# 图形图像

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传统的电脑只能处理文字、数字，最多是简单的图形。近年来，随着电脑硬件技术的飞速发展和更新，使得计算机处理图形图像的能力大大增强。以前要用大型图形工作站来运行的图形应用软件，或是特殊文件格式的生成及对图形所作的各种复杂的处理和转换；如今，很普遍的家用电脑就完全可以胜任，我们可以轻易的使用PhotoShop、CorelDraw、3D MAX或是别的什么软件做出精美的图片或是逼真的三维物体，你甚至可以自己去做一个有趣的动画。
在当今信息社会，以多媒体为代表的信息技术和信息产业的发展和应用对人类社会产生的影响和作用愈来愈明显，愈来愈重要。多媒体的发展和应用，极大地推动了诸多工业的相互渗透和飞速发展，逐步改变了整个人类社会的工作结构和生活方式。可以毫不夸张地说，多媒体产业的形成和发展，将不仅引起计算机工业的一次革命，也将影响人类社会发生一场巨大的变革。
我们知道，所谓多媒体，即多种信息媒介，通常包括以下几种：文本、图形、影像、声音、视频、动画。可以看出，多媒体的应用在很大程度当依赖于丰富多彩的图形和图像。也就是说，图形图像技术的飞速发展也将是必然趋势，掌握图形图像处理技术对一个计算机操作人员是必要的。
计算机图形学是研究用计算机生成、处理和显示图形的一门科学。为了生成图形，首先要有原始数据或数学模型（如工程人员构思的草图、地形航测数据、飞机的，总体方案模型等），这些数字化的输入信息经过计算机处理后变成图形输出。
图形从原始数据生成图象数据经过了一系列变换过程，每个变换过程都可能产生不同于输入数据的输出数据，这些数据需要按一定的结构进行组织，形成一系列描述图形数据的文件，我们把这类文件称为图形文件（也称为图形图象文件），而图象文件是描述图象数据的文件，它是图形文件的一种特例。
在图形生成过程中有多种类型的数据，如模型数据、场景数据和图象数据等，因此，图形文件所描述的图形层次就不一样，这也是产生多种图形文件的一个重要原因。
另一方面，在同一个描述层上，由于每种图形软件包使用自己的格式保存图形数据，随着图形应用软件包的不断增多，图形文件的格式也会越来越多，虽然国际标准化组织（ISO）为解决图形信息的共享问题，建立了一系列图形文件标准（如CGM），但是这些标准较难得到广大用户和厂商的支持，从而形成了目前这种多种图形文件共存的局面。
图形文件有以下特点：（1）数据量大。由于现在数据获取手段日趋先进，可以得到的数据越来越复杂，数据量也增大。（2）结构性强。数据在本质上分为数字化的和模拟的两种。模拟信息可以转换为数字信息。数字系统中的最基本单位为位（bit），其他结构单位都以位为础。在较低层次上可以是“构造块”（如浮点数、整数和字符）；在较高层次上可以是记录（如Pascal中）或结构（如C语言中），而图形文件就是由特定的结构或记录组成的。每种图形文件都按自己的方式组织图形信息，由于图形文件包含的数据量大，所以很多图形文件都使用一定的压缩算法来压缩图形数据。
上一节从广义上介绍图形图象文件概念，从本节开始将把主要笔墨放在图形图象文件的特例——图象文件上。因为本书主要讨论图象文件的显示与处理技术，所以后面除特殊需要外，一般不使用图形图象文件这一术语，而是使用图象文件这一术语。
图象可粗分为两大类：位映象图象和向量图象。基于计算机的位映象图象是对电视图象的数字化，它易于描述真实景物，真实世界中的景物可以用扫描仪生成图象文件并在计算机上显示。而向量图象易于表达艺术家设计的图形。这两者在表达方式上的不同。
为简单起见，可把位映象图象看成是一点矩阵（简称点阵）。对于单色位映象图象或打印机输出的图象而言，矩阵中的每个点要么为l要么为0（1代表黑，0、代表白或相反）。在图形学中，把矩阵中的点称为象素（pixel）。
位映象图象根据彩色数分为以下四类：单色图象、具有4～16种彩色的图象、具有32~256色的图象和256色以上的图象。也可把这四类图象称为单色图象、低彩色分辨率图象、中等彩色分辨率图象和高彩色分辨率图象。
在讨论位映象图象的彩色时，通常用保存彩色信息所需的位数来定义彩色数。把单色图象称为是1位图象，这是因为图象中的每个象素仅需1位信息；把16色图象称为是4位彩色图象，这是因为图象中的每个象素需4位信息；要表示16种不同的彩色，象素必须由4位组成，由于4色图象和8色图象不太常用，所以一般也就用不到“2位彩色图象”和“3位彩色图象”。
