理论教育 大学计算机基础:图像信号的数字化

大学计算机基础:图像信号的数字化

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:例如,一幅1 024×768分辨率,24位真彩色图像的数据容量需要多少MB的存储空间。GIF的缺点是不能存储超过256色的图像。PCX文件采用RLE编码,文件体中存放的是压缩后的图像数据。

大学计算机基础:图像信号的数字化

在计算机中,图形、图像、视频必须用数字化形式描述,其数字化处理过程同声音数字化一样,也要进行采样、量化,形成数字化的图形、图像和视频文件。

(1)图形

图形是一种矢量图,矢量图是用数学的方式来描述一幅图形,它的基本元素是图元,即图形的指令。矢量图形的描述包括形状、色彩、位置等。例如,指令Rect(0,0,200,200)表示从坐标(0,0)开始,水平移动200个像素点,再垂直移动200个像素点,最后形成一个正方形,该指令描述中所用字符数不到20个字节。矢量图形本身就用数字化形式来表述,其特点是存储量小,且图形的大小变换时不失真,但是对于一幅复杂的彩色照片,是很难用数字来描述的,因此也难以用矢量图来表示。

(2)图像

图像是一种位图。位图是用像素点来描述一幅图像,它的基本元素是像素,即像素阵列。位图图像的描述包括图像分辨率和颜色深度(灰度)。位图图像文件一般没有经过压缩,它的存储量大,适合于表现含有大量细节的画面。与矢量图形相比,位图放大时,放大的是其中每个像素的点,所以有时看到的是失真的模糊图片。在Windows附件中,画图软件生成的bmp文件就属于位图图像格式的文件。图像的主要参数为分辨率、色彩模式和颜色深度。

①图像的分辨率:是指图像在水平与垂直方向上的像素个数,即组成一幅图像的纵向和横向的像素的个数。例如,1 024×768的图像是指该图像水平方向上有1 024个像素,垂直方向上有768个像素。

②色彩模式:是指图像所使用的色彩描述方法,如RGB(红、绿、蓝)色彩模式、CMYK(青、橙、黄、黑)色彩模式等。

③颜色深度:位图图像中每个像素点的颜色信息用若干数据位来表示,这些数据位的个数称为图像的颜色深度。

④图像深度:表示每个像素信息的位数。

⑤图像颜色数:如图像深度为24,则颜色数为224。

通常,图像的分辨率越高、颜色深度越深,则数字化后的图像效果越逼真,图像数据量也越大,图像数据容量(Byte)=(图像水平像素点数×图像垂直像素点数×颜色深度)/8。

例如,一幅1 024×768分辨率,24位真彩色图像的数据容量需要多少MB的存储空间。

图像数据容量=(1 024×768×24 bit)/8=2 359 269B/1 024=2.25 KB/1 024=2.25 MB

(3)图形图像的文件格式

①BMP格式:英文Bitmap(位图)的简写,它是Windows操作系统中的标准图像文件格式,能够被多种Windows应用程序所支持。随着Windows操作系统的流行与丰富的Windows应用程序的开发,BMP位图格式理所当然地被广泛应用。这种格式的特点是包含的图像信息较丰富,几乎不进行压缩,但由此导致了它与生俱生来的缺点——占用磁盘空间过大。所以,目前BMP在单机上比较流行。(www.daowen.com)

②GIF格式:英文Graphics Interchange Format(图形交换格式)的简写,顾名思义,这种格式是用来交换图片的。

GIF格式的优点是压缩比高,磁盘空间占用较少,所以这种图像格式迅速得到了广泛的应用。最初的GIF只是简单地用来存储单幅静止图像(称为GIF87a),后来随着技术发展,可以同时存储若干幅静止图像进而形成连续的动画,使之成为曾经为数不多的支持2D动画的格式之一(称为GIF89a)。此外,考虑到网络传输中的实际情况,GIF图像格式还增加了渐显方式。也就是说,在图像传输过程中,用户可以先看到图像的大致轮廓,然后随着传输过程的继续而逐步看清图像中的细节部分,从而适应了用户的“从朦胧到清楚”的观赏心理。目前,Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的文件。

GIF的缺点是不能存储超过256色的图像。

③TIFF格式:是Mac中广泛使用的图像格式,它由Aldus和微软联合开发,最初是出于跨平台存储扫描图像的需要而设计的。它的特点是图像格式复杂、存储信息多。正因为它存储的图像细微层次的信息非常多,图像的质量也得以提高,故非常有利于原稿的复制。TIFF现在是微机上使用非常广泛的图像文件格式之一。

④PCX格式:是PC Paintbrush(PC画笔)的图像文件格式。PCX的图像深度可选为1位、4位、8位,对应单色、16色及256色,不支持真彩色。PCX文件采用RLE编码,文件体中存放的是压缩后的图像数据。因此,将采集的图像数据写成PCX格式文件时,要对其进行RLE编码;而读取一个PCX文件时首先要对其进行解码,才能进一步显示和处理。

⑤PNG格式:是作为GIF的替代品开发的,它能够避免使用GIF文件所遇到的常见问题。它从GIF那里继承了许多特征,增加了一些GIF文件所没有的特性。存储灰度图像时,灰度图像的深度可达16位;存储彩色图像时,彩色图像的深度可达48位。在压缩数据时,它采用了一种LZ77派生无损压缩算法。

⑥JPEG格式:也是常见的一种图像格式,它由联合照片专家组(Joint Photographic Experts Group)开发并被命名为“ISO 10918—1”,JPEG只是一种俗称而已。JPEG文件的扩展名为.jpg或.jpeg,其压缩技术十分先进,它用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据,在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像。换句话说,就是可以用较少的磁盘空间得到较好的图像质量。由于JPEG格式的文件尺寸较小,下载速度快,也就顺理成章地成为网络上最受欢迎的图像格式。

⑦Targe文件:用于存储彩色图像,可支持任意大小的图像,最高彩色数可达32位。专业图形编辑用户经常使用TGA点阵格式保存具有真实感的三维有光源图像。

⑧WMF文件:只使用在Windows中,它保存的不是点阵信息,而是函数调用信息。它将图像保存为一系列DDI(图形设备接口)的函数调用,在恢复时,应用程序执行源文件(即执行多个函数调用)在输出设备上面画出图像。WMF文件具有设备无关性、文件结构好等优点,但是解码复杂,其效率比较低。

⑨EPS文件:是用PostScript语言描述的ASCII图形文件,在PostScript图形打印机上能打印出高品质的图形,能够表示32位图形格式和图像格式。

⑩DIF文件:是AutoCAD中的图形,它以ASCII方式存储图像,在表现图形的尺寸大小方面十分精确,可以被CorelDraw、3D Studio Max等软件调用编辑。

⑪关机:右窗格的底部是“关机”按钮。单击“关机”按钮关闭计算机;单击“关机”按钮右侧的三角形箭头将显示一个下拉菜单,可用来切换、注销用户和重新启动或关闭计算机。

PSD格式:这是著名的Adobe公司出品的图像处理软件Photoshop的专用格式。PSD其实是Photoshop进行平面设计的一张“草稿图”,它里面包含各种图层、通道、遮罩等设计的样稿,以便下次打开文件时可以修改上一次的设计。

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