，L 的取值范围为0~100，a 分量代表由绿色到红色的光谱变化，而b 分量代表由蓝色到黄色的光谱变化，且a 和b 分量的取值范围均为–120~120。
Lab 颜色模式是Photoshop 内部的颜色模式。
该模式是目前所有模式中色彩范围（称为色域）最大的颜色模式。
（4）HSB 模式
HSB 模式以色相、饱和度、亮度与色调来表示颜色。
通常情况下，色相由颜色名称标识，如红色、橙色或绿色。
饱和度（又称彩度）是指颜色的强度或纯度。
饱和度表示色相中灰色分量所占的比例，使用从0（灰色）～100%（完全饱和）的百分比来度量。
亮度是颜色的相对明暗程度，通常使用从0（黑色）～100%（白色）的百分比来度量。
色调是指图像的整体明暗度，例如，如果图像亮部像素较多，则图像整体上看起来较为明快。
反之，如果图像中暗部像素较多，则图像整体上看起来较为昏暗。
对于彩色图像而言，图像具有多个色调。
通过调整不同颜色通道的色调，可对图像进行细微的调整。
（5）颜色模式的选择
在Photoshop 中，主要使用RGB 颜色模式，因为只有在这种模式下，用户才能使用Photoshop 软件系统提供的所有命令与滤镜。
因此，用户在进行图像处理时，如果图像的颜色模式不是RGB ，则可首先将其颜色模式转换为RGB 模式，然后进行处理。
1.3 图像文件格式
根据记录图像信息的方式（位图或矢量图）、压缩图像数据的方式的不同，图像文件可以分为多种格式，每种格式的文件都有相应的扩展名。
目前常见的图像文件格式有很多种，如BMP、TIFF、JPEG、GIF、PDF、PNG等。
而Photoshop所默认的图像文件为PSD 格式。
由于大多数的图像格式都不支持Photoshop的图层、通道、矢量元素等特性，因此，如果希望能够继续对图像进行编辑，则应将图像以PSD格式保存。
课后习题
1．什么是平面设计？
2．什么是广告设计？什么是商标设计？
3．计算机图像分为哪几类？
4．常见的颜色模式有哪几种？
5．Photoshop默认的图像文件格式是什么？。
