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第42章 数字图像传播(4)

(6)TIFF格式

TIFF格式是一种灵活的图像格式,几乎被所有绘画、图像编辑和页面排版应用程序支持。它的颜色存储格式有8位、24位、32位、48位等多种,支持RGB、CMYK以及YUV等多种色彩模式,支持多平台。TIFF文件可以是不压缩的,文件体积较大,也可以是压缩的,支持RAW、LZW、JPEG等多种压缩算法。3DSMAX中的大量贴图就是TIFF格式的。

(7)PNG格式

PNG格式是Macromedia公司Fireworks软件的默认格式,这是一种新兴的网络图像格式,结合了GIF和JPEG的优点。PNG最大色深为48位,采用无损压缩方案存储。

(8)TGA格式

TGA格式是由美国Truevision公司为其显示卡开发的一种图像文件格式,结构比较简单。它是专门为捕获电视图像所设计的,在多媒体领域有很大影响,是计算机生成的高质量图像向电视转换的一种首选格式。例如:在计算机上用3DMAX或用After Effect制作完动画、特技后,要高质量的转到录像带上,一般是先用计算机生成满屏的24位真彩色的TGA图像序列(顺序编号的图像),然后再用桌面非线编辑系统串接成一部电影,最后录制到录像带上。

TGA格式最大的特点是可以做出不规则形状的图形、图像文件,一般图形、图像文件都为四方形,TGA格式可以是圆形、菱形甚至是镂空的图像文件。TGA格式使用无损压缩算法,文件一般很大。

(9)SVG格式

SVG是W3C(World Wide Web Con Sor—tium,国际互联网标准组织)在2000年8月制定的一种二维矢量图形格式,也是规范的网络矢量图形标准。它具有很多优势,如用户可以任意放大图像而不会牺牲清晰度和细节;文字在SVG图像中保留可编辑和可搜索状态,没有字体限制;SVG文件比JPEG和GIF格式的文件要小很多;SVG是基于XML的,可以提供很强的动态交互功能,它还可以对用户的动作通过高光显示、工具技巧、特殊效果、声音和动画进行反应和显示等等。

除了上述图像文件格式,还有CDR(Corel Draw)、COL(Auto desk Animator、Auto desk Animator Pro等程序创建的一种调色板文件格式)、DWG、DXF、WMF、AI等多种文件格式,在具体应用时可根据需要的图像质量、图像灵活性、图像存储效率以及应用程序是否支持等几个方面进行选择。

3.数字图像的编辑

获得数字图形图像素材后,一般要经过再处理才能符合设计需要或令人满意。

图形处理的基本内容有:几何变换,如平移、旋转、缩放、透视和投影等;曲线和曲面拟合;建模或造型;隐线、隐面消除;阴暗处理;纹理产生;配色等等。

图像处理的内容有:放大、缩小、平移、坐标轴旋转、透视图制作、位置重合、几何校正、γ校正、灰度线制作、图像增强和复原、图像变换、图像编码压缩、图像重建、图像分割和特征提取、图像识别、局部图像选出或去除,轮廓周长计算、面积计算以及各种正交变换等。此外,还有特技处理,如拼接、合成、变换背景、变形、浮雕效果、马赛克效果等。

图形处理与图像处理的区别在于,图形处理着重研究怎样将数据和几何模型变成可视的图形,这种图形可能是自然界根本不存在的,即人工创造的画面。图像处理侧重于将客观世界中原来存在的物体影像处理成新的数字化图像,关心的问题是如何压缩数据、如何识别、提取特征、三维重建等内容。

