数码照片处理的基础知识
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数码照片处理的基础知识
1.1 数码图像
数码图像是指利用计算机绘制生成和通过输入设备采集输入，并以二进制数字形式保存图形图像信息的数据文件，也叫做数码图像文件。数码图像又可以分成位图图像和矢量图形两种类型。
位图图像也叫光栅图像或点阵图像，通常称为图像，是指由数字阵列信息组成，阵列中的各项数字用来描述构成图像的各个点的强度和颜色等信息。构成位图图像的每一个点称为像素（Pixel），它是构成图像的最基本单元，也是一个方形色块，每个像素有特定的位置和颜色值。
1. 位图图像
位图图像的清晰度与图像所包含的像素点的多少有关，单位面积内像素数目越多，则图像越清晰，反之图像就越模糊，且放大后边缘会出现锯齿。当把一幅低分辨率的图像放大较大的倍数，位图图像就会出现锯齿边缘变的不清晰，如图1.1所示。
图1.1 位图图像原图与放大后的效果对比示意
位图图像适合于表现有明暗变化、色彩丰富、层次感强和细节量大的画面，如彩色照片等。
2. 矢量图形
矢量图形又称向量图像，是用一组指令集合来描述构成图形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等图元的位置、维数和形状等等信息。由于矢量图形是由运算关系支配，而与分辨率无关，因此可以作意的进行放大缩小，而不会影响图形的细节或降低清晰度，如图1.2所示。
图1.2 矢量图形原图与放大后的效果对比示意
在计算机屏幕上显示矢量图形时，需由将描述的指令进行计算转换成屏幕上显示的形状和颜色，因此在显示组合较为复杂的矢量图形时，显示速度就会明显减慢。
由于构成原理和相关特性的不同，矢量图形比较适合用于表示线框图、标志图、工程制图、美术字等较为以形状表现为主颜色较为简单的图案，而不适合表现人物、风景等复杂的图像。
位图图像和矢量图形的主要区别，如下：
1. 位图图像是由像素点构成画面内容；矢量图形是以各种几何形状通过数学公式描述而成。
2. 位图图像相对的比矢量图形占用更多的存储空间。
3. 由于位图图像像素点之间没有内在联系，在放大和缩放时，部分像素点数据可能会掉失或被重复添加，而导致图你的清晰度受损；而矢量图形的描述是由运算关系来支配，放大和缩小时不会影响图形的清晰度。
4. 对于在计算机屏幕上显示较为复杂的图像或图形，矢量图形的显示速度比位图图像要慢。
5. 位图图像的表现能力强，适用于有较复杂层次和丰富色彩的图像；矢量图形适用于表现色彩简单、无明显层次的图形。
1. 2 像素与分辨率
像素和分辨率是两个常用的基本概念，它们的大小设置决定图像的大小和输出的质量。
像素（Pixels）是构成图像的最小单元，它的形态是一个方形色块。每个像素有特定的位置和颜色值，很多个像素组合在一起就可以构成一幅图像。
分辨率是衡量图像质量和细节表现力的一个重要因素，它是指单位区域内包含的像素数量。分辨率是一个统称，一般有屏幕分辨率、图像分辨率、打印分辨率和扫描分辨率之分。
屏幕分辨率是指显示器上每单位长度显示的像素数目，通常以点/英寸（dpi）为度量单位。屏幕分辨率与显示器的大小、像素设置和显示模式有关，一般的显示器屏幕分辨率为96dpi。
图像分辨率是指位图图像中每单位长度像素点的数量，其度量单位通常可以用像素/英寸或像素/厘米来表示。图像分辨率决定位图图像的显示质量，对同样大小的一幅图像，如果组成该图像的像素越多，则图像分辨率也越高，图像也越清晰，图像文件的占用的容量也越大；反之就是分辨率越低，图像越显的粗糙不清晰。如分辨率为30像素/英寸的1×1英寸大小的图像总共有30×30个像素；但若分辨率为100像素/英寸的1×1英寸大小的图像总共有100×100个像素。
