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1、第二章 图文处理原理及图像数字化工艺,第一节 彩色桌面出版系统,一、DTP（Desk Top Publishing System）系统任务：对需要印刷复制的文字、图形和图像信息进行各种处理，形成印刷版面信息并制成软片原版或印版。二、DTP系统的组成,页面描述语言解释单元的工作是把用页面描述语言表示的页面信息，解释（翻译）成图文输出设备能够记录的信息，发送给图文输出单元（如激光照排机等设备）。,在DTP系统中，页面描述语言解释单元通常称为“栅格图像处理器”，即所谓“RIP（Raster Image Processor）”。在图文信息输出单元内，可使用记录输出设备，如激光打印机、激光照排机等，把R
2、IP送来的页面图文信息记录到纸张、软片或印版上。,三、页面描述语言的基本概念1.页面、页面图文及其特征 页面信息：文字、图形和图像三类（页面元素）。在一个页面当中，文字、图形和图像是按照一定的特征出现的。如文字的字体、字号、颜色、文字的装饰、文字在页面中位置、文字的排法等。图形的轮廓几何形状、图形的尺寸、轮廓内部填充的颜色或图案、轮廓的颜色、图形在页面中的位置等。图像的颜色模式、图像轮廓的几何形状、图像的尺寸、图像在页面中的位置等。,三、页面描述语言的基本概念1.页面、页面图文及其特征 页面的构成需要确定文字、图形、图像之间的相互关系。例如：文字绕图排列或文字叠加在图形图像上；图像与图形、图形
3、与图形、图像与图像的叠加等。对于整个印版的组合（拼大版），各个页面之间的相对位置关系，需要按照版面尺寸和装订方式等条件来设定。各种印刷产品都有其不同的页面和印版版面特征。,2.页面描述语言 页面描述语言就是对页面或版面内的元素，即对文字、图形和图像的特征和相互关系进行说明的计算机语言。目前常用的页面描述语言是Adobe公司的PostScript语言（简称“PS语言”）和PDF（“便携文档格式”）语言。PostScript语言已成为一种工业标准。目前几乎所有的印前图文处理系统，包括桌面出版系统和从电子整页拼版系统发展而来的印前处理工作站，都可以把它们做好的页面或版面转换成PostScript语言
4、，以便用图文记录设备输出这些页面或版面。为了适应印刷、因特网和多媒体电子出版的需要，PDF语言的应用也日益增加。,在DTP系统内，并不能直接把计算机页面描述语言记录输出成图文，这些设备也不“理解”页面描述语言。因此，RIP页面描述语言解释单元发挥了一种“语言翻译者”的桥梁作用，它把页面描述语言翻译成图文记录设备能“理解”和执行的指令和记录数据。图文记录设备执行这些指令并应用图文数据，就可以把图文信息记录出来了。,四、彩色桌面出版系统使用的设备 彩色桌面出版系统所使用的设备类型较多，按照其在系统中的作用，可分为图文输入设备、图文处理设备和图文输出设备三类。,五.彩色桌面出版系统图文复制工艺1.彩
5、色桌面出版系统的图文复制工艺流程如下:,2.彩色桌面出版系统的主要优点：a图文信息的数字化程度高，便于使用计算机进行全面处理，也便于与其他计算机系统交流信息，可以做出手工难以完成的页面图文效果；b同一页面（版面）可以在不同的记录设备上记录输出；c工艺流程简化，减少了大量手工处理，有利于印刷复制质量的稳定和提高；d减少软片及其他材料的使用量，有利于节约成本。,第二节 图像原稿的数字化,一、图像的种类.按图像的存在形式分类 实际图像 图像是物质或能量的一种分布（通常为二维分布）。一般分为可见图像和不可见图像两种。可见图像是人眼能够看到并接受的图像，包括照片、绘画、图纸等图片和光学图像等。不可见图像
