劉艷梅

摘要:數(shù)字圖像處理即是計(jì)算機(jī)圖像處理,也就是說(shuō)把圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程。本文將重點(diǎn)介紹數(shù)字圖像處理研究的主要內(nèi)容和一些常見(jiàn)常用的計(jì)算機(jī)圖形圖像文件格式以及獲得高質(zhì)量視頻素材的方法。

關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)圖像;圖像文件格式;視頻素材;研究

數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing)是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)。開(kāi)始的時(shí)候圖像處理的目的是增加圖像的清晰度,調(diào)整圖像的亮度,剪裁圖像的大小等質(zhì)量問(wèn)題。輸入的是質(zhì)量低的圖像,輸出的是改善后的令人滿意的圖像。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)和其它各有關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展,例如在圖像表現(xiàn)、科學(xué)計(jì)算可視化、多媒體計(jì)算技術(shù)等方面的發(fā)展,數(shù)字圖像處理已從一個(gè)專門的研究領(lǐng)域變成了科學(xué)研究和人機(jī)界面中的一種普遍應(yīng)用的工具。因此計(jì)算機(jī)圖像處理是一個(gè)有待人們進(jìn)一步探索的新領(lǐng)域。

當(dāng)今隨著INTERNET及多媒體技術(shù)的高速,Web上或多媒體光盤中存在的大量生動(dòng)逼真的數(shù)字化圖形圖像,給電視節(jié)目制作人員帶來(lái)了許多非常優(yōu)美直觀的信息源,也使利用他人的靈感、作品來(lái)豐富電視節(jié)目的制作,包裝成為可能,因而倍受人們的喜愛(ài)。但多數(shù)電視制作人員對(duì)種類繁多的機(jī)圖形圖像文件知之甚少,本文將重點(diǎn)介紹數(shù)字圖像處理研究的主要內(nèi)容和一些常見(jiàn)常用的計(jì)算機(jī)圖形圖像文件格式以及獲得高質(zhì)量視頻素材的方法。

1 數(shù)字圖像處理研究的主要內(nèi)容

圖像獲取和圖像表現(xiàn)階段主要是把模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字形式,以及把數(shù)字圖像用所需要的形式顯示出來(lái)。

圖像復(fù)原當(dāng)造成圖像退化的原因已知時(shí),復(fù)原技術(shù)可用來(lái)進(jìn)行圖像的校正。復(fù)原技術(shù)是基于模型和數(shù)據(jù)的圖像恢復(fù),其目的是消除退化的影響,從而產(chǎn)生一個(gè)等價(jià)于理想成像系統(tǒng)所獲得的圖像。

圖像增強(qiáng)當(dāng)無(wú)法知道與圖像退化有關(guān)的定量信息時(shí),可以使用圖像增強(qiáng)技術(shù)較為主觀地改善圖像的質(zhì)量。

圖像分析對(duì)圖像中的不同對(duì)象進(jìn)行分割、特征提取和表示,從而有利于計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分類、識(shí)別、理解或解釋。

圖像重建由圖像的多個(gè)一維投影重建該圖像,可看成是特殊的圖像復(fù)原技術(shù)。

圖像編碼和壓縮對(duì)圖像進(jìn)行編碼的主要目的是為了壓縮數(shù)據(jù),便于存儲(chǔ)和傳輸。

2 圖形圖像的存儲(chǔ)格式

BMP文件:是Microsoft Windows所定義的圖像文件格式,最早應(yīng)用在Microsoft公司的Microsoft Windows窗口系統(tǒng)。眾所周知,Microsoft Windows 現(xiàn)今已成為PC機(jī)環(huán)境下窗口系統(tǒng)的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn),因而B(niǎo)MP圖像文件格式也越來(lái)越受到人們關(guān)注,在Windows環(huán)境中運(yùn)行的圖形圖像軟件都支持BMP圖像格式。

GIF文件:GIF文件是“Graphics Interchange Format”(圖形交換格式)的縮寫(xiě),是由CompuServe公司為了方便和BBS使用者傳送圖像數(shù)據(jù)而制定的一種圖像文件格式。,GIF圖像文件已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)和BBS上圖像傳輸?shù)耐ㄓ酶袷?經(jīng)常用于像動(dòng)畫(huà)、透明等特技制作。

TIF(TIFF)文件:TIFF文件是“Tag Image File Format”的縮寫(xiě),是由Aldus公司與微軟公司共同開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的圖像文件格式。它的最大特點(diǎn)就是與計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)以及圖形硬件系統(tǒng)無(wú)關(guān),它可以處理黑白、灰度、彩色圖像。在存儲(chǔ)真彩色圖像時(shí)和BMP格式一樣,直接存儲(chǔ)RGB三原色的濃度值而不使用彩色映像(調(diào)色板)。對(duì)于介質(zhì)之間的交換,TIF可以稱得上是位圖格式的最佳選擇之一。

PCX文件:PCX圖像文件是由Zsoft公司在80年代初期設(shè)計(jì)的,專用于存儲(chǔ)該公司開(kāi)發(fā)的PC Paintbrush繪圖軟件所生成的圖像畫(huà)面數(shù)據(jù)。目前PCX文件已成為PC機(jī)上較為流行的圖像文件。對(duì)存儲(chǔ)繪圖類型的圖像(例如大面積非連續(xù)色調(diào)的圖像)合理而有效,而對(duì)于掃描圖像和視頻圖像,其壓縮方式可能是低效率的。