打印分辨率也是用dpi来表示，即指每英寸打印多少个点，它直接关系到打印机输出图像的质量好坏。
扫描分辨率是扫描仪最重要的指标之一，通常用dpi来表示，它是指每英寸图像可转换的线数。扫描分辨率分为二种：光学分辨率和插值分辨率。光学分辨率是指扫描仪在扫描时读取源图像的真实点数。插值分辨率是指在真实的扫描点基础上通过计算插入一些点后形成的分辨率。
1. 3 颜色相关的基本概念
1. 三基色原理
自然界常见的各种颜色光，都可以由红、绿、蓝三种颜色光按比例相配而成，同样绝大多数颜色光也可分解成红、绿、蓝三色光，这就是通常所说的三基色原理。
2. 颜色深度
位图图像中各像素颜色（或亮度）信息用若干个数据位表示，这些数据位的个数就是所谓的颜色深度，有时也叫位深或像素深度，也是衡量位图图像的质量的因素之一。
颜色深度反映了构成图像颜色的总数目，颜色深度为1时每个像素只能使用两种颜色，即单色图。如一幅彩色图像的每个像素用R、G、B三个分量表示，若每个分量用8位，那么一个像素就要用24位表示，即颜色深度为24位，每个像素可以用224=16777216种颜色中的一种来表示。
一般情况下，常见图像的颜色深度有8位、16位、24位。
3. 彩色的亮度、色调和饱和度
亮度、色调和饱和度一般是用于描述彩色，通常所看到的彩色光都是这三种特性的综合效果。
亮度，是指光作用于人眼时所引起的明亮程度的感应，它和被观察的物体的发光强度有关。
色调，是指人眼看到一种或多种波长的光时所产生的色彩感觉，它是颜色的基本特性。
饱和度，是指颜色的纯度即渗入白光的程度，也可以说是指颜色的深浅程度。
1. 4 图像的色彩模式 色彩模式决定了以什么样的方式在计算机中把图像的颜色表现出来，不同的色彩模式所定义的颜色范围也不同。不同的色彩模式可以影响图像的色彩显示、图像的通道数和图像文件的大小。
1. 灰度色彩模式
灰度模式通常是8位图像，属于非彩色模式，包含256个灰阶，即用256种不同灰度值为表示图像，只包含一个Black通道。0表示黑色，255表示白色。灰度图像中的每个像素的颜色都是用8位二制数字存储。可以将图像从任何一种彩色模式转为灰度模式，也可以将灰度模式转为任何一种彩色模式，但从灰度模式转换为彩色模色，并不能恢复灰度图像中颜色。
2. RGB色彩模式
RGB是色光的色彩模式，R代表红色、G代表绿色、B代表蓝色，这三种颜色每一种都有256级亮度模式，因此三种颜色相叠加就能形成1670万种颜色。三种色彩相叠加形成了其它的颜色，就可以显示完整的彩色图像颜色，因此RGB色彩模式也叫加色模式。
在RGB色彩模式下，每一种原色将单独形成一个色彩通道，各通道上颜色亮度分为256阶，即0到255。把三个通道组合成一个RGB复合通道就可显示彩色图像的颜色。
在日常的应用中，显示器、投影设备及扫描仪等硬件设备都是利用色光三原色进行彩色显示的，而且在视频编辑中，RGB是唯一可以使用的配色方式。一般在图像编辑时，RGB模式为首选的色彩模式。
3. Lab色彩模式
Lab色彩模式是于1931年由CIE制定出的一套国际色彩标准，它是CIE组织确定的一个理论上包括人眼可见的所有色彩的色彩模式。
Lab色彩模式由三个通道组成，即一个光强度通道（L）和两个色调通道（a、b）组成，其中a分量是指从绿色到红色的颜色分量变化，b分量是指从蓝色到黄色的颜色分量变化。一般色调通道的取值范围为+128~-128，光强度通道取值范围在0~100之间。
Lab色彩模式所能定义的色彩数是最多的，而且与设备无关，它解决了彩色复制中由于不同印刷设备或显示设备带来的差异问题。
4. HSB色彩模式