4.数字图像的输出

屏幕显示。图像显示的质量与显示分辨率及显示色彩数有关。因此,作为显示输出的图像数据的参数选取要充分考虑显示设备的指标要求。

打印输出。把计算机上的数字图像变为清晰逼真的硬拷贝图像。

光盘、网络等输出。可以用可录光盘保存下来,也可以直接在互联网上传输、播出。

视频输出。在电视节目制作中越来越多地利用数字图像文件,如各种背景图像资料。在数字图像处理完成后,可以转化成视频信号进行播出。

第二节 数字图像信息处理设备和工具

一、数字照相机

1.工作原理

数字照相机又称数码相机,是位图图像的采集设备。

数码相机的系统工作过程就是把光信号转换为数字电信号的过程。数码相机使用感光元件(多用CCD)代替胶卷感光成像。当数码相机对准拍摄画面后,按下快门,被拍摄画面物体上反射出的光通过相机的光学器件成像并投射到CCD元件上,CCD元件输出与入射光亮度、色彩成正比的模拟电压。模拟电压经过A/D转换后变成数字信号,再通过白平衡及色彩校正、图像压缩等数字电路处理后以图像文件的形式存储在数码相机的存储器中。需要时,可以将存储在存储器中的图像数据通过串行接口(USB或IEEE1394接口)输入到计算机中保存,或进行处理。

2.性能指标

(1)CCD

CCD的性能指标是评价数码相机优劣的重要指标。

衡量CCD的性能指标很多,有像素数量、CCD尺寸、灵敏度、信噪比等,其中像素数以及CCD尺寸是重要的指标。像素数是指CCD上感光点的数量。像素数越多,画面就会越清晰,理论上CCD的像素数量应该越多越好。但CCD像素数的增加会使制造成本大大提高,而且像素数提高到一定程度很难再有突破。目前1000万像素以上的CCD已经非常常见,但由于各生产厂家采用不同的计算方法,造成CCD的像素并不直接对应相机的实际像素,通常还要看相机实际所具有的总像素数。一般而言,总像素水平高的数码相机可以得到高质量的照片。拍摄时,数码相机分辨率的高低可以根据用户要求随时切换。

CCD的尺寸指CCD对角线的长度。在像素数一样的情况下,CCD尺寸越大单位像素就越大。这样,单位像素可以收集更多的光线,能记录更多的图像细节,各像素间的干扰也小,成像质量也就越好。而且CCD尺寸越小,快门延迟问题就越严重。数码相机的CCD尺寸主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.5英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸等几种。

目前,为了增加CCD像素数,大多数厂商采用的方法不是增大CCD尺寸,而是降低单个像素面积,增加像素密度。但是,单个像素的面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄。因此这种方法不能无限制地增大分辨率。如果不增加CCD面积而一味地提高分辨率,只会引起图像质量的恶化。

(2)镜头的光学质量

数码相机成像质量的好坏不仅仅是由CCD决定的,镜头成像的好坏也直接影响相机所拍摄图像的质量。

设计优良的高档相机镜头由多组镜片构成,并含有非球面镜片,可以显著减少色偏和抑制图像畸变、失真,材质选用价格昂贵的萤石或玻璃来做镜片,而家用和半专业相机的镜头为减轻重量和降低成本,采用的是树脂合成的镜片。

(3)颜色深度

即相机对颜色的表现能力,目前24位色深是数码相机的标准能力,色深位数越大表现的色彩越丰富。

(4)白平衡

白平衡效果就像传统相机胶卷的色温,即胶卷适用于何种光型,这直接影响到数码相机所拍摄图像对色彩的再现能力和色彩还原的准确性。

所谓白平衡,就是摄像机对白色物体的正确还原。人眼观看世界时,在不同的光线下,对相同的颜色的感觉基本是相同的,如在旭日初升时,我们看一个白色的物体,感觉它是白的;而在夜晚昏暗的灯光下看到白色物体,感觉它仍然是白的。这是由于人在成长过程中,大脑已经对不同光线下的物体的彩色还原有了适应性。但是,数码相机没有人眼的适应性,由于CCD输出的不平衡性,如果照射物体的光线发生变化,那么其拍摄的图像色彩也会发生变化,造成色彩还原失真:图像或者偏蓝,或者偏红。

为了解决这个问题,数码相机都具有白平衡校正功能,对不同的色温进行补偿,从而真实地还原被摄物体的色彩。白平衡校正既可以自动也可以手动进行。数码相机能够在一定色温范围内自动进行白平衡校正,其能够自动校正的色温范围大约在2500K-7000K之间,超过此范围,一般无法进行自动校正而造成拍摄画面色彩失真,此时应当手动进行白平衡调整。