在PC机上，另一种常见的图象是256色图象，也称8位彩色图象。256色图象有照片效果，比较真实。
另外一种具有全彩色照片表达能力的图象为24位彩色图象。由于彩色的种类很多，每个象素需24位，使得彩色图象所需的存储空间很大。
最初设计计算机只是为了处理数字和字符，但在近几年，即使是最便宜、最简单的机器，也能够同样便利地以一种形式或另一种形式处理图形，随着真实图形能力的到来，不管是界面的，还是应用程序的；不管是基本的还是高级的，都将引起一场重要的文化变革。目前还很少有人能欣赏这种变革，部分原因是很少有人接受过训练，也很少有人熟悉有效地使用这种强有力的、从本质上来说完全不同的可视媒体的方法。
计算机把图形显示为一组二维的点，这些点叫象素，象素（Pixel）曾经是“pictiure element”的缩写，之后，它依靠自身的作用而成为一个独立的词纳入了词典。
在计算机里，可视信息是以一个大的比特阵列的形式存放的，每个比特对应一个微小的电子门，门可以打开，也可以关闭（事实上，半导体门的两个状态分别对应一个高电平和一个低电平，从软件的角度看，只有两个状态，通常称之为1态和0态）。图像上的每一个点对应计算机存储器内的一个或多个比特，以这种方式存储或显示的图像叫位图图像，或简单地称之为位图。通过改变计算机缓冲区各位的状态，可以控制显示的内容。显示硬件解释显示缓冲区的内容，从而在显示器屏幕上显示图像。
屏幕的水平和垂直解析度对所显示的图像质量有很大的影响。下面的这张图片给出了在各种标准解析度下的同一幅图像，这四幅图片的解析度依次为：32位全彩色、16位真彩色、256色和16色。从理论上讲，分形中的带状卷须应连续下降到白色区域，在这个过程中将变得无限小。但实际上，由于解析度的限制，这些卷须消失了，最后变成了随机的灰色细毛的海洋，解析度越高，消失之前的卷须越细。
视频硬件的颜色解析度对图像质量的影响也是非常大的（即使处理的不是全彩色图像，而是1、4、16或256个灰度的单色图像）。虽然是具有相同的水平和垂直解析度的各幅图像，但是，具有256个灰度等级的图像比黑白图像要真实的多。
“256”究竟意味着什么？256种颜色有哪些？每种颜色又放在哪里？接下来的将介绍彩色图形编程的各种细节，但目前，还必须掌握基于调色板的显示方式的基本原理。
当使用各种不同的显示模式时，软件把一个颜色编号放在相应于象素的计算机内存。在双色模式中，颜色编号只能取两个值：0或者1，通常0代表黑色，1代表白色（如果所用的显示器使用的是有颜色的荧光粉，则可能是淡黄色或绿色）。由于每个象素的颜色仅依赖于一个信息位，因此，这种颜色也叫“1比特”颜色。
对于更复杂的颜色，要经过两步才能真正显示屏幕上每个象素的颜色。首先，软件把颜色编号放在相应于象素的计算机内存。在16色模式中，颜色的编号可以是0～15间的任一个值，由于存储16种不同的颜色需要4个信息位，所以16色模式叫“4比特”模式。同样，在256色模式中，每个象素颜色编号的取值可高达255，要存储象素的颜色需要8个信息位。
为了确定每个颜色编号所对应的真实颜色，显示硬件要参考调色板的颜色值。调色板是一组独立于存储各个象素颜色编号存储区的视频存储区。调色板中的颜色值指定了屏幕上象素的红、绿、蓝三个基色的混合比例，屏幕上的每个象素对应一个颜色号。不同的象素的颜色对应不同的调色板颜色值。
存储调色板上每种颜色所需的准确位数取决于显示硬件，例如，在EGA调色板上的每种颜色值有6个比特，2比特用于红色，2比特用于绿色，2比特用于蓝色。
颜色在经过图象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 COLOR）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象的色彩已和高清晰度照片没什么差别了。
在图象文件的存储格式中也是以位来存储颜色的。由于图象文件的存储 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ALPHA值部分，记录着256级灰度，用以加强真彩色的质量。