HSB色彩模式是根据人体视觉而开发的一套色彩模式，是最接近人类大脑对色彩辨认思考的色彩模式，即将颜色看作由色相、饱和度和明亮度组成。
色相（H）是指组成光谱的纯色，是用来区分色彩的名称。以饼状图来显示红色、绿色和蓝色，分别位于0度、120度和240度的位置。黑色及各种灰色是属于无色相的。
饱和度（S）是指某种颜色的浓度或纯度。饱和度为零时，即为灰色。白、黑和其它灰度色彩都没有饱和度。饱和度越高，颜色的浓度也就越高，最大的饱和度时是每一色相的最纯的色光。
明亮度（B）是指某种颜色中光的强度。明亮度为零时即为黑色，明亮度低则色彩暗淡，明亮度高则色彩明亮。
5. CMYK色彩模式 CMYK色彩模式是针对印刷而设计出的一种色彩模式，CMYK即代表印刷上用的色种油墨色，C代表青色，M代表洋红色，Y代表黄色，K代表黑色。与RGB色彩模式相反，CMYK色彩模式是一种减色色彩模式，主要是用于描述光线射到物体上，物体将吸收一部分光线后，反射光的颜色（即眼睛看到的物体颜色）。
一般在CMYK色彩模式的四种颜色的通道中，为每个像素的每种印刷油墨指定一个百分比值，当四种颜色通道的分量值均为0%时，即产生白色。
1. 5 关于Alpha通道
在图像处理或视频处理的时候，会用到一些拥有32位颜色深度的图像素材剪辑。32位颜色深度，实际上它是在24位颜色深度上添加一个8位的灰度通道，为每一个像素存储透明度信息。这个8位灰度通道被称为Alpha通道。
Alpha通道是一个十分重要的概念，在完成高质量的图像处理或视频合成处理时，经常会用到Alpha通道。一般专业的图像处理、动画制作和视频处理软件，如Photoshop、3D
MAX、Premiere、After Effects等软件都会使用到Alpha通道。
Alpha通道以256级灰度变化来表示像素的透明度大小，一般纯白色为不透明，纯黑为完全透明，灰度为部分透明。
Alpha通道分为种类型，即直接Alpha通道和预乘Alpha通道。直接Alpha通道是将图像或素材剪辑的透明度信息保存在独立的Alpha通道中，仅在合成时起作用，而不会影响图像或素材剪辑自身；预乘Alpha通道除保存Alpha通道中的透明度信息，同时也保存可见的RGB通道中的相同信息，因此不仅在合成时起作用，对图像或素材剪辑自身的显示也有影响。
1. 6 常用的图像格式
1. PSD格式
PSD图像文件格式是Adobe Photoshop自建的标准图像文件格式，它支持所有的图像色彩模式，能够保存图像数据中每一个细节，并能支持Adobe Photoshop的所有功能，还可以将图层、图层效果、Alpha通道、路径和颜色模式等所有原图信息一并保存，方便编辑修改。另外，由于Adobe Photoshop和Adobe Premiere Pro都是Adobe公司推出的产品，因此它的兼容性非常的好，可以把该格式的图像文件方便的应用到Premiere Pro中。PSD格式的图像文件的扩展名为.psd。
2. BMP格式 BMP图像文件格式是Microsoft Windows所定义的标准图像文件格式，可以被多种平台所支持。BMP格式支持RGB、索引色、灰度和位图色彩模式，不支持Alpha通道。BMP格式的图像文件的扩展名为.bmp。
3. JPEG格式
JPEG图像文件格式是由静态图形专家组制定的一种有损的图像压缩格式，它的正式名称为“连续色调静态图像的数字压缩和编码”，是一种通用的静态图像压缩标准。其最大的特点是文件尺寸非常小，可以按不同的分辨率进行压缩或调整压缩比，是当前最优秀的图像压缩方式之一。JPEG格式支持CMYK、RGB和灰度色彩模式，不支持Alpha通道。JPEG的压缩比很高，虽然属于有损压缩，但它还是能够非常出色的完成还原图像的工作。JPEG格式的图像文件的扩展名为.jpg或.jpeg。
