2.4 图像素材及其硬件

图像是人类视觉器官所感受到的形象化的媒体信息，如周围的环境、景物、光学照片、图画等。在自然界中，这些信息都是模拟的图像信号，也就是它们的亮度、彩色信息的变化都是连续的，即图像的亮度和颜色随位置连续变化，称其为模拟图像。模拟图像在图像信息的存储、处理、重现等方面，受到很大限制。要利用计算机技术来处理图像信息，首先要解决如何对图像进行数字化处理。

2.4.1 图像素材基础

图像指由输入设备捕捉实际场景画面产生的数字图像。但在实际应用当中，图形和图像一般不加以特别区分。一般认为，数字图像有位图和矢量图形两种表示形式。

1.位图图像

位图图像由数字阵列信息组成，用以描述图像中各像素点的强度与颜色。位图适用于具有复杂色彩、明度多变、虚实丰富的图像，例如照片、绘画等。使用位图格式的绘画程序叫做位图绘画程序，例如Adobe Photoshop。它以与屏幕相对应的存储位来记忆和处理图像，把图形作为点的集合，这是绘画程序应用的典型文件格式。位图图像依赖于解析度，放大和以高清晰度打印时，容易出现锯齿状的边缘。像素的多少决定文件的大小和图像细节的丰富程度。

位图图像占用存储空间较大。一般需要进行数据压缩。为了便于位图的存储和交流，产生了种类繁多的文件格式，常见有PCX、BMP、DLB、PIC、GIF、TGA和TIFF等。

2.矢量图形

矢量图形的特点是，绘画程序中物体定位、形体构造建立在以数学方式记录构件（图形元素）的几何性质上，例如直线、曲线、圆形、方形的形状和大小。它不是记录像素的数量，在任何解析度下输出时都同样清晰。例如Adobe Illustrator就是使用这种格式的软件。矢量格式更适合于以线条物体定位为主的绘制，通常用于计算机辅助设计（CAD）和工艺美术设计、插图等。使用物体定位绘画程序可以把特定物体作为一组，单独改变线条的长度，放大或缩小原形，移动和重叠。但是在屏幕上显示的时候，矢量图也是以像素方式来显示的。

矢量图形是用一组指令集合来描述图形的内容，这些指令用来描述构成该图形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等图形的位置、维数和形状。在屏幕上显示矢量图形要有专门软件将描述图形的指令转换成在屏幕上显示的形状和颜色。用于产生和编辑矢量图形的程序通常称为Draw程序。这种程序可以产生和操作矢量图形的各个成分，并对矢量图形进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换；使用矢量图形的一个很大的优点就是容易进行这类变换。但是，用矢量图形格式表示复杂图像（如人物或风景照片）的开销太大，因此矢量图形主要用于表示线框型的图画、工程制图、美术字等。绝大多大多数CAD和3D造型软件使用矢量图形作为基本的图形存储格式。

处理图形图像要考虑的基本因素有5个。

（1）分辨率

通常分辨率有屏幕分辨率、图像分辨率和像素分辨率3种。其中屏幕分辨率就是用户在屏幕上观察图像时，所感受到的分辨率。一般屏幕分辨率是由计算机的显示卡所决定的。例如标准的VGA显示卡的分辨率是1024×768，即宽1024点（像素），高768点（像素）。至于较高级的显示卡，通常可以支持1280×1024点以上。显示器分辨率只会影响用户处理图像时的方便性，不会影响图像的输出质量。图像分辨率指的是图像中储存的信息量，这种分辨率又有多种衡量法，典型的是以每英寸的像素数（ppi）来衡量。图像分辨率和图像尺寸一起决定文件的大小及输出质量。该值越大，图像文件所占用的磁盘空间也越大，进行打印或修改图像等操作所花时间也就越多。像素分辨率指像素的宽高比，一般为1：1，在像素分辨率不同的机器间传输图像时会产生畸变。