JPEG格式:JPEG格式一般用來(lái)顯示照片和WWW以及在線服務(wù)的HTML(超文本標(biāo)記語(yǔ)言)文件,它能保存RGB圖象中的所有顏色信息。JPEG也是一種帶壓縮的文件格式,但在壓縮時(shí)文件有信息損失。當(dāng)需要在INTERNET上發(fā)布新聞圖片時(shí),一般以 .jpg格式的圖片上載,不能太大,一般為180*160像素,以免文件過(guò)大。

TGA格式:是由Truevision公司為視頻攝像機(jī)圖像而設(shè)計(jì),用于幀捕捉的最主要的24位圖像格式,其典型的圖象尺寸為400*512個(gè)像素,每像素16、24或32位彩色。目前各電視臺(tái)節(jié)目制作時(shí)疊加的臺(tái)標(biāo)和欄目標(biāo)花多是以.tga圖片文件引入字幕機(jī)的。在電視臺(tái)節(jié)目的制作中,制作人員有時(shí)也需要利用非線性編輯設(shè)備從錄像帶上抓取畫(huà)面(抓幀),然后將所抓畫(huà)面用于印刷或上網(wǎng)發(fā)布新聞圖片。這時(shí)抓幀所得的圖像就是TGA文件格式,可以利用PhotoShop進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

3 ImageJ不同的運(yùn)行版本

目前,關(guān)于圖像處理和分析的軟件或者函數(shù)庫(kù),很多采用的都是c和c語(yǔ)言,對(duì)很多常見(jiàn)的圖像處理函數(shù)都有現(xiàn)成的代碼和成熟的工具。然而,針對(duì)java這一面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言,卻沒(méi)有能很好地利用起來(lái),在這上面開(kāi)展的工作也較少,相關(guān)的工具也很少。ImageJ的出現(xiàn)在一定程度上改變了這一局面。ImageJ是目前世界上最快的純java圖像處理程序。它能在0.1秒內(nèi)對(duì)一張2048x2048的圖片進(jìn)行過(guò)濾。 ImageJ不同的版本可以在Windows,MacOS,MacOSX和Linux系統(tǒng)上運(yùn)行。它能讀入許多種圖片格式,包括TIFF,GIF,JPEG,BMP,DICOM和FITS。它支持“棧”,也就是一系列的圖片共用一個(gè)窗口。它還是多線程的,所以像在處理讀入圖片這種費(fèi)時(shí)的操作時(shí),還可以并行進(jìn)行其他的操作。它提供一些標(biāo)準(zhǔn)的圖像處理函數(shù),比如銳化、平滑、邊緣檢測(cè)和中值濾波等,能對(duì)圖片進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)等。更重要的是,ImageJ采用了一種開(kāi)放式的結(jié)構(gòu),通過(guò)加入java語(yǔ)言的插件來(lái)完成它的擴(kuò)展。這樣,使用ImageJ的內(nèi)置編輯器和java編譯器就能得到各種插件。這樣的機(jī)制就使開(kāi)發(fā)人員自己編寫(xiě)的插件能解決他所需要解決的任何圖像處理和分析的問(wèn)題。與之配合使用的macro語(yǔ)言,也為ImageJ帶來(lái)了更多的方便。

4 獲得高質(zhì)量視頻素材的幾種方法

采用序列幀的方式:這是最傳統(tǒng)、最有效也是使用最廣泛的一種方法。具體作法是在一些CG素材創(chuàng)作軟件系統(tǒng)中完成制作工作后,將CG素材輸出成一系列大孝格式相同而以一組連續(xù)數(shù)字編號(hào)命名的圖片,為了能很好地在其它剪輯或合成軟件中使用該素材,一般采用支持Alpha通道的圖片格式,如tga、tif等。現(xiàn)在幾乎所有的后期剪輯軟件、合成軟件及專業(yè)視頻板卡系統(tǒng)都具有將序列幀轉(zhuǎn)換成單一素材的功能,由于輸出時(shí)選用的一般是不壓縮的圖片格式,因此就實(shí)現(xiàn)了素材的無(wú)損傳遞,但其最大的缺陷是所得到的素材的數(shù)據(jù)量非常大。

采用帶Alpha通道的AVI格式:普通的AVI格式的視頻文件一般是不支持Alpha通道的,因此這種方法一般是在CG素材創(chuàng)作軟件系統(tǒng)中完成素材的制作后,在視頻硬件板卡的支持下將素材輸出成壓縮的、包含Alpha通道的AVI格式,例如在MatroxDigiSuiteLX板卡的支持下可以輸出成MPEG-2IFrame格式。這種方式通常也能獲得較好的視頻質(zhì)量,因?yàn)橛杏布蹇ㄖС炙暂敵鏊俣群芸?其數(shù)據(jù)量也不是很大。

采用無(wú)損壓縮的方法:這種方法也能做到素材的無(wú)損傳遞,通常是采用無(wú)損編碼器將CG素材輸出成VideoforWindows格式或QuicktimeMovie格式。由于MOV格式可以很好的支持Alpha通道,而沒(méi)有板卡支持的AVI格式中無(wú)法包含Alpha通道,板卡支持的AVI格式又都是有損壓縮,因此這種方法中AVI格式應(yīng)用不是太多,主要以輸出成MOV格式為主。特別是隨著最近新的、高水平的Quicktime無(wú)損編碼器的出現(xiàn),很好的解決了序列幀數(shù)據(jù)量大而AVI對(duì)Alpha通道支持不好的問(wèn)題,成為一種在各軟件系統(tǒng)之間無(wú)損傳遞素材的好方法。