多媒体图像处理技术-山东大学基础医学院生物医学工程学.ppt

第二部分 多媒体图像处理技术 医学院生物医学工程研究所 第7章 概述 7.1 图像处理技术简介 7.2 图像的分类、格式、大小和分辨率 7.3 图像的色彩模式 7.4 图像的输入、输出设备 7.1 图像处理技术简介 图形图像处理技术是计算机应用中非常普遍的一种技术，不仅广泛应用于专业的美术设计、彩色印刷、排版、摄影等领域，而且也越来越受到广大普通电脑用户的喜爱。尤其是随着网络的发展和普及，随着网页制作的流行，对网页中的图像的处理要求也越来越高。本章主要介绍图形图像处理的基础知识，包括图形硬件、软件的发展及其应用、图像色彩的模式、图像处理的数据、格式、分辨率等内容 7.1.1 计算机图形硬件的发展 计算机图形制作是随着电子计算机及其外部设备的产生而发展起来的。1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院旋风I号计算机的附件诞生了，该显示器用一个类似于示波器的屏幕来显示一些简单的图形。1958年美国Calcomp公司将数字记录仪发展成滚筒式绘图仪。1962年，MIT林肯实验室首次证明了交互式计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域，从而确定了计算机图形学作为一个新的科学分支的独立地位。 20世纪60年代至70年代，交互式的计算机图形系统在许多国家得到了应用，并得到了进一步的开发和完善，被广泛应用于军事、工业、教育和事务管理等领域。70年代末80年代初，个人计算机的出现使图形系统提高到了又一个崭新的阶段。80年代末期图形应用技术已进入了家庭。 20世纪90年代后，计算机的图形功能除了随着图形设备的发展而提高外，其自身也朝着标准化、集成化和智能化的方向发展，特别是多媒体技术、人工智能及专家系统技术使图形系统越来越受到人们的注意，同时又向计算机图形学提出了更新更高的要求，使得三维乃至高维计算机图形学在真实性和实时性方面将有飞速发展。 图形显示器是计算机图形学中的关键设备。20世纪60年代中期使用的是随机扫描的显示器，具有较高的分辨率和对比度及良好的动态性能。但为了避免图形闪烁，通常需要以30次／秒左右的频率不断刷新屏幕上的图形，为此需要一个刷新缓冲存储器来存放计算机产生的显示图形的数据和指令，还要有一个高速的处理器(这些在60年代中期是相当昂贵的)，因而成为影响交互式图形生成技术进一步普及的主要原因。 为了解决这一问题，60年代后期采用了存储管式显示器。它不需要缓存及刷新功能，价格比较低廉，分辨率高，显示大量信息也不闪烁，但是它却不具有显示动态图形的能力，也不能选择性地进行删除、修改、编辑图形。虽然，存储管式显示器的推出对普及计算机图形学起到了促进作用，但对于交互式计算机图形学的需求，其功能还有待进一步改进和完善。 20世纪70年代中期，由于廉价的固体电路随机存储器的出现，可以提供比十年前大得多的刷新缓冲存储器，因而可以采用基于电视技术的光栅图形显示器。在这种显示器中，被显示的线段、字符、图形及其背景色都按像素存储在刷新缓冲存储器中，按光栅扫描方式以每秒30次的频率对存储器进行读写以实现图形刷新而避免闪烁。光栅图形显示器的出现使得计算机图形生成技术和电视技术相衔接，图形处理和图像处理相渗透，生成的图形更加形象、逼真，因而更易于推广和应用。 7.1.2 图形图像的软件系统 除了具备必须的硬件设备，计算机的图形图像处理还必须有一个良好的图形软件系统。 目前常用的多为高级图形图像处理的软件包，它的建立通常可采用三种方法。一是以某个高级语言为基础，扩充处理图形的子程序包；二是以某个高级语言为基础，扩充处理图形的语句和数据类型；三是设计专用的高级图形语言。 高级图形软件包的基本内容有： (1)系统管理子程序； (2)定义和输出图形的子程序(包括基本图形元素和复合图形元素)； (3)变换图形的子程序，包括平移、旋转、比例，错切、开窗等； (4)处理实时输入的子程序； (5)处理交互功能的子程序。 一个良好的图形软件系统要有合理的层次结构与模块结构，使得整个系统易于设计、调试、维护、扩充和移植。 7.2 图像的分类、格式、大小和分辨率 7.2.1 数字图像的概念 图像所包含的内容很广，凡是记录在纸上的、拍摄在照片上的、显示在屏幕上的所有具有视觉效果的画面，都可以称为图像；根据记录方式的不同，图像可分为两大类：模拟(analog)图像和数字(digital)图像。 模拟图像是通过某种物理量(光、电)的强弱变化来记录图像上各点的灰度信息；数字图像则完全是用数字来记录图像灰度信息的，是一种可在计算机上显示、编辑、保存和输出的图像，是由大量0和1组合的、计算机唯一能够识别的数