第四章 色彩与图像基础.doc

第四章 色彩与图像基础
一、作业及参考答案
1、什么是色彩的三要素，它与光的关系是什么？
参考答案：
色彩的三要素是指色相、亮度、饱和度。色相也称色调，是指人眼看到一种或多种波长时所产生的色彩感觉。色调指光呈现的颜色，或说是光谱中波长的一定范围值。颜色这个词最能说明色相的概念。亮度也称明度是指色彩明暗深浅的程度。光波的振幅代表光的能量，振幅的差别给人以明暗的区别。饱和度是指色彩纯粹的程度。以太阳光带为准，越接近标准色，纯度越高。同一色调的色光，掺入白光、黑光或其他色光越少，饱和度越大。反之，饱和度越小。

2、分析比较图像文件的指标参数与显示模式参数之间的关系与区别。
参考答案
图像文件的主要参数有图像分辨率、图像尺寸、图像深度、色彩类型、所用编码方式、压缩算法等。其中图像分辨率、图像尺寸、图像深度、色彩类型与显示模式参数关系密切。图像分辨率指单位长度上存在的描述图像的像素数。用每英寸多少点（dots per inch，DPI）来表示。数字化图像是，图像分辨率越高，组成该图的像素越多，看起来越逼真。显示分辨率是确定屏幕上显示图像的区域大小。如果图像的点数大于显示分辨率的点数，则该图像在显示器上只能显示出图像的一部分。如果图像分辨路与显示分辨率一样，则屏幕上显示的图像大小基本就是原图大小。
图像深度是指位图中用于记录每个像素点数据（颜色）所占的位数（bit），它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或者灰度图像中的最大灰度等级数。显示深度是显示缓存中表示一个像素点的最大位数。当显示深度大于图像深度，屏幕上的色彩能较真实反映图像文件的色彩。当显示深度等于图像深度，真彩色显示模式，或者显示调色板与图像调色板一致，屏幕上的色彩能较真实地反映图像文件的色彩效果。反之，则显示色彩会出现失真。当显示深度小于图像深度显示的色彩会出现失真。

3、总结图像数据压缩的重要方法。
参考答案：
图像数据压缩是指采用不同的方法以尽可能小的容量获取和记录数字图像，以解决图像的存储和传输问题。主要有无损压缩和无损压缩两类基本方法。无损压缩是将相同的或相似的数据或数据特征归类，使用较少的数据量描述原始数据，达到减少数据量的目的。有损压缩是利用人眼的视觉特性有针对性地简化不重要的数据，以减少总的数据量。
行程编码（run-length encoding）将相邻并且具有相同颜色的像素归类，顺序记录相同的像素数目和颜色值。RLE压缩编码技术相当直观和经济，运算也相当简单，解压缩速度快。
增量调制编码适用于在较大范围内，图像的颜色虽不完全一致，但变化不大的自然图。增量调制编码DM（delta modulation encoding）就是利用图像相邻像素值的相关性来压缩每个像素值的位数，达到减少图像存储容量的目的。仅存储每一行上第一个像素的实际值。其后依次记录每一个像素的像素值与前一个像素值之差（△值）。
霍夫曼编码
对经常出现的数据指定较少的位数表示，而不常出现的数据指定较多的位数表示的方法。基本方法先对图像数据扫描一遍，计算出各种像素的出现概率，按概率的大小制定不同长度的唯一码字，由此得到一张该图像的霍夫曼码表。
实际编码图像时，常常采用混合编码方法，甚至一副图像采用好几种算法在多层次上反复进行处理，其目的当然是为了达到尽可能高的压缩比而不影响图像质量。

4、简述并比较数字图像。
参考答案：
计算机中的图形、图像一种是由计算机“画”出来的，第二种是用彩色扫描仪扫描输入色彩图形和静态图像，或通过视频卡将摄像机与计算机相连，以捕获摄像机输出的全电视静态及动态图像。用第一种方式生成的图形成为矢量图形。第二种方式必须经过模拟图像到数字图像的转化过程，成为位图。矢量图用一系列计算机指令来描述和记录的一幅图，这幅图可分解为一系列子图如点、线、面等。位图用像素点来描述或映像的图，位图在内存中有一组计算机内存地址位组成，这些位定义图像中每个像素点的颜色和亮度。
在容量方面，矢量图文件记录的是图像指令，占用的空间较小，而位图记录的是图像数据，占用的空间比矢量图大得多。位图的数据量大小完全取决于图像的大小和所能表示的颜色数量，与画面的内容及复杂程度无关。矢量图数据量的大小主要取决于图的复杂程度。显示速度方面，显示一幅复杂的位图文件比显示一幅复杂的矢量图文件要快。矢量图对子图或对象的编辑很方便，因此它侧重于“获取”和“复制”。