计算机屏幕上的每一个象素对应内存中的一个数值，显示硬件解释该数值，以产生实际的色点。屏幕上象素的点数及颜色值决定了显示的解析度。屏幕上水平方向的象素个数叫水平解析度，每一列上象素的个数叫垂直解析度，给定时间内在屏幕上能够同时显示的颜色数叫颜色解析度。尽管从技术上来讲，解析度既指尺寸解析度又指颜色解析度，但通常所指的是水平和垂直方向的解析度（例如，虽然从技术上讲，颜色数是解析度的一部分，像“每一种视频适配器都有最大的解析度和最多的颜色数”这样是不准确的短语。
从支持720×438的双色模色的大力神图形适配器，到支持1024×768的256色或更高模式的Super VGA卡，每一种视频适配器都有所支持的最大解析度及颜色数。大多数的图形硬件都支持几种不同的显示模式，从而能够为某一应用程序在速度、解析度和颜色数之间找到一种最佳的平衡。
随着图形硬件种类的不断增加，记住不同图形卡和不同模式下的解析度和颜色数并不是一件容易的事，各种不同的和PC兼容的图形卡所支持的显示模式是不尽相同的，好的显示卡会支持很高的分辨率。 解析度高于VGA的卡通常划归于界限还不明确的Super VGA类（或简称为SVGA和SVG）。一些权威机构以及大多数的PC杂志，坚持把SVGA专用于800×600的模式，而用Super VGA、SVGA或“beyond SuperVGA”指1024×768或更高的解析度模式。
由于Super VGA的范围很广，分类也不明确，很多用户难以找到支持自己特有的SVGA的软件，而程序员则更难写出支持大量SVGA卡的软件。幸运的是，在八十年代后期，成立了视频标准联合会，以设计急需的Super VGA标准。1989年，该显示硬件和图形软件联合会推出了主要基于800×600的标准，但许多工业界的领导人士提出批评，认为这一标准在出台之前就已过时。1990年，VESA推出了一个重全面的标准，以此作为回应，该标准包括了上至1280×1024的256色模式。 VESA标准包含一个编程SuperVGA的软件接口，通过一个特殊的驱动程序，现行卡制造商可以支持这种界面，而不需要改变其硬件结构。因此，可以找到支持几乎所有Super VGA卡的通用软件，不管这种软件是四年前的，还是新的，Super VGA解析度的VESA标准模式号都是一致的。
请注意，目前几乎所有的Super VGA视频卡都能模仿传统的计算机图形适配器（Graphics——CGA）、增加图形适配器（Enhanced——EGA）和视频图形陈列（Video Graphics Array——VGA）的低解析度模式，某些Super VGA卡也模仿大力神图形适配器（Hercules Graphics Adapter，也叫做HGA或单色图形），低性能的大力神标准在非常便宜的PC中的应用也还可见。
图形一般指用计算机绘制(draw)的画面，如直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和图表等;图像则指由输入设备捕捉实际场景画面产生的数字图像。数字图像通常有位图和矢量图形两种表示形式。
位图图象 （bit-mapped-Graphics．Raster Graphics），以记录屏幕上图象的每一个黑白或彩色的象素来反映图象。每一个象素有特定的位置和颜色值。位图适用于具有复杂色彩、明度多变、虚实丰富的图象，例如照片、绘画等。使用位图格式的绘画程序叫做位图绘画程序，例如Adobe Photoshop 。 它以与屏幕相对应的存储位来记忆和处理图象，把图形作为点的集合，这是绘画程序应用的典型文件格式。位图图象依赖于解析度，放大和以高清晰度打印时，容易出现锯齿状的边缘。象素的多少决定文件的大小和图象细节的丰富程度。
位图图像由数字阵列信息组成，用以描述图像中各像素点的强度与颜色。位图适合于表现含有大量细节(如明暗变化、场景复杂和多种颜色等)的画面，并可直接、快速地在屏幕上显示出来。位圈占用存储空间较大。一般需要进行数据压缩。为了便于位图的存储和交流，产生了种类繁多的文件格式，常见有PCX、BMP、DLB、PIC、GIF、TGA和TIFF等。