（2）色彩数和图形灰度

色彩数和图形灰度用位（bit）表示，一般写成2的n次方，n代表位数。当图像达到24位时，可表现1677万种颜色，即真彩。灰度的表示法类似。

（3）图像亮度和颜色

对于黑白图像用灰度表示像素的亮度，灰度用灰度级别或比特数表示，目前多采用256级即8比特，对于彩色图像的颜色，物理上用HSB描述，在电视系统中可用RGB三基色的比例表示。

（4）图像深度

图像深度是指色彩及色彩的柔和程度，主要由表示像素的二进制数位决定。目前使用较多的是8～24位。图像中每个像素可显示出的颜色数称作颜色深度，通常有3种颜色深度标准：

24位真彩色。每个像素所能显示的颜色数为24位，也就是2的24次方，约有1680万种颜色。

16位增强色。增强色为16位颜色，每个像素显示的颜色数为2的16次方，有65536种颜色。

8位色。每个像素显示的颜色数为2的8次方，有256种颜色。

（5）图像文件的大小

文件大小决定占据存储空间的多少，由图像分辨率和图像深度决定，可用下式计算：

文件大小（字节数）=水平方向像素数×垂直方向像素数×图像深度/8。

例如一幅分辨率为1200×1024，深度为16位的图像，其大小为2.46MB

1KB=1024Byte

1MB=1024KB

1GB=1024MB

常见的图形、图像格式有6种。

（1）BMP

BMP格式是Microsoft公司图形文件自身的点位图格式，也是PC机上最常用的位图格式，有压缩和不压缩两种形式，支持1～24bit色彩。在保存为这种格式时弹出的对话框会询问用于Windows或是OS/2系统。BMP格式保存的图像质量不变，文件也比较大，因为要保存每个像素的信息。该格式在Windows环境下相当稳定，在文件大小没有限制的场合中运用极为广泛。

（2）DIF

DIF是AutoCAD中的图形文件，它以ASCII方式存储图形，表现图形在尺寸大小方面十分精确，可以被CorelDRAW，3ds Max等大型软件调用编辑。

（3）WMF

WMF格式是一种矢量图形格式，Word中内部存储的图片或绘制的图形对象属于这种格式。具有文件短小、图案造型化的特点，无论放大还是缩小，图形的清晰度不变，但该类图形比较粗糙，并只能在Microsoft Office中调用编辑。

（4）GIF

GIF格式是一种图像交换格式，可提供压缩功能，在各种平台的各种图形处理软件上均可处理的经过压缩的图形格式，但只支持256色，很少用于照片级图像处理工作。在Photoshop中把对颜色数要求不高的图片变为索引色，再以GIF格式保存，使文件缩小后用更快的速度在网上传输，以实现网上特殊效果图形的传送。

（5）JPG

JPG格式是一种较常用的有损压缩方案，可以大幅度地压缩图形文件的一种图形格。JPG格式存储的文件是其他类型图形文件的1/10到1/20，而且色彩数最高可达到24位，所以它被广泛应用于Internet上的Homepage或Internet上的图片库。

在相应程序中以JPG格式存储时，会进一步询问使用哪档图像品质来压缩，而在图形程序中打开时会自动解压。尽管它是一种主流格式，但在需要输出高质量图像时不使用JPG而应选EPS格式或TIF格式，特别是在以JPG格式进行图形编辑时，不建议进行保存操作。

（6）TIF

TIF格式是工业标准格式，支持所有图像类型。文件分成压缩和非压缩两大类。非压缩的TIF文件是独立于软硬件的，但压缩文件较复杂。压缩方法有好几种，且是可扩充的。非压缩的TIF文件具有良好的兼容性，又可选择压缩存储，所以是许多图像应用软件所支持的主要文件格式之一。

2.4.2 与图像相关的硬件

与图像获取相关的硬件主要有扫描仪、数码相机等。

1.扫描仪

扫描仪是一种计算机外部设备，通过捕获图像并将之转换成计算机可以显示、编辑、储存和输出的数字化输入设备。对照片、文本页面、图纸、美术图画、照相底片、菲林软片，甚至纺织品、标牌面板、印制板样品等三维对象都可作为扫描对象，提取和将原始的线条、图形、文字、照片、平面实物转换成可以编辑及加入文件中的装置。