5、使用photoshop软件，依据色相环的制作规律，以红、黄、蓝三原色为基础，均匀的调配出24色相环。

二、上机实验及要求
1、色光的混合实验
1）、【实验目的】
1、掌握加色混合的原理。
2、掌握色光混合与光量的关系。
3、掌握RGB色彩模式。
2）、【实验内容】
1、使用photoshop软件制作三原色光。
2、利用图层混合模式模拟色光的混合效果。
3）、【实验步骤】
1、新建photoshop文档，使用RGB色彩模式，背景颜色为透明。
2、新建图层1，打开RGB颜色面板，将前景色设置为R、G、B（255，0，0）。新建圆形选区，在图层1中，将前景色填充到选区中。
3、新建图层2，将前景色设置为R、G、B（0，255，0）。新建圆形选区，选区的位置要与图层1中的圆有一部分重叠，在图层2中，将前景色填充到选区中。
4、新建图层3，将前景色设置为R、G、B（0，0，255）。新建圆形选区，选区的位置要与图层1，图层2中的圆有一部分重叠，在图层3中，将前景色填充到选区中。
5、将图层2、图层3的混合模式更改为滤色。观察各图层圆形交叉部分的颜色变化。
4）、【重点和难点】
1、图层混合模式滤色的理解

2、 减色混合实验
1）、【实验目的】
1、掌握减色混合的原理。
2、掌握CMYK色彩模式。
2）、【实验内容】
1、使用photoshop软件制作三基色。
2、利用图层混合模式模拟减色混合效果。
3）、【实验步骤】
1、新建photoshop文档，使用CMYK色彩模式，背景颜色为透明。
2、新建图层1，打开CMYK颜色面板，将前景色设置为C为100%，M、Y、K均为0%。新建圆形选区，在图层1中，将前景色填充到选区中。
3、新建图层2，将前景色设置为M为100%，C、Y、K。新建圆形选区，选区的位置要与图层1中的圆有一部分重叠，在图层2中，将前景色填充到选区中。
4、新建图层3，将前景色设置为Y为100%，C、M、K新建圆形选区，选区的位置要与图层1，图层2中的圆有一部分重叠，在图层3中，将前景色填充到选区中。
5、将图层2、图层3的混合模式更改为正片叠底。观察各图层圆形交叉部分的颜色变化。
4）、【重点和难点】
1、图层混合模式正片叠底的理解。

3、矢量图与位图的比较实验
1）、【实验目的】
1、理解矢量图和位图的构成要素。
2、掌握矢量图和位图的区别。
2）、【实验内容】
1、使用photoshop钢笔工具绘制矢量图形。
2、使用选区工具填充像素。
3、对创建的两个对象分别进行多次缩小、放大操作，观察变化后的效果。
3）、【实验步骤】
1、新建photoshop文档，使用钢笔工具，绘制任意一个形状图层。
2、新建图层，使用椭圆选区工具创建选区，填充颜色。
3、对形状图像进行两次先缩小后放大的操作。
4、对椭圆同样进行两次先缩小后放大的操作。比较两个对象经过两次缩放后的变化。
4）、【重点和难点】

4、使用不同分辨率扫描图片实验
1）、【实验目的】
1、掌握图像分辨率和显示分辨率的区别
2）、【实验内容】
1、使用不同图像分辨率扫描图片。
2、使用不同显示分辨率显示图片。
3）、【实验步骤】
1、使用200dpi扫描一张彩色图片，得到图像1。记录图像1的总像素数。
2、使用50dpi扫描同一张彩色图片，得到图像2。记录图像2的总像素数。比较两幅图像的总像素数。
3、使用相同的显示分辨率显示图像1和图像2，比较两幅图像在屏幕中显示区域的大小。
4、将图像2放大四倍后，比较与图像1的清晰度。
4）、【重点和难点】

5、文件格式变换实验
1）、【实验目的】
1、掌握数字图像的基本概念和技术指标。
2、观察不同压缩比对图像的影响。
2）、【实验内容】
1、自选一张彩色图片，记录有关数字图像的参数。
2、使用JPEG格式保存图像，设置不同压缩因子，记录压缩后文件的容量，并观察压缩后图像显示效果。
3）、【实验步骤】
1、使用photoshop打开图片，通过图像大小命令，记录图像数据容量、图像点阵、分辨率、色彩模式，文件格式。
2、对该图像重新采样，将图像像素大小宽度、高度设置为原图的一半。色彩模式变换为灰度和RGB模式，按BMP格式分别保存成不同名称的图像文件；重新打开并观察变换后的显示效果，记录各文件的容量。
3、将重新采样后所保存的RGB模式图按JPEG格式保存，设压缩因子分别为0、3、6、8，记录压缩后文件的容量，并观察压缩后图像显示效果。
4）、【重点和难点】
1、压缩因子与图像质量的关系。