6、，例如温度、压力、高度和如人口密度分布图等。注意:有时候用图片代替图像，但严格地说图片只是图像中的一个类。抽象图像 数学函数图像，包括连续函数图像（连续调图像）和离散函数图像（数字图像）。,、按图像的点空间位置和灰度的大小变化，可将图像分为连续图像和离散图像两类。连续图像 指在二维坐标系中具有连续变化的空间位置和灰度值的图像。典型代表是由光学透镜系统所获取的图像，如彩色照片、航摄相片等，用眼睛观测连续图像时无不自然感觉。离散图像 离散图像在空间位置上是被分割成一个个的点，在灰度值的大小上也分为不同级数的图像。,、根据图像记录方式的不同，分为模拟图像和数字图像两类。模拟图像 通过某种物理量的强弱
7、变化来表现图像上各点的颜色信息。印刷品图像、相片、画稿、电视图像等都是模拟图像。模拟图像依赖于颜色媒体：模拟图像不易保存，会因图像的保存时间过长而损失质量，使图像失真。如相片的颜色会因长时间保存而退色。数字图像 指把图像分解成像素（Picture Element，简称pixel）的若干小离散点，并将各像素的颜色值用量化的离散值，即整数值来表示的图像。,注意:数字图像是用数字的形式来表示图像上各个点的颜色信息，它依赖于计算机。数字图像要用具体的颜色媒体才能显示和表现，也就是说数字图像最终还是要通过模拟图像来表现。数字图像可以长时间保存而不会失真。数字图像是离散的，在深浅变化方面不连续。数字图像最
8、终还要以光的形式显示，这样才能被人所感受。模拟图像经过数字化过程可以转变为数字图像。,注意:矢量图形和数字图像有许多相同点和不同点。与矢量图形相对应，数字图像又称位图图像。位图图像 使用像素点来表示图像，每一个像素有确定的位置和颜色值。当处理位图时，编辑的是像素而不是图形或对象。位图能够表现连续调中细微层次和颜色的变化，是电子设备显示连续调图像的最一般的方式。位图图像依赖于图像的分辨率，它包含固定的像素数。,矢量图形 用数学对象定义的直线和曲线组成的图形。矢量是根据图像的几何特性来描述图形的。矢量图形不依赖于分辨率，适合于表示几何图形，可以任意缩放，使用任何分辨率打印输出都不会丢失任何细节和清
9、晰度。无论是位图像还是矢量图形在计算机上显示时，都是用像素来显示的。,在计算机中，表达图像和计算机生成的图形图像有两种常用的方法：矢量图法、点位图法,记录信息：圆心的坐标圆的半径及色彩编码,记录信息：记录各个坐标点上有哪些颜色的像素,000000010000000010000100000100000010000010001000000000100000,、按照图像的光谱特性分类 彩色图像(多光谱图像)，即图像上的每个点有多于一个的局部性质。例如在彩色摄影和彩色电视中重现的所谓三原色图像，每个像点就有分别对应3个原色的3个亮度值。黑白图像 每个像点只有一个亮度值。例如黑白照片、黑白电视画面等。,
10、、按照图像是否随时间变化分类 活动图像 随时间而变化的图像，例如电影和电视画面等。静止图像 不随时间而变化的图像，例如各类图片等。,二、图像的数字化,把一幅二维光图像（也适用于三维景物）表示成明暗程度随平面（空间）位置而变化的图像描述问题，是利用数学工具处理图像的先决条件。空间坐标位置和景物明暗程度均连续变化的图像，称为连续图像；而把二者都用离散数字量表示的图像，称为数字图像。,图像数字化：把图像分割成称为象素的小区域，每一个象素的亮度或灰度值用一个整数来表示。,1.图像的数学描述 在一个空间图像信息中，光强度（Intensivety）是其颜色本质，它随图像空间坐标（x，y，z）、光线的波长和
11、时间t的变化而变化，因此空间图像函数可表示：gf（x，y，z，t）对于平面图像，则其表示为：gf（x，y，t）,若只考虑光的能量而不考虑其波长，图像视觉上则表现为黑白（灰）影像，称之为黑白图像或单色图像，其图像函数为：gf（x，y，t）若考虑不同波长光的彩色效应时，则图像在视觉上表现为彩色图像，其图像函数为：gfr（x，y，t），fg（x，y，t），fb（x，y，t）图像内容不随时间变化的图像，称之为静止图像，静止图像是印刷技术研究的主要对象，其图像函数为：gf（x，y）,由于印刷图像均是静止图像，色彩处理也是分解成三原色后进行的，而每个颜色又可视为单色图像（黑白图像），故在下面对图像的介绍中