矢量图形（Vector Graphics）的特点是，绘画程序中物体定位、形体构造建立在以数学方式记录构件（图形元素）的几何性质上，例如直线、曲线、圆形、方形的形状和大小。它不是记录象素的数量，在任何解析度下输出时都同样清晰。例如Adobe Illustrator就是使用这种格式的软件。矢量格式更适合于以线条物体定位为主的绘制，通常用于计算机辅助设计（CAD）和工艺美术设计、插图等。使用物体定位绘画程序可以把特定物体作为一组，单独改变线条的长度，放大或缩小原形，移动和重叠。但是在屏幕上显示的时候，由于监视器的特点，矢量图也是以象素方式来显示的。
矢量图形是用一组指令集合来描述图形的内容，这些指令用来描述构成该图形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等图无的位置、维数和形状。在屏幕上显示矢量图形要有专门软件将描述图形的指令转换成在屏幕上显示的形状和颜色。用于产生和编辑矢量图形的程序通常称为Draw程序。这种程序可以产生和操作矢量图形的各个成分，并对矢量图形进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换;使用矢量图形的一个很大的优点就是容易进行这类变换。但是，用矢量图形格式表示复杂图像(如人物或风景照片)的开销大大，因此矢量图形主要用于表示线框型的图画、工程制图、美术字等。绝大多大多数CAD和3D造型软件使用矢量图形作为基本的图形存储格式。
矢量图的优点也就在于它在任何解析度下输出时都同样清晰。我们看下面这幅图片：左边的是矢量图文件，右边的是位图文件。虽然现在看起来好像位图文件的色彩更饱满一些。但经过放大后它就会显示出色点，而矢量图经过放大后，清晰度不会产生太大变化，这一点，我们在教程里作以了详细的介绍。
在前面的介绍中，我们分别提到过几种不同的分辨率， 初次进行数字图象的处理时，分辨率（Resolution）这个概念经常令人感到混乱。在这里谈一下图象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、网屏分辨率以及图象分辨率。
1．屏幕分辨率
屏幕分辨率就是用户在屏幕上观察图象时，所感受到的分辨率。一般屏幕分辨率是由计算机的显示卡所决定的。例如标准的VGA显示卡的分辨率是640×480，即宽640点（象素），高480点（象素）。至于较高级的显示卡，通常可以支持800×600或是1024×768点以上。
2. 位分辨率（Bit Resolution），又称位深，是用来衡量每个象素储存信息的位数。 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。
3. 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。
4.n网屏分辨率（Screen Resolution），又称网屏频率，指的是打印灰度级图象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。
5. 图象分辨率（Image Resolution）， 指的是图象中储存的信息量，这种分辨率又有多种衡量法，典型的是以每英寸的象素数（ppi）来衡量。图象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，图象文件所占用的磁盘空间也越大，进行打印或修改图象等操作所花时间也就越多。
图象分辨率以比例关系影响着文件的大小，即文件大小与其图象分辨率的平方成正比。如果保持图象尺寸不变，将其图象分辨率提高一倍，则其文件大小增大为原来的四倍。例如原图象的文件大小为841KB，图像分辨率为72ppi，保持图像尺寸不变，用图象处理软件提高其图象分辨率到144ppi，这时文件大小变为3364KB。
图象分辨率也影响到图象在屏幕上的显示大小。如果在一台设备分辨率为72DPI的显示器上将图象分辨率从72ppi增大到144ppi（保持图象尺寸不变），那么该图象将以原图象实际尺寸的两倍显示在屏幕上。
一般来说，降低图象分辨率后再增大是不明智的。由于降低图象分辨率时将删除图象中的一些原始信息，然后在增大其分辨率时又要重新计算丢失象素的色值以便增加信息，这时重新增大分辨率的图象就没有原来的高分辨率图象效果好了。
6．打印机分辨率
