圖像由人的視覺來感知的，通過人眼感知到最多的就是圖像的輪廓和色彩。人們對色彩的感知有著特殊的敏感性，色彩本身的獨特表現(xiàn)力可以喚起人們各種不同的情感聯(lián)想，所產(chǎn)生的美感魅力往往更為直接。
色彩的基本要素： 色相、亮度、飽和度
圖像的顏色模式：位圖、灰度、索引、RGB、CMYK、Lab、HBS
圖像的分類：位圖與矢量圖
圖像的基本屬性：分辨率、像素深度、真?zhèn)尾噬?/p>
圖像的數(shù)字化：采樣、量化、壓縮編碼
圖像的保存與傳送是以文件形式進行的
圖像的技術基礎
圖像顏色的構(gòu)成
1.色彩基礎
色彩是通過光被人的視覺系統(tǒng)所感知的，感知的顏色是由光的波長所決定的?？梢姽獠ㄩL在0.38~0.76μm之間，波長從小到大對應的光譜顏色分別是紫、藍、青、綠、黃、橙、紅。
純顏色通常使用光的波長來定義，其波長定義的顏色稱作光譜色。自然界中大多數(shù)光不是單一波長的純色光，而是由許多不同波長的光混合而成的。
本身不發(fā)光的物體，都會或多或少地吸收投于其上的光，也都會或多或少地反射投于其上的光。不發(fā)光物體的顏色取決于這個物體對可見光進行選擇性的吸收和反射后的結(jié)果。
【色彩基本要素】色相、亮度和飽和度，這也是色彩的三個屬性。人眼看到的任一彩色光都是這三個屬性的綜合效果。
- 色相（或色調(diào)，Hue）：是指一種顏色區(qū)別于其他顏色的最基本和最顯著的特征，它反映了顏色的種類，如紅、橙、黃、綠、藍、紫等色彩分別表示顏色的種類。
- 亮度（Brightness）：是人眼對明暗程度的感覺。亮度與光的能量成正比，它是單位面積上所接收的光強，通常以百分比度量，取值0~100%，0%為暗，100%為亮。
- 飽和度（Saturation）：是指色彩的純凈程度，由單色光中摻入的白光亮的相對大小決定，取值為0~100%。單色光的色飽和度為100%。飽和度越高說明顏色越純，加入白光后其飽和度會下降。
2. 圖像的色彩模式
- 【位圖模式】位圖模式就是黑白模式，每個像素的顏色值僅占1bit，它只能用黑色和白色來表示圖像。只有灰度模式可以轉(zhuǎn)換為位圖模式。所以，一般的彩色圖像需要先轉(zhuǎn)換為灰度模式才能接著轉(zhuǎn)換為位圖模式。
- 【灰度模式】灰度模式可以表現(xiàn)從黑到白的整個系列灰色色調(diào)。 在灰度顏色模式中，每個像素需要8bit的空間來記錄它的顏色值，可以產(chǎn)生28=256級灰度（0表示黑色，255表示白色），即每個像素有一個在0~255之間的灰度值。
- 【索引模式】索引模式使用256 種顏色來表示圖像。當一幅RGB或者CMYK的圖像轉(zhuǎn)化為索引模式時，將建立一個256色的顏色查閱表來存儲此圖像所用到的顏色。因此，索引模式的圖像所占存儲空間較小，但是圖像質(zhì)量不高，適用于多媒體動畫和網(wǎng)頁圖像制作。
- 【RGB顏色模式】RGB顏色模式以R(紅)、G(綠)和B(藍) 三種顏色作為原色，其產(chǎn)生顏色的方法稱為加色法。沒有光時為黑色，加入R、G、B色光并以各種不同的相對強度綜合起來產(chǎn)生顏色，當三基色的光強都達到最大時就產(chǎn)生了白色。
- 【CMYK模式】CMYK色彩模式是針對印刷而設計的一種色彩模式。該模式以紅、綠、藍三色的補色青（Cyan）、品紅（Magenta）、黃（Yellow）為原色。CMYK模式為減色法。任何一種顏色都可用三種基本顏料（油墨）按一定比例混合得到。但是，由于顏料的成分不純，100%的品紅、青色、黃色油墨結(jié)合只能形成深棕色，為了彌補黑色調(diào)的不足，額外增加了一個黑色（blacK），所以又寫成CMYK。