扫描仪属于计算机辅助设计中的输入系统，通过计算机软件和计算机，输出设备（激光打印机、激光绘图机）接口，组成网印前计算机处理系统，而适用于办公自动化（OA），广泛应用在标牌面板、印制板、印刷行业等。

扫描仪的产品质量可从性能指标与易用性两个方面来衡量，其中主要包括以下几方面。

（1）分辨率。扫描仪的分辨率高低，直接影响图像的清晰度。家用扫描仪的分辨率目前主要采用600dpi（dot per inch，即每英寸包含的点数），商用扫描仪的分辨率已可达到1200～4800dpi。

（2）颜色深度。目前主流家用扫描仪一般采用256级灰度等级或24位真彩色。

（3）扫描时间。在600dpi、256级灰度等级的条件下，扫描一幅图像所需的时间一般为1～3min。最快的已不到1min。

（4）易用性。与扫描质量一样，易用性也值得十分重视。现在有些产品在机身上设置“快捷键”（例如扫描、复制、传真、E-mail等），可有效地提高用户的使用效率。鉴于驱动程序是扫描仪与用户直接交流的界面，选择界面友好的驱动程序也是提高易用性的好方法。

2.数码相机

数码相机是一种数字成像设备。在制作多媒体产品时，数码相机可以方便地摄取数字图片供加工使用，简化了处理过程。数码相机使用光敏元件作为成像器件，将图像中的光学信息转化为数字信号，所以成像器件的性能决定了数码相机的性能。

（1）目前市场上常见数码相机的成像器件是CCD（电荷藕合器件）。它用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变为电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。CCD由很多微小的半导体光敏单元构成，一个光敏单元对应一个像素。像素总数越多，图像的清晰度越高，色彩越丰富。目前，高级数码相机和专业数码相机达到1200万像素以上。

（2）光学镜头规格和性能。在CCD的性能确定以后，光学镜头的规格和性能决定了成像的质量。长焦距镜头可以清楚地拍摄远处的景物，但视角窄；短焦距镜头以很宽的视角拍摄近处景物，但太近的景物可能变形。变焦镜头可以很方便地满足拍摄时变换焦距的需求。高级数码照相机的镜头通常既可以手动调焦也可以自动调焦。镜头光圈范围宽的数码照相机对光线环境的适应性强，在强光和较暗的环境中也能拍摄出质量较高的照片。

（3）快门速度。快门速度决定了曝光时间的长短，通常具有一定选取范围。如某数码相机的快门速度在3s～1/2000s之间。较慢的快门速度适于拍摄静止的、光线较暗的物体，光线过于强烈的环境也采用高速快门。

（4）LCD显示屏大小。大多数数码照相机除了光学取景外，还配备彩色液晶显示屏，供预览照片和取景构图。不同型号的数码照相机，其LCD彩色屏的尺寸和像素数量各有不同，一般为2in或3in。大尺寸的LCD显示屏观看方便，但耗电量也大。

（5）存储卡的类型和容量。存储卡用来保存拍摄的数码照片。存储卡的容量越大，能保存的照片越多，但还与保存的照片质量有关，质量越高（分辨率越高）存储的照片就越少。照片质量可以根据需要设定。目前存储卡有PC（PCMCIA）卡、CF（CompactFlash）卡、SM（SmartMedia）卡、Panasonic的SD卡和Sony的MemoryStick。它们都使用FlashMemory存储器，但有不同的接口形式。

（6）接口形式。接口形式决定如何将拍摄的照片传输到PC中。数码照相机的接口形式主要有串行通信接口、USB接口、Video输出接口和IEEE 1394高速接口。某些数码照相机采用其中的一种或两种，可根据需要选择。

（7）电源。数码照相机的电源类型有普通电池、Ni-MH可充电电池，可充电锂电池，以及交流电源适配器。在电源方面的考虑是电源类型、电池容量、是否容易获得等。