打印机分辨率又称为输出分辨率，所指的是打印输出的分辨率极限，而打印机分辨率也决定了输出的质量。打印机分辨率越高，除了可以减少打印的锯齿边缘之外，在灰度的半色调表现上也会较为平滑。
打印机的分辨率通常是以dpi（每英寸中所包含的点数）来表示。目前市场上的打印机当中，24针的针式打印机的分辨率约为180dpi；而喷墨式打印机的分辨率可达300，甚至720dpi，不过如果真要打印这么高的分辨率，所使用的也必须是特殊的纸张；所以喷墨式打印机比较适合于个人作彩色输出使用。
除了喷墨打印机之外， 激光打印机的分辨率又要高一筹。较老的机型通常在300―360dpi之间，近来由于超微细碳粉技术的成熟，使得分辨率可以达到600甚至1200dpi，作为专业的排版输出这已经绰绰有余了。
在专业输出上，也经常会使用到热升华彩色打印机作为输出设备，其分辨率的极限约为300点。
7．扫描仪分辨率
扫描仪分辨率指的是扫描仪的解析极限，表示的方法和打印机分辨率相当类似，一般也以dpi来表示。不过正如前面所指出的那样，这里的点是指样点，与打印机的输出点是不同的。扫描仪的分辨率在纵向是由步进马达的精度来决定的，而横向则是由感光元件的密度来决定的。
一般台式扫描仪的分辨率可以分为两种规格，第一种是光学分辨率，指的是扫描仪的硬件所真正扫描到的图象分辨率，目前市场上的产品级可以达到800－1200dpi以上。第二种则是输出分辨率，这是通过软件强化以及内插补点之后所产生的分辨率，大约为光学分辨率的3－4倍左右。所以当你见到一台分辨率号称2400dpi的扫描仪时，不要大惊小怪，先要看清楚这是光学分辨率还是输出分辨率。
在扫描一幅数字图象之前所作的操作，将影响到最后图象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，它取决于图象将以何种方式显示或打印。
如果扫描图象用于640×480象素的屏幕显示，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，扫描图象是为以后在高分辨率设备上输出而准备的，此时就需要采用较高的扫描分辨率。
如果图象扫描分辨率过低，图象处理软件可能会用单个象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，则数字图象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象，在打印输出时就会使图象色调的细微过渡丢失，导致打印出的图象过于呆板无味。
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、扫描和输出图象尺寸来计算正确的扫描分辨率。其步骤如下：
1)用输出图象的最大尺寸乘以网屏分辨率，然后再乘以网线数比率 （通常情况下为2∶1） ，得到该图象所需象素总数。
2)用象素总数除以扫描图象的最长尺寸即得到最优扫描分辨率。
用公式来描述即为：
图象扫描分辨率＝输出图象最长尺寸×网屏分辨率×网线数比率／扫描图象最长尺寸
例如，扫描图象宽2英寸、高3英寸，需要打印机输出图象的宽为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。
图象扫描分辨率＝6×150×2／3＝600DPI
上面我们介绍了这几种主要的分辨率，最后请读者在进行图形图象处理和应用程序设计时加以注意：虽然分辨率越高，所呈现出来的图象质量也越高，但这是要付出代价的，分辨率越高，则图象文件就会越大，所占的内存也会越多。
人类信息交流中，最丰富的信息流是视觉媒体。凡是通过视觉传递信息的媒体，都属于视觉类媒体。它包括图形、图象、文字以及一切形象化的视觉信息形式。视觉类媒体特性研究，涉及光度学、色度学、图形学、数字信号处理和人类视觉胜利心理特性等，认识和运用其基本特征，是视觉媒体处理的各种技术之基础。作为一名专业的图形设计员来说，了解视觉媒体特性是必不可缺的。下面我们将从几个不同的侧面来分析和说明视觉类媒体的主要特性。
一、可见光谱与光度学参量
