《图像与图形》课件

图像与图形本课件将带您深入了解图像和图形背后的奥秘从基本概念到实际应用，我们将探索图像的生成、处理和分析课程大纲图像基础图像操作图形基础三维图形图像的定义、特点、分类和存图像读取、显示、缩放、裁剪几何图元、坐标系统、变换操三维坐标系、几何体、图形变储格式、旋转和翻转作换图像数字化表示像素、分辨图像处理技术直方图均衡化二维图形绘制直线、圆、多总结和展望率、颜色模型、采样和量化、滤波处理和边缘检测边形和曲线绘制图像基础知识图像基础知识是理解和处理图像的关键包括图像的定义、特点、分类和存储格式等图像的定义和特点

1.1视觉信息光学现象图像是一种视觉信息载体，可以用来记录、存储图像的形成是基于光学原理，通过光线照射物体和传递现实世界中的场景，再由光学设备捕捉光线形成数字表示二维信息图像可以用数字形式表示，由像素矩阵组成，每图像通常是二维的，用宽度和高度表示，包含了个像素代表一个颜色值空间位置和颜色信息图像的分类

1.2位图图像矢量图像

11.

22.位图图像由像素组成，每个像矢量图像使用数学公式描述图素存储颜色信息形，不依赖于像素，因此可以无限放大灰度图像彩色图像

33.

44.灰度图像只包含亮度信息，没彩色图像包含红、绿、蓝三种有颜色信息颜色通道的信息，可以展现更丰富的色彩图像的存储格式

1.3格式格式格式格式JPEG PNGGIF TIFFJPEG是一种常用的压缩图像格PNG是一种无损压缩图像格式GIF是一种支持动画的图像格式TIFF是一种专业的图像格式，式，它使用有损压缩技术，可以，它可以保留原始图像数据，适，常用于制作简单的动画效果，它支持多种压缩算法，可以存储有效地减小文件大小用于需要高质量图像的场景它使用索引颜色来减少文件大小高质量的图像，常用于印刷和出版行业图像的数字化表示图像的数字化表示是将图像转换为计算机可以理解和处理的形式它涉及将图像分解为像素，并使用数字来表示每个像素的颜色和亮度信息像素和分辨率

2.1像素分辨率单位像素是图像的基本组成单元，每个像素分辨率是指图像中像素的数量，它反映图像分辨率通常用每英寸像素数（PPI代表图像中的一个点每个像素的颜色了图像的清晰度分辨率越高，图像的）表示PPI越高，图像的像素密度越和亮度值决定了图像的最终外观细节越丰富，清晰度越高高，图像越精细颜色模型

2.2颜色模型颜色模型1RGB2CMYK是最常见的颜色模型之一，用主要用于印刷行业，使用青色于显示器和数码相机、洋红色、黄色和黑色墨水混合颜色模型其他颜色模型3HSV4基于色调、饱和度和亮度，更还有如HSB、Lab等模型，根接近人类感知颜色方式据应用场景选择图像的采样和量化

2.3图像采样图像量化图像采样是将连续的图像信号转换成离散的像素值的过程它决定图像量化是将像素值从连续的数值范围映射到有限的离散值的过程了图像的分辨率，即图像的清晰度它决定了图像的颜色深度，即图像的颜色数量图像的基本操作图像的基本操作是图像处理的基础，可以对图像进行简单的修改和处理，为后续的更高级操作做准备图像的读取和显示

3.1图像读取图像显示图像读取是指将存储在硬盘或其他图像显示是指将内存中的图像数据存储介质上的图像数据加载到内存渲染到显示设备上，例如计算机屏中，以便计算机程序能够访问和处幕或打印机，以便用户能够观察和理这些数据理解图像内容图像文件格式图像处理库不同的图像文件格式使用不同的编图像处理库提供了一组函数和工具码方式来存储图像数据例如，，用于执行各种图像操作，例如读JPEG格式使用有损压缩，而PNG取、显示、缩放、旋转、滤波等格式使用无损压缩图像的缩放和裁剪

3.2图像缩放图像缩放通过调整图像尺寸来改变图像大小，可以放大或缩小图像最近邻插值最近邻插值方法简单快速，但可能会导致图像出现锯齿状边缘，尤其是在放大时双线性插值双线性插值方法考虑了周围像素的平均值，能生成更平滑的图像，但计算量较大图像裁剪图像裁剪可以去除图像中的不需要的部分，通常用来移除图像边缘或调整图像比例图像的旋转和翻转

3.3旋转操作1旋转操作通过指定旋转中心和角度，将图像围绕中心点进行旋转翻转操作2翻转操作将图像沿水平或垂直方向翻转，形成镜像效果应用场景3•调整图像方向•创建特殊视觉效果图像处理技术

4.图像处理技术可以对图像进行各种操作，以增强图像质量、提取有用信息或创建特殊效果直方图均衡化

4.1图像直方图均衡化目的表示图像中不同灰度值像素的数量分增强图像对比度，提高图像清晰度布均衡化原理均衡化方法将图像灰度值的分布变得均匀使用累积分布函数进行灰度映射滤波处理

