图像处理的基本知识

撰稿人   李傲
1996-05-31

        基于以上的原因，笔者根据这几年搞图像处理工作的实际经验，谈谈以下几点实用性知识：
        ■分辨率
        初次进行数字图像的处理时，分辨率(Resolution)这个概念经常令人感到混乱。笔者总结了一下这几年的实际操作经验，再结合国内外一些同行业界人士的见解，在这里谈一下图像处理中常见的也是最重要的几种分辨率类型：位分辨率、设备分辨率、网屏分辨率以及图像分辨率。
        1.位分辨率(Bit Resolution)，又称位深，是用来衡量每个像素储存信息的位数。这种分辨率决定了每次在屏幕上可显示多少种颜色，一般常见的有8位、24位或32位颜色。
        2.设备分辨率(Device Resolution)，又称输出分辨率，指的是各类输出设备每英寸上可产生的点数，如显示器、喷墨打印机、激光打印机、热式打印机、绘图仪的分辨率。这种分辨率通过DPI(Dot Per Inch)这个单位来衡量。一般来讲，PC显示器的设备分辨率在60～120DPI之间，而打印机的设备分辨率则在180～720DPI之间，数值越高，效果越好。
        3.网屏分辨率(Screen Resolution)，又称网屏频率，指的是打印灰度级图像或分色所用的网屏上每英寸的点数。这种分辨率通过每英寸的行数(epi)来标定。
        4.图像分辨率(Image Resolution)，指的是图像中储存的信息量，这种分辨率有多种衡量法，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。
        图像分辨率以比例关系影响着文件的大小，即文件大小与其图像分辨率的平方成正比。如果保持图像尺寸不变，将其图像分辨率提高一倍，则其文件大小增大为原来的四倍。例如原图像的文件大小为841KB，图像分辨率为72ppi，保持图像尺寸不变，用图像处理软件提高其图像分辨率到144ppi，这时文件大小变为3.364MB。
        图像分辨率也影响到图像在屏幕上的显示大小。如果在一台设备分辨率为72DPI的显示器上将图像分辨率从72ppi增大到144ppi(保持图像尺寸不变)，那么该图像将以原图像实际尺寸的两倍显示在屏幕上。
        一般来说，降低图像分辨率后再增大是不明智的。由于降低图像分辨率时将删除图像中的一些原始信息，然后在增大其分辨率时又要重新计算丢失像素的色值以便增加信息，这时重新增大分辨率的图像就没有原来的高分辨率图像效果好了。
        ■扫描分辨率
        在扫描一幅数字图像之前所作的操作，将影响到最后图像文件的质量和使用性能。而其中很重要的一步就是确定扫描分辨率，它取决于图像将以何种方式显示或打印。如果扫描图像用于640×480像素的屏幕显示，则扫描分辨率不必大于一般显示器屏幕的设备分辨率，即一般不超过120DPI。但在大多数情况下，扫描图像是为以后在高分辨率设备中输出而准备的，此时就需要采用较高的扫描分辨率。
        如果图像扫描分辨率过低，图像处理软件可能会用单个像素的色值去创造一些半色调的点，这会导致输出的效果非常粗糙。反之，如果扫描分辨率过高，则数字图像中会产生超出打印所需要的信息。例如采用高于打印机网屏分辨率两倍的扫描分辨率产生的图像，在打印输出时就会使图像色调的细微过渡丢失，导致打印出的图像过于呆板无味。
        那么，应如何正确地设置扫描分辨率呢?一般情况下应使用打印输出的网屏分辨率、扫描和输出图像尺寸来计算正确的扫描分辨率。其步骤如下：
        1.用输出图像的最大尺寸乘以网屏分辨率，然后再乘以网线数比率(一般为2∶1)，得到该图像所需像素总数。
        2.用像素总数除以扫描图像的最长尺寸即得到最优扫描分辨率。
        用公式来描述即为：
        图像扫描分辨率=输出图像最长尺寸×网屏分辨率×网线数比率/扫描图像最长尺寸
        例如，扫描图像宽2英寸、高3英寸，需要打印机输出图像的宽为5英寸、高为6英寸，使用打印机的网屏分辨率为150epi，网线数比率为2∶1。
        图像扫描分辨率=6×150×2/3=600DPI
        ■位与颜色
        颜色在经过图像处理软件的数字化处理之后，转变成了数字的形态，即由一个一个的位(BIT)所组成，位中存储颜色的情况如下：
        1位   2种颜色
        2位   4种颜色
        4位   16种颜色
        8位   256种颜色
        16位  65536种颜色
        24位  1677万种颜色
        32位  1677万种颜色和256级灰度值
        36位  687亿种颜色和4096级灰度值
        通常所称的标准VGA显示模式是8位显示模式，即在该模式下能显示256种颜色；而高彩色(HI COLOR)显示是16位显示模式，能显示65536种颜色，也称64K色；还有一种真彩色(TRUE COLOR)显示模式是24位显示模式，能显示1677万种颜色，也称16M色，这是现在一般PC机所能达到的最高颜色显示模式，在该模式下看到的真彩色图像时色彩已和高清晰度照片没什么差别了。
        在图像文件的存储格式中也是以位来存储颜色的。由于图像文件的存储格式非常多，这里仅以TRUEVISION公司设计的32位TGA文件格式为例简单说明，在该种格式文件中，32位被分为两部分，其中24位是颜色部分，另外8位是ALPHA值部分，记录着256级灰度，用以加强真彩色的质量。