人眼所看到的客观存在的世界，通常称之为景象。客观物体所发出的光线或是物体受光源照射后所反射、透射的光，在人的视网膜上成象，是一种自然的生理功能，它使人能借助视媒体去认识世界。近代科学的发展，特别是光电转换技术进步，使人类能够以各种方法来记录、处理、传输客观景象，如各类图片、照片、绘画、文稿、X光胶片等；不仅是获取和记录那些人眼可见的图象信息还可利用非可见光和其它手段成象，或利用适当转换装置将其变为人眼可视图象，例如红外成象、超声成象、微波成象等；科学技术使人的视觉能力逐步增强和延伸。从物理上讲，光线是电磁波的一种能量辐射形式。电磁波的主要多数包括：传播方向，所具能量，极化情况和波长。电磁波的频率范围很宽，根据波长不同，具有不同性质，包括无线电波、红外线、可见光谱、紫外线、X射线、宇宙射线等。可见光谱在电磁波中仅是很窄的一段，其波长在380至780毫微米之间，波长不同呈现不同的颜色，从紫、蓝、绿、黄到橙、红，连续地变化描述方法使用如下物理量：光源发光强度、光通量、照度、亮度，还使用视敏曲线反映人眼的感觉特性。
二、三基色原理
不同波长的单色光会引起不同的彩色感觉，然而同样的彩色感觉却可以来源于不同的光谱成分的组合，这个事实说明，光谱分布与彩色感觉之间的关系是多对一的，也说明在彩色重现过程中并不要求客观景物反射光的光谱成分，而重要的是人眼应获得原景物的相同的彩色视觉。实验证实，大自然中几乎所有颜色都可以用几种基色按不同比例混合而得到。三基色原理包括如下内容：
1．选择三种相互独立的颜色，即不能以其中两种混合而得到第三种作为基色，将这三基色按不同比例进行组合,可获得自然界各种彩色感觉。如彩色电视技术中选用红（R)、绿（G)和蓝（B)作为基色，印染技术中选用黄、品红、青作为基色。
2．任意两种非基色的彩色相混合也可以得到一种新的彩色，但它应该等于把两种彩色各自分解为三基色，然后将基色分量分别相加后再相混合而得到的颜色。
3．三基色的大小决定彩色光的亮度，混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。
4．三基色的比例决定混合色的色调，当三基色混合比例相同时，色调相同。
利用三基色原理，将彩色分解和重现，最终实现在视觉上的各种不同彩色，是彩色图象的显示和表达的基本方法。在各类彩色应用技术中，人们使用多种混色方法，但从本质上讲是两种: 相加混色和相减混色。
相减混色利用了滤光特性，即在白光中减去不需要的彩色，留下所需要颜色。如印染、颜料等采用的相减混色。相减混色关系式如：黄色= 白色－蓝色，青色= 白色－红色，红色= 白色－蓝色－绿色，黑色= 白色－蓝色－绿色－红色。
相加混色不仅运用三基色原理，还进一步利用人眼的视觉特性，产生较相减混色更宽的彩色范围。常用的相加混色方法有以下三种：
·时间混色法：将三基色按一定比例轮流投射到同一屏幕上，由于人眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样。这是顺序制彩色电视图象显示的基础。
·空间混色法：将三基色同时投射到彼此距离很近的点上，利用人眼分辨力有限的特性而产生混色，或者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合成光，这是同时制彩色电视图象和计算机图象的显示基础。
·生理混色法：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也能获得混色效果。
三、视觉生理和心理规律
关于人眼视觉机理、人脑从景物提取信息等问题，科学家们还难以作出清楚的解释。视觉媒体的重要性促使人类对此进行大量的实验研究，并在此基础上提出假说，总结规律。运用视觉生理和心理过程的这些实验规律，在彩色电视实用化和图象工程应用上许多成功实践，表明这些视觉规律经得起考验，对研究发展视觉类媒体具有极其重要的意义。
人的眼睛是一个巧妙的器官，其视觉能力是令现代科学技术工作者惊叹的。现将主要规律概括如下：
1．视觉调节力
通过改变晶体的折射率，人眼可调节视距；依靠视细胞和瞳孔的调节，眼睛能适应非常宽的亮度范围，所能感受亮度上、下限之比为l000：1。控制眼球运动的肌肉有六种，使眼睛能自发的或反射性的，还有非自发的运动参与，扩宽视野或观察视媒体细节，具有更好的临场感受和恰当的扫描方式。
2．视觉暂留性