4.2平滑滤波锐化滤波平滑滤波可以用来去除图像中的噪声它通过计算像素周围的平均锐化滤波可以用来增强图像的细节它通过突出图像的边缘和细节值来实现平滑效果来实现锐化效果边缘检测

4.3边缘检测边缘检测方法应用边缘检测用于识别图像中的边界或不连续性常用的边缘检测方法包括梯度算子、拉普拉边缘检测广泛应用于图像分割、目标识别、，例如物体的轮廓、物体之间的分离或纹理斯算子以及Canny算子图像压缩以及机器视觉等领域的变化图形基础知识

5.图形学是计算机科学的一个重要分支，它研究计算机图形的生成、处理和显示图形学在计算机动画、游戏、虚拟现实、图像处理等领域有着广泛的应用几何图元

5.1点线

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22.点是最基本的几何元素，它没线是具有长度，但没有宽度和有长度、宽度和高度，只是一高度的几何元素，由多个点组个位置成，可以是直线或曲线面体

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44.面具有长度和宽度，但没有高体具有长度、宽度和高度，由度，由多条线围成，可以是平多个面围成，可以是立方体、面或曲面球体等坐标系统

5.2二维坐标系统三维坐标系统二维坐标系通常使用笛卡尔坐标系，也称为直角坐标系它由两条相互垂直三维坐标系是二维坐标系的扩展，它添加了第三条垂直于x轴和y轴的z轴的数轴组成，分别称为x轴和y轴，用以确定平面上的点的位置，用于确定空间中点的三维位置变换操作

5.3缩放变换旋转变换改变物体大小，调整比例围绕一个点旋转，改变物体方向平移变换镜像变换沿某个方向移动物体，改变物体位置对称翻转物体，产生镜像效果二维图形绘制二维图形绘制是计算机图形学中的基本操作，它通过对直线、曲线、多边形等几何图元的绘制，创建出各种图形和图像二维图形绘制在游戏、动画、图形设计等领域有着广泛的应用直线和圆的绘制

6.1算法Bresenham1用于绘制直线和圆算法DDA2用于绘制直线和圆中点算法3用于绘制直线和圆绘制直线和圆是二维图形绘制中最基础的操作，也是很多其他图形绘制的基础直线和圆的绘制算法有很多，例如Bresenham算法、DDA算法和中点算法，每种算法都各有优缺点多边形绘制

6.2扫描线算法1按行遍历多边形，判断每条扫描线与多边形的交点，进行填充多边形填充2确定多边形内部的像素，进行着色多边形边界3确定多边形顶点和边多边形绘制是图形学中重要的绘制技术之一，它涉及到多边形边界、多边形填充和扫描线算法等多个步骤通过这些步骤，我们可以将一个多边形准确地绘制在屏幕上，呈现出各种各样的形状曲线绘制

6.3曲线绘制是计算机图形学中的一个重要问题，它允许我们绘制各种形状的曲线贝塞尔曲线1使用控制点来定义曲线形状样条曲线2由一系列控制点和权重定义样条曲线B3基于B样条函数的曲线曲线绘制方法有很多，它们根据其数学基础和应用范围进行分类三维图形绘制

7.三维图形绘制是计算机图形学中的重要组成部分，它模拟现实世界中的物体，并在屏幕上呈现出逼真的图像三维图形绘制涉及多个步骤，包括建模、渲染、动画等三维坐标系

7.1空间位置描述坐标轴方向三维坐标系用于描述空间中点的精通常使用X、Y和Z轴来表示三维确位置，帮助构建和操作三维模型空间，并定义了方向，例如X轴表示水平方向，Y轴表示垂直方向，Z轴表示深度方向单位选择坐标系类型可以使用各种单位，例如米、厘米常用的三维坐标系包括笛卡尔坐标或英寸，来定义空间中的距离和尺系和球坐标系，它们分别以不同的寸方式表示空间点的位置三维几何体

7.2立方体球体立方体是由六个正方形面组成的三维球体是由所有点到中心距离相等的点几何体，每个面都是正方形且彼此垂组成的三维几何体，其表面是一个连直续的曲面圆锥圆柱圆锥是由一个圆形底面和一个顶点组圆柱是由两个平行的圆形底面和一个成，所有顶点到圆周的线段构成圆锥侧面组成，所有侧面都是平行于圆周的侧面的直线段三维图形变换

7.3平移变换旋转变换缩放变换反射变换改变物体在三维空间中的位置绕某个轴旋转物体可以使用改变物体的大小沿着x轴、y通过一个平面反射物体可以沿着x轴、y轴或z轴移动欧拉角或四元数表示旋转轴或z轴进行缩放是关于x轴、y轴或z轴的反射总结和展望本课程介绍了图像与图形的基础知识和核心技术图像与图形处理应用广泛，例如计算机视觉、数字图像处理、游戏开发等未来，图像与图形技术将会继续发展，例如人工智能、虚拟现实、增强现实等领域。