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计算机图形学、图像处理是计算机理论与应用领域的2个分支学科,其相关技术已经在各行各业中得到了广泛的应用。
计算机图形学是计算机科学中一个比较年轻的分支学科,其主要研究内容包括:几何模型的构造技术、图形生成技术、图形的操作与处理方法、图形信息的存储检索及交换技术、人机交互及用户接口技术、动画技术、图形输出设备与输出技术、图形标准与图形软件包的开发技术等。
图形图像处理指的是使用图形图像输入/输出设备、图形图像算法与软件在计算机上处理和生成静态或动态的图形图像。
图像处理基本上可以分为两大类:模拟图像处理和数字图像处理。对于后者,我们称它为计算机图像处理,其主要研究内容包括:图像信息的获取、图像信息的存储、图像信息的传送、图像信息的处理、图像的输出与显示等。
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眼睛对光的感觉被称为光觉,对颜色的感觉被称为色觉,它们是眼睛的基本特性。
光觉
视觉系统要产生光感觉,就需要有一定量的光进入眼球,我们把产生光觉的最小亮度称为光觉门限或光觉阈。
光觉门限值大约为
(尼特)
光觉门限与刺激面积有密切关系,这种关系可以使用里克(Ricco)定理和里波(Riper)定理来描述。
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当刺激面积较小时,服从里克定理,
上式中,
为光觉门限的强度,
为刺激面积。
当刺激面积较大时,服从里波定理,
一般情况下,里克定理和里波定理可以统一起来表达,这两个定理被统称为里波定理。
光觉门限与时间的关系由布洛克(Block)定理来描述
为刺激时间,其大小应小于
,即在时间较短的范围内才成立。
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色觉
人们对色觉的普遍认识是:光线波长的不同而产生了不同的颜色感觉。色觉是视觉系统的基本机能,对于图像和物体的检测具有重要意义。对人眼而言,可见光线的波长在380~780mμ范围内,一般可分辨出包括紫、蓝、青、绿、黄、橙、红等7种主要颜色在内的120~180种不同的颜色。
色觉的实现主要依赖于视锥细胞。
目前,一般采用“三原色学说”来解释色觉机理。
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计算机图形学
计算机图形学是研究图形处理技术(利用计算机来处理图形)的学科,它包括图形处理的原理、方法和技术等内容。
主要研究内容
图形的生成和表示技术。
图形的运算方法。
图形输入输出设备及相应的输入输出技术。
图形系统与支持部件。
图形信息的描述和表示。
几何模型的构造技术与动画技术。
图形的实时性与真实感。
主要应用领域
1)科学计算可视化。2)图形用户界面。3)计算机辅助设计。
4)娱乐与计算机动画。5)图形实时绘制与自然景物仿真。6)计算机艺术。
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计算机图形与图形基元
实际上,计算机图形是一个广义的概念,它既包括了描述图形,也包括了自然图形。
从构成图形的要素来看,图形是由点、线、面、体等几何要素以及明暗、灰度、色彩等非几何要素构成的。
点是只有位置而没有大小和形状的图形,它可以使用坐标值来标识。
线是点的轨迹,分为直线、曲线两大类。
色彩是由于物体对不同光波的反射和吸收特性而产生的,没有光便没有任何色彩。
综上所述,我们可以这样来描述计算机图形:它是从客观世界的物体中抽象出来的、具有灰度或色彩以及具有形状的图或形。事实上,这样的定义也涵盖了“图像”这一概念。
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图形基元指的是最基本的图形元素。在计算机图形学中,它实际上包括两层含义,即静态含义和动态含义。
前者指的是图形基元的逻辑意义,即前面所述的基本图形单元在计算机内的表示;
后者指的是显示输出图形基元的过程(被称为输出基元或图形输出原语),即在输出设备的指定位置使用最基本的输出原语来生成确定的图形几何结构。
在图形系统中,计算机图形是以指令的形式来存放的。
一幅计算机图形
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常用坐标系统
世界坐标系。这是一种与设备无关的、用于描述计算机图形的直角坐标系统,常用于计算机图形的存储、输入与输出等。
设备坐标系。这是一种与具体的图形设备密切相关的坐标系统,例如屏幕坐标系就是一种适用于显示设备的坐标系统。
归一化设备坐标。它也被称为正则坐标或规则化坐标,这是一个用于计算机图形处理的中间过程的坐标系,它将坐标值范围规定在某个范围内(一般是0~1之间)。以归一化设备坐标表示的计算机图形,在任何设备空间中都能处于相同的相对位置。例如,在有多个输出设备时,归一化设备坐标最常用于视区规范。
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数字图像处理学
数字图像处理技术起源于20世纪20年代,当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片,其中就采用了数字压缩技术。
重要性主要体现在三个方面:图像处理为人类从客观世界获取信息提供了重要来源、图像处理是人类视觉延续的重要手段、图像处理对国计民生有重要意义。
主要研究内容
图像信息的获取。
图像信息的存储。
图像信息的传输。
图像信息的处理。
图像的输出与显示。
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