        ■常见图像文件格式
        图像文件的存储格式有很多种，其原因在于各大公司所发展的存储方式不同及图像处理数字化。要想了解某个图像文件是以何种格式存储的，其最直接的方法就是看该文件的扩展名。
        所以，由于存储方式、存储技术及发展观点不同而产生了一大堆格式，常见的格式有：
        .AMIGA IFF格式(文件扩展名为.IFF)
        这种格式是用在一种拥有强大影像处理功能的计算机系统上，这种叫做AMIGA的计算机系统在美国和加拿大有相当多的用户，是一种功能齐全、处理效果逼真的图像处理系统。目前AMIGA IFF在国内很少见。
        .BMP位图格式(文件扩展名为.BMP)
        它是用于Windows和OS/2的位图(Bitmap)格式，文件几乎不压缩，占用磁盘空间较大，它的颜色存储格式有1位、4位、8位及24位。开发Windows环境下的软件时，BMP格式是最不容易出问题的格式，并且DOS与Windows环境下的图像处理软件都支持该格式，因此，该格式是当今应用最广泛的一种格式。
        .COMPUSERVE GIF格式(文件扩展名为.GIF)
        这种格式是由COMPUSERVER公司设计的，GIF是GRAPHICS INTERCHANGE FORMAT的缩写，分为87a及89a两种版本，存储格式由1位到8位。GIF格式是经过压缩的格式，磁盘空间占用较少。由于它是制作2D动画软件ANIMATOR早期支持的文件格式，所以该格式曾被广泛使用。但由于8位存储格式的限制，使其不能存储超过256色的图像，因此随着图像处理技术的发展，这种格式的重要性及广泛性已逐年下降。
        .EPS格式(文件扩展名为.EPS)
        这种格式是POST SCRIPT所用的格式，用于排版、打印等输出工作，它是PC机用户较少见的一种格式，而苹果MAC机的用户则用得较多。
        .JPEG格式(文件扩展名为.JPG)
        它是由JOINT PHOTO GRAPHIC EXPERTS GROUP制定的压缩标准产生的压缩格式，属于JPEG FILE INTERCHANGE FORMAT，可以用不同的压缩比例对这种文件格式压缩，其压缩技术十分先进，对图像质量影响不大，因此可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。由于它优异的性能，日后必将是最有发展前途的格式。
        .MAC PAINT格式(文件扩展名为.MPT、.MAC)
        它是苹果MAC机所使用的灰度图像模式，在PC机上制作图像时可以利用这种格式与苹果MAC机沟通，值得注意的是它的屏幕显示固定在576×720像素，和其它格式不尽相同，在转换文件时要注意调整以免图像有所损失。
        .PCX格式(文件扩展名为.PCX)
        PCX格式是ZSOFT公司在开发图像处理软件Paintbrush时开发的一种格式，存储格式从1位到24位，它是经过压缩的格式，占用磁盘空间较少。由于该格式出现的时间较长，并且具有压缩及全彩色的能力，所以PCX格式现在仍是十分流行的格式。
        .PHOTO CD格式(文件扩展名为.PCD)
        这是KODAK(柯达)公司所开发的将图像存储在CD盘上的格式，许多图像处理软件都可读取该格式，但无法存储为该格式。
        .PHOTOSHOP格式(文件扩展名为.PSD)
        这是ADOBE公司开发的图像处理软件PHOTOSHOP中自建的标准文件格式，在该软件所支持的各种格式中，其存取速度比其它格式快很多。由于PHOTOSHOP软件越来越广泛地应用，所以这个格式也逐步流行起来。
        .PIXAR格式(文件扩展名为.PXR)
        这是PIXAR公司出品的软件PIXAR TYPESTRY所产生的格式，该软件的功能是将一般的2D平面字型塑造成3D的立体效果。
        .PIXEL PAINT格式(文件扩展名为.PXL)
        这是一种叫PIXEL PAINT软件所用的文件格式，国内较少见。
        .RAW格式(文件扩展名为.RAW)
        这是主要用于图像处理及通信的格式，也是一个国内较少见的格式。
        .SCITEXCT格式(文件扩展名为.SCT)
        这种格式是高质量平面输出SCITEX系统所用的格式。
        .TARGA格式(文件扩展名为.TGA、.VDA、.ICB、.VST)
        该格式的开发时间很早，是TRUEVISION公司为它的显示卡TARGA卡所设计的格式，存储格式从1位到32位，衍生格式还有PIX、WIN、BPX。该格式的缺点是占用磁盘空间很大，一个全屏幕的图像文件起码要占用430KB以上的磁盘空间。
        .TIFF格式(文件扩展名为.TIF)
        TIFF是TAG IMAGE FILE FORMAT的缩写，这是专门为存储图像而开发的格式，其存储格式从1位到24位，可以压缩也可不压缩，压缩的方法也不只一种，所以TIFF格式很复杂，并且还有不同的规格。支持该格式的软件很多，所以该格式算是比较流行的格式。又由于PC机和苹果MAC机同时支持该格式，所以如果制作的图像同时要在PC机及苹果MAC机系统上应用的话，TIFF格式是个很好的选择。
 
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