与传统相机不同的是,数码相机不是通过附加滤色镜来达到白平衡效果,它只是通过内置程序对整幅图像的色彩进行调节。

(5)取景器

数码相机的取景器可以分为光学取景器和电子取景器。

光学取景器,顾名思义就是自然光通过光学组件,经过反射、折射直接进入人眼来完成取景工作。根据工作原理的不同,又分为旁轴和单反两种。旁轴平视取景的相机在正面开有取景窗口,被拍摄景物的光线直接从取景窗口射入,然后从相机背面的取景窗进入观察者的眼睛。由于旁轴平视取景相机的取景窗口与镜头是分开的,所以从取景器中看到的图像和实际拍摄下来的图像大小、位置都有一定差别,即“视差”。

单反就是指单镜头反光同轴式,即SLR(Single Lens Reflex)。采用这种技术的相机只有一个镜头,这个镜头既负责摄影也用来取景。该系统的核心是一块活动的反光镜,它呈45°角安放在CCD平面的前面。进入镜头的光线由反光镜向上反射到一块毛玻璃上。毛玻璃的上方安装了一个五棱镜。这种棱镜将光线多次反射改变光路,最后将影像送至目镜。几乎所有SLR照相机的快门都直接位于CCD的前面,取景时,进入照相机的大部分光线都被反光镜向上反射到五棱镜,快门闭合,没有光线到达感光元件。当按下快门按钮时,反光镜便会向上弹起,CCD前面的快门同时打开,通过镜头的光线便投影到CCD上感光,然后反光镜立即恢复原状,观景窗中可以再次看到影像。单镜头反光相机使观景窗中所看到的影像和记录下来的图像完全一样,有利于直观地取景构图。单镜头反光的取景方式意味着专业定位。当然,反光镜的这一翻起动作也带来了一些问题,如拍摄照片的瞬间,取景器会被挡住;反光镜运动的噪声在需要安静的场所会造成干扰;反光镜的翻起动作可能造成相机整体的运动,在以较低的快门速度拍摄时很成问题。

电子取景器主要有EVF、LCD等取景方式,这种相机的CCD一直受光,CCD输出的电信号直接送入液晶显示屏显示,以供用户取景。而按下快门拍摄是通过电路控制CCD的工作时间来完成的。

此外,数码相机还有一些重要参数,如图像压缩率、存储卡大小、变焦倍数、最大闪光距离及最小拍摄距离(前者越大越好,后者越小越好)、快门速度范围、光圈大小范围、是否具有曝光补偿、支持哪些文件格式、是否具有连拍功能、每张照片拍摄的时间间隔、录像时间、配用何种电池等等。

3.基本操作

(1)调整影像质量。各种数码相机对于拍摄影像的质量都会有若干可选项,包括影像的分辨率、压缩比的选择。只要存储卡的容量能满足拍摄的需要,应尽可能采用高分辨率、低压缩的原则来拍摄。

(2)感光度的选择。数码相机的感光度又称“相当感光度”,即相当于胶卷感光度的意思。感光度指CCD对光线的敏感程度,低感光度指ISO50以下,中感光度指ISO100~200,高感光度为ISO400以上。一般根据拍摄环境的亮度来选择不同的感光度,如环境光线不足导致生成的影像较暗时,可以选择提高感光度数值,但高感光度将使图像噪点增多或分辨率下降(不同的相机提高感光度的方式不同),对画质的损失很大,尤其是CCD尺寸较小的相机。因此,对于感光度的选择,只要能满足拍摄的需要,选低不选高。

(3)色彩模式的选择。对于色彩模式的选择类似于传统摄影中对彩色、黑白胶卷的选择。色彩模式一般有如下分类:

自然,真实再现景物的自然色彩

鲜艳,增强景物的色彩饱和度

Adobe RGB,与自然色彩模式一样,可真实再现实际场景的颜色,颜色空间也有更宽广的色域

黑白,生成单色图像

暴晒,产生部分色调颠倒的图像。可利用曝光补偿功能加强暴晒效果。

当然,也有各种滤镜色调来获得传统相机的某些特殊效果。

(4)白平衡选择

白平衡的调整起到校正色温的作用,在数字摄影中也可以利用电脑的图像处理软件对拍摄时的色温误差引起的偏色进行校正。但是如果在拍摄时就获得正常的色彩还原效果则更理想。白平衡调节模式有自动、日光、闪光灯、钨丝灯、荧光灯模式等等,专业的相机有手动模式,使用时需要具有丰富的经验和耐心。

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