12、以静止黑白图像为模型来进行。,综上所述，图像函数在某一点的值定义为光强度或灰度，它与图像在这一点的亮度相对应，并可用一个正实数来表示，且该数值的大小是有限的；而且图像灰度值大，表示亮度值大，反之图像灰度值小，则表示亮度值小，即：0f（x，y）Bm 式中：Bm为最大亮度值。因此，图像函数f（x，y）是一个二元，有界、非负的连续函数。,在彩色复制的图像中，其版面都是由图像与文字组成。而图像中的像素代表了图像的性质，设P（i，j），（0iM，0jN）为图像中的一个像素，则有如下特点。若P（i，j）0，1，表示图像只有二值，即图像的像素点非黑即白，即前景与背景之分。这种图像在印刷业中称为线条图，在图像
13、处理中称为二值图像.,若图像P（i，j）L，0LLmax，表示图像的像素具有一定亮度变化，这种图像在印刷业中称为连续调灰度图像，在图像处理中称为灰度图像，其中L max2n，nl，2，。这种图像只有深浅浓淡的信息，没有彩色信息。若P（i，j）（R，G，B），其中0RRmax，0GGmax，0BBmax，则表示图像不仅有亮度变化，而且有彩色变化。这样的图像均称为彩色图像，其表示方法有RGB系统、CMYK系统、LUV系统等。,2.图像的数字化,所谓图像数字化就是通过对连续调图像采样，并将各像素的灰度值用量化的离散值（整数值）来表示的过程。通过全部像素的颜色值表示了整个图像的信息。取样点无论如何是有
14、限的，因此数字图像的信息比之原稿图像是有信息损失的。,（1）采样和量化 采样就是把连续调图像分解成离散点的过程。一幅图像必须在空间和颜色值都是离散化的情况下才能被计算机处理，空间坐标的离散化叫做空间采样，而颜色值的离散化叫做颜色值量化。采样可以看作图像的空间量化。一幅二维图像可以用一个二维的连续函数g（x，y）表示，其中（x，y）为二维空间域中直角坐标系的像素位置坐标，显然，g（x，y）是一幅二维图像在位置（x，y）处的灰度（亮度）值。,图像分割成像素的方法：,印前处理的图像基本上是采取二维平面信息的分布方式来表达：首先把二维图像信号变成一维图像信号，从而获得图像灰度值阵列，即一组一维信号；再
15、对其求出每一特定间隔的值，就能得到离散信号。假设一幅图像，若采样时其x方向上的像素数为M，y方向的像素数为N，则该图像用离散的MN个像素来代表，即对该图像处理时，仅需处理MN个点的颜色值。这就是图像的离散。,图像是一种二维信号，需要变为一维信号后采样先沿垂直方向，按一定间隔从上往下顺序地沿水平方向直线扫描的方式，取出各水平行上浓淡（灰度）值的一维扫描线。再对该一维扫描线信号按一定间隔采样得到离散信号,对于运动图像（即时间域的连续图像），先在时间轴上采样，再按静止图像处理,采样列,一幅图像空间采样频率变化时，对于图像质量的影响是十分明显的。下面来看如何进行颜色值的量化。单色灰度图像：在数字图像中
16、各个像素的明暗程度是由灰度值的数值大小表示。我们把灰度图像的颜色值量化为256灰度级，每一级对应一个0256之间的灰度值，描述一个单色图像的一个像素需要8bit数据。彩色图像：可以将彩色图像分解为三（四）个单色颜色通道。量化时可按单色颜色通道来进行，每个通道同样地量化为256个灰度级。,对彩色图像的每一个像素，如RGB模式图像的每一个像素可能表现的颜色数为256256256，约为1670万种颜色。为了使数字图像和连续图像近似，需要多少个采样点和灰度级，与图像分辨率相关。从理论上讲，这两个参数越大，离散图像与原始图像就越接近。但图像的存储空间和处理需求的时间将随着采样点和灰度级的增加而增加。所以