- 【Lab模式】Lab模式是通過A、B兩個色調(diào)參數(shù)和一個光強度來控制色彩的。A、B可以通過-128至+128之間的數(shù)值變化來調(diào)整色相，其中A為由綠到紅的光譜變化，B為由藍到黃的光譜變化；光強度可以在0-100范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。當RGB和CMYK模式互換時，需要先轉(zhuǎn)為Lab模式，才能減少轉(zhuǎn)換過程中的損耗。
- 【HSB模式】 HSB模式使用色彩的基本要素色相、亮度和飽和度。只有在色彩編輯時才可以看到這種顏色模式。色相是按圓周方向0360°位置度量；徑向表示飽和度，從中心逐漸向邊緣遞增的，用0100%度量。亮度通常是從下向上由0~100%來度量。
圖像的分類
在計算機中，表達所生成的圖像分為兩種類型：矢量圖與位圖（點陣圖）。
1. 位圖
位圖是連續(xù)色調(diào)圖像最常用的電子媒介。像素是構(gòu)成位圖的最小單元，每個像素都有其特定的位置信息和顏色信息。位圖的獲取通常依靠掃描儀、數(shù)碼照相機和攝像機等設備，把圖像信號變成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，也可以通過設計軟件生成。
位圖的特點：
（1）位圖是以像素為基礎建立的信息體。
（2）位圖的縮放會產(chǎn)生失真。放大位圖時會產(chǎn)生鋸齒效果。此時可以看見構(gòu)成圖像的單個元素。
（3）位圖文件占據(jù)的存儲空間比較大。位圖文件存儲的是圖像各個像素的位置和顏色信息，像素密度越大、顏色階調(diào)越豐富，則圖像越清晰，相應的存儲容量也就越大。
（4）顯示速度快。
2. 矢量圖
矢量圖是用一系列計算機指令來描述和記錄的圖像。矢量圖可以分解為一系列由點、線、面等組成的子圖。在圖形軟件中，計算機指令用來描述對象的位置、維數(shù)、形狀、大小、顏色等特征參數(shù)。
矢量圖的特點：
（1）矢量圖是以造型特征及其相關參數(shù)為基礎建立的信息體，描述了對象的形體特征，難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果。
（2）縮放或旋轉(zhuǎn)不會引起失真。
（3）文件數(shù)據(jù)量小。矢量圖是對各種圖像進行模型化，然后使用計算機指令集合來描述圖像的，因此數(shù)據(jù)量較小。
（4）不易描述復雜圖。當圖像很復雜時，計算機需要花費很長的時間去執(zhí)行繪圖指令，才能把圖像顯示出來。
常用的矢量圖軟件有AutoCAD、CoreDraw、Illustrator等。AutoCAD適合繪制機械圖和電路圖等。CoreDraw和Illustrator用于插畫創(chuàng)作。
矢量圖和位圖之間可以用軟件進行轉(zhuǎn)換。由矢量圖轉(zhuǎn)換成位圖時采用光柵化技術，這種轉(zhuǎn)換相對容易。由位圖轉(zhuǎn)換成矢量圖時采用跟蹤技術，這種技術在實際應用中難以實現(xiàn)。
圖像的基本屬性
位圖是由像素構(gòu)成的，像素的密度和像素的顏色信息直接影響圖像的質(zhì)量。描述一幅圖像需要使用圖像的屬性，圖像的屬性包含分辨率、像素深度、真?zhèn)尾噬取?/p>
1. 分辨率
（1）圖像分辨率
數(shù)字圖像是由一定數(shù)量的像素構(gòu)成的。圖像分辨率是指組成一幅圖像的像素密度，用每英寸圖像包含的像素數(shù)（Pixel Per Inch，PPI）表示。對同一幅圖像，圖像分辨率越高，圖像的像素數(shù)越多，圖像質(zhì)量越好，反之圖像質(zhì)量越差。