眼睛的另一个重要特性是视觉惰性，即光象一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光象的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留性。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0．05至0．2秒。视觉暂留性事实上是近代电影与电视的基础，因为运动的视频图象都是运用快速更换静态图象，利用视觉暂留性而在大脑中形成图象内容连续运动感觉的。光栅扫描技术、计算机动画设计也利用了视觉暂留性，精确安排视觉暂留时间。 3．视觉锐度
眼睛分辨景物细节的能力叫视力，又叫视觉锐度（Visual Acuteness）。眼睛分辨景物细节的能力有一极限值，若以人眼对被观察物体相邻最近两点的最小视角为θ来表示，则视力定义为该θ的倒数。θ以角分为单位，这与医学中视力定义一致。
视力与下述因素有关：人的视网膜上光敏细胞间物理距离决定人眼分辨率的极限，当景物成象在黄斑区，分辨率最高；当亮度和对比度过低，视力下降；当亮度过高，视力不会增加，甚至因“眩目”而降低。人限对彩色分辨率低于对亮度分辨率，而且对不同颜色构成的彩图细节的分辨率也不同。
4．亮度辨别力
人眼在比较两个强弱不同亮度时，有较好的判断力，对亮度变化过程敏感。对于不同亮度的背景，人能察觉到的最小亮度差别也不同。人眼分辨亮度的能力与背景亮度有关，也即对比灵敏度不同。对比度C定义为：C＝Bmax／Bmix。Bmax和Bmix是重现图象或景物时的最大和最小亮度。只要保持该C常数，就可实现人眼亮度分辨的重现。 5．空间频率响应
在人眼视力范围之内，对于图象上不同空间频率成分具有不同的灵敏度。实验表明，人眼对中频响应较高，对高、低频的响应较低，因而视觉上会显出马赫带效应，即亮度突变处明显增强。这时人眼判读特定目标有利。
6．适应性及对比效应
人眼通过自身的适应性调节，摄取视觉空间的信息及其变化状态。具体适应性规律表现在以下几方面：
明暗条件变化下的眼适应，亮适应（即由暗到亮变化）时，几秒钟就能分辨出景象的明暗和颜色，其过程约在3分钟内达到稳定。暗适应（即由亮到暗处）时，几分钟才能分辨景象，约45分钟才稳定，过程要长些。
大多数的输入设备都产生位图。主要的例外情况是定位设备，如数字化仪和鼠标，它们仅产生向量数据，常用位图输入设备有扫描仪（彩色或单色）、图象捕获板及传真机。
应用程序事实上决定了数据的文件格式，而不是输入设备的文件格式，例如Paint程序使用鼠标进行输入但仍然产生位图文件。扫描仪传输位图信息，但复杂的图形艺术程序可能将它转换成向量格式。大多数情况下文件格式的类型（位图或向量）要与输入设备相匹配。
扫描仪是最常见的输入设备，现在扫描仪对有些格式都可用且功能很强，较典型的便宜的扫描仪是单色的，有2-―256级阴影，分辨率在每英寸60-400点之间（dpi）。有时选择低分辨率（dpi）的扫描仪，用软件来抖动图象，这样也能获得较多的灰度，许多单色扫描仪也有彩色偏差，例如红色不敏感或绿色不敏感，因此当扫描一彩色图象时，某些彩色就不能记录。
除了单色扫描之外，还有具备较高空间分辨率、较大彩色深度、有较多彩色的扫描仪。并且，对多达24位彩色的设备来讲本书中提到的大多数位图、打印机或图形元文件格式就足够了。说到底，空间分辨率和彩色深度的发展很快，如果还要加色彩学和光度学的数据，则最好使用TIFF或Postscript，它们可以具有彩色深度、分辨度、光度学和色彩学的数据。
传真机是一个越来越常见的扫描和重建图形方法，一般说来，这种图象的数据由CCITT标准定义，包括数据压缩。像TIFF或PostScript这样的文件格式支持这些标准，因此很容易获取传真数据，对传真传输而言，许多传真机都模仿一般的打印机，因此也接受像Hewlett－packard的PCI文件格式。
视频输入现在不太常见，但随着多媒体和其他应用的发展它会越来越常用，现在的多媒体应用中一般使用位图格式，如Trilevision的Targa，Amiga的IFF／LBM和CompuServe的GIF等。高速帧速率的多媒体应用特别要求效率和压缩比。它们要根据电视工业的标准进行画图。数据文件或数据流说明一直飞速发展，在众多格式中，只有JPEG能进入这个高性能的领域。

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