17、为了传输、处理和存储方便，采样量和灰度级数也不能太大。,物理图像（模拟图像）是不能直接用数字计算机来处理的。首先必须将各类图像（如照片，图形，X光照片等）转化为数字图像。图像数字化即将图像转化为数字图像，就是把图像分割成称为像素的小区域，每个图像的亮度或灰度值用一个整数来表示。,最终，数字图像由M行N列的像素（每个像素存储一个值）组成的。像素值通常为灰度级别（黑白图01，灰度图一般0255）。我们需要确定水平和垂直方向上的像素个数N 和M，并给出每个点处的值f(row,col),数字化后的图像可以用矩阵表示,可以采用C/C+语言中的二维数组表示,unsigned char A256,256;i
18、nt i,j,N=256;for(j=1,jN,j+)for(i=1,iN,i+)对A(i,j)进行处理、运算;,（2）灰度的离散量化 将模拟图像转化为数字图像的转换过程称为图像数字化，其转化过程如图所示。,经过采样后，图像已被分解成在时间和空间上离散的像素，但这些像素值（浓淡值）仍是连续量。量化是指对采样点的灰度值的离散化，即指把图像中连续变化的灰度值变成离散值（整数值）的过程，也常称为取整量化过程，如图所示。,经过采样，模拟图像已在时间、空间上离散化为像素。但所得的像素值（即浓淡值或灰度值）仍是连续量。把取样后所得的这些连续量表示的像素值离散化为整数值的过程叫量化,比如：连续浓淡（灰度）值
19、用Z来表示，则对于满足Z(i)ZZ(i+1)的Z值都量化为整数值 Z(i),Z(i)称为像素的灰度值。Z与Z(i)的差称为量化误差数字图像仅仅是真实场景的一个近似,采样,量化,一般的灰度图，其灰度值被量化为0255之间的整数，代表了相应的浓淡程度一幅数字化后的图像其总数据量是：每行像素数（N）每列像素数（M）像素值占用位数(Bits)信息量大，以一张512512个像素的灰度图像为例，以25帧/秒的速度播放1小时，总数据量22500M，约22G，而彩色图像需要其3倍以上这样大的数据量必须进行压缩，视频压缩一直研究和开发的热点，而其中包括了图像层面的压缩,（3）彩色图像的量化 采用单色图像量化法对
20、三原色分别量化。由于视觉对三原色的灵敏度各不相同，所以在量化过程中区别对象使用不同特性的压扩变换方法，来取得更佳的量化效果。下图是彩色图像量化的原理方框图。,RGB,X（1）X（2）X（3）,X（1）X（2）X（3）,RGB,彩色图像输入后被分解为R、C、B三种原色；彩色坐标处理使R、G、B变成x（1）、x（2）、x（3）三个分量；然后量化，三个分量被赋予二进制码组；再经彩色坐标反变换，将x（1）、x（2）、x（3）变回到彩色坐标系；最后重新合成彩色图像。彩色图像量化编码的总比特数等于x（1）、x（2）、x（3）三个分量量化编码比特数之和，而不是简单的单个分量比特数的3倍，因各个分量量化时的层
21、次不尽相同。,图像采样与图像质量,图像的采样影响图像的质量,图像量化与图像质量,图像的量化影响图像的质量,空间分辨率,空间分辨率是由取样过程决定的。简单地，空间分辨率是指图像的最小可辨别细节。视觉专家经常在像素级进行讨论图形设计师讨论点每英寸（dots per inch，DPI）,1亿6千万像素,空间分辨率(续),1024*1024,512*512,256*256,128*128,64*64,32*32,亮度级分辨率,亮度级分辨率是指表示图像时所用到的亮度级别。亮度级别越多，最终的图像细节越分明。亮度级分辨率通常由存储每个亮度级别时用到的比特数来给定。,亮度级分辨率（续）,分辨率：需要多大？,分辨率中一个经常出现的问题是到底需要多大才足够？往往依赖于什么样的图像，以及图像的用处关键问题：从美学上看，图像是否美观？你能看到图像中你想要看到的细节吗？,分辨率：需要多大？(续),右边的图片如果用来看一下汽车有几辆分辨率已经足够，而如果要读取牌照就不行了。,