（2）顯示分辨率
顯示分辨率是指顯示屏上能夠顯示出的像素數(shù)量。 例如，顯示分辨率為1024×768表示顯示屏分成768行（垂直分辨率），每行顯示1024個像素，整個顯示屏就含有786432個像素點。屏幕能夠顯示的像素越多，說明顯示設備的分辨率越高，顯示的圖像質(zhì)量也就越高。
（3）打印分辨率
打印分辨率是每英寸打印紙上可以打印出的墨點數(shù)量，用DPI（Dot Per Inch）來表示。打印設備的分辨率在360dpi至2400dpi之間。打印分辨率越大，表明圖像輸出的墨點越小，輸出的圖像效果就越精細。
2. 像素深度
像素深度（也稱顏色深度）是指存儲每個像素的色彩(或灰度)所用的二進制位數(shù)。像素深度決定彩色圖像可以使用的最多顏色數(shù)目，或者確定灰度圖像的灰度級數(shù)。較大的像素深度意味著數(shù)字圖像具有較多的可用顏色和較精確的顏色表示。一幅RGB模式的彩色圖像，每個RGB分量用8bit表示，也就是像素的深度為24，每個像素可以是224=16777216種顏色中的一種。
3. 真彩、偽彩、直接色
（1）真彩色
真彩色是指在組成一幅彩色圖像的每個像素值中，有RGB三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設備的基色強度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。例如用RGB（5:5:5）表示的彩色圖像，RGB各用5bit，用RGB分量大小的值直接確定3個基色的強度，這樣得到的彩色是真實的原圖彩色。
真彩色圖通常是指RGB（8:8:8），即圖像的顏色數(shù)等于224，也常稱為全彩色(full color)圖像。
顯示器上顯示的顏色就不一定是真彩色。要得到真彩色圖像，需要有真彩色顯示適配器，目前的普通PC機上的VGA適配器很難得到真彩色圖像。
（2）偽彩色
偽彩色圖像的含義是，每個像素的顏色不是由每個基色分量的數(shù)值直接決定的，而是把像素值當作彩色查找表(color lookup table)的表項入口地址，去查找一個顯示圖像時使用的RGB強度值，用查找出的RGB強度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。
由于偽彩色圖像中保存的不是各個像素的彩色信息，而是具有代表性的顏色編號，每一編號對應一種顏色，圖像的數(shù)據(jù)量就會因此減少，這對彩色圖像的傳播非常有利。
（3）直接色
每個像素值分成RGB分量，每個分量作為單獨的索引值對它做變換。也就是通過相應的彩色變換表找出基色強度，用變換后得到的RGB強度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色。直接色的特點是可以對每個基色進行變換。
數(shù)字化圖像
現(xiàn)實世界中的照片、畫報及圖紙等圖像信號在空間和灰度或顏色上是連續(xù)的函數(shù)，要在計算機中處理圖像，必須先將其進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換。
圖像的數(shù)字化過程分為采樣、量化和編碼三個步驟。
1、 采樣
圖像在二維空間上的離散化稱為采樣。圖像經(jīng)過采樣后的離散點稱為樣點（像素）。采樣的實質(zhì)就是用若干個點來描述一幅圖像，就是將空間上連續(xù)的圖像在水平和垂直兩個方向上等間距地分割成矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣，一幅圖像就被采樣成有限個像素點所構(gòu)成的集合，所形成的微小方格稱為像素點。圖像經(jīng)過采樣后，由 M×N個像素描述，像素的位置用（x,y）坐標定位。
在圖像采樣時，采樣間隔大小的選取很重要，它決定了采樣后的圖像是否能真實地反映原圖像。采樣的密度決定了圖像的分辨率。一般來說，原圖像中的畫面越復雜、色彩越豐富，采樣間隔就應該越小，采樣的點數(shù)就越多，圖像質(zhì)量就越好。
2 、圖像的量化
把圖像采樣后所得的各像素的灰度或色彩值離散化，稱為圖像的量化。通常用L位二進制數(shù)描述灰度或色彩值，量化級數(shù)為2L。一般可采用8、16或24bit量化位數(shù)，較高的量化位數(shù)意味著像素具有較多的可用顏色和較精確的顏色表示，越能真實地反映原有圖像的顏色，但得到的數(shù)字圖像的容量也越大。
一幅灰度照片，它在水平與垂直方向上都是連續(xù)的。通過沿水平和垂直方向的等間隔采樣，可得到一個M×N的離散樣本，每個樣本點的取值代表該像素的灰度（亮度）。對灰度進行量化，使其取值變?yōu)橛邢迋€可能值，經(jīng)過這樣的采樣和量化得到的圖像稱為數(shù)字圖像。只要水平與垂直方向采樣點數(shù)足夠多，量化位數(shù)足夠大，則數(shù)字圖像的質(zhì)量與原始圖像相比就毫不遜色。
圖像數(shù)字化后， 用二維數(shù)組表示。
3 、壓縮編碼
編碼的作用：一是采用一定的格式來記錄圖像數(shù)據(jù)；二是由于數(shù)字化后得到的圖像數(shù)據(jù)量巨大，必須采用一定的編碼技術來壓縮數(shù)據(jù)，以減少存儲空間，提高圖像傳輸效率。
常見的圖像壓縮編碼有行程編碼、赫夫曼編碼、LZW編碼、預測編碼、變換編碼、小波編碼、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等。20世紀90年代后，已制定一系列靜止和活動圖像編碼的國際標準，主要有JPEG標準、MPEG標準、H.261等。
數(shù)字圖像文件格式
圖像的保存與傳送是以文件形式進行的。由于編碼算法不同，導致數(shù)據(jù)存放格式也有所不同。
常用的位圖文件格式
- GIF格式
圖像交換格式GIF（ Graphics Interchange Format ）是CompuServe公司在1987年制訂的，文件以.gif為擴展名。GIF格式最多只支持256種顏色的圖像，并支持圖像透明像素。
GIF允許圖像進行交錯處理。采用隔行存放的GIF圖像，在圖像顯示時隔行顯示圖像數(shù)據(jù)。在因特網(wǎng)上顯示一個尺寸較大的圖像時，交錯處理的方法是分成4遍來掃描的。該方法每隔8行顯示一次數(shù)據(jù)，并會逐漸填補其間的空隙。首先將看到整幅圖像的概貌，然后圖像逐漸顯示清晰，感覺上其顯示速度要比其他圖像快。
GIF89a版本通過圖形控制擴展（Graphics Control Extension）塊支持簡單的動畫，其特點是在一個GIF文件中可以存儲多幅圖像，并能以默認的順序顯示，形成連續(xù)播放的動畫效果。 - JPEG格式
JPEG文件以JPG為擴展名。JPEG是一個通用的圖像壓縮標準，該標準由聯(lián)合圖像專家組（Joint Photographic Experts Group）制定，適用于各種計算機系統(tǒng)。JPEG利用人眼的一些特定局限性獲得了很高的壓縮率。它主要用于存儲顏色變化的信息，特別是亮度變化。
JPEG具有調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的功能，允許用戶設定需要的圖像質(zhì)量等級。若選擇低質(zhì)量，則壓縮比率大，文件數(shù)據(jù)占用的空間就小。 - PNG格式
PNG（Portable Network Graphics）是1996年由W3C所制定的Web標準圖片格式，文件以.png為擴展名。
PNG格式支持透明效果，可以為圖像定義256個透明層次，使得彩色圖像的邊緣能與任何背景平滑地融合，從而消除鋸齒邊緣。PNG格式并不僅限于256色，它同時提供24位和48位真彩色圖像支持。PNG能夠提供比GIF小30%的無損壓縮圖像文件。 - TIFF格式
TIFF（Tagged Image File Format）是一個廣為應用的位圖文件格式，文件以tif或tiff為擴展名。TIFF格式可以制作質(zhì)量非常高的圖像，因而經(jīng)常用于出版印刷。
該格式支持CMYK、RGB、Lab等多種圖像色彩模式；支持Alpha通道；Photoshop可以在TIFF文件中存儲圖層；它是一個跨平臺的圖像文件格式，可在應用程序和計算機平臺之間交換文件；TIFF文件可以是不壓縮的，此時文件體積較大，也可以是壓縮的，支持多種壓縮方式。 - BMP格式
BMP（Bitmap）文件是Windows操作系統(tǒng)的標準文件格式，文件以.bmp為擴展名。它為Windows應用程序所支持。
這種格式的特點是，包含的圖像信息較豐富，幾乎不進行壓縮，文件所占用的空間很大。 - PICT格式
PICT格式在Macintosh計算機（蘋果機）的圖形應用程序和排版程序中使用很廣泛。它是在應用程序間轉(zhuǎn)換文件的中間格式。如果要將圖像保存成一種能夠在Mac系統(tǒng)上打開的格式，選擇PICT格式要比JPEG格式好，因為它打開的速度更快。 - PSD格式
PSD是Photoshop圖像處理軟件的專用文件格式，文件擴展名為.psd，可以支持圖層、通道、蒙板和不同色彩模式的各種圖像，是一種非壓縮的文件保存格式。
PSD文件可以保留所有原始信息以及編輯信息，文件容量會很大。它被作為Photoshop圖像處理軟件的主文件，由該主文件再去生成各種輸出所要求的其它格式文件。
常見的矢量圖文件格式
- WMF格式
WMF格式是Windows系統(tǒng)中常見的一種圖元文件格式，由Microsoft公司在1990年制訂。
它具有文件短小、圖案造型化的特點，整個圖形常由各個獨立的組成部分拼接而成，但其圖形往往較為粗糙，所占的磁盤空間比其它任何格式的圖形文件都要小得多，并且只能在Microsoft Office中調(diào)用編輯。 - EMF格式
EMF是由Microsoft公司開發(fā)的Windows 32位擴展圖元文件格式。其總體設計目標是彌補WMF文件格式的不足，使得圖元文件更加易于使用。 - EPS格式
EPS是Encapsulated PostScript的縮寫，是跨平臺的標準格式，擴展名在Windows平臺上是eps，在Macintosh平臺上是epsf，主要用于矢量圖像和光柵圖像的存儲。幾乎每個繪畫程序都允許保存EPS文檔，它為文件交換帶來很大方便。
EPS格式采用 PostScript語言進行描述，PostScript圖形打印機上能打印出高品質(zhì)的圖像。 - AI格式
AI文件是一種矢量圖形文件，適用于Adobe公司的Illustrator軟件的輸出格式。AI文件是一種分層文件，用戶可以對圖形內(nèi)所存在的層進行操作，可在任何尺寸大小下按最高分辨率輸出。 - DXF格式
DXF是用于制圖軟件AutoCAD與其他軟件之間進行CAD數(shù)據(jù)交換的文件格式，在表現(xiàn)圖形的大小方面十分精確。DXF文件是由很多代碼和值組成的，它是以二進制格式保存的，分為ASCII格式和二進制格式。兩種格式的區(qū)別在于占用空間大小不同。
