圖像類型與圖片格式

一、圖像尺寸

顯示器上的圖像是由許多點構成的,這些點稱爲像素,意思就是“構成圖像的元素”。但是要明白一點:像素作爲圖像的一種尺寸,只存在於電腦中,如同RGB色彩模式一樣只存在於電腦中。像素是一種虛擬的單位,現實生活中是沒有像素這個單位的。
明確了一下圖像的兩種尺寸和換算關係:

一種是像素尺寸,也稱顯示大小或顯示尺寸。等同於圖像的像素值。
一種是打印尺寸,也稱打印大小。需要同時參考像素尺寸和打印分辨率才能確定。
在分辨率和打印尺寸的長度單位一致的前提下(如像素/英寸和英寸),像素尺寸÷分辨率=打印尺寸。

二、圖像類型

電腦中的圖像類型分爲兩大類,一類稱爲點陣圖,一類稱爲矢量圖。

1、點陣格式圖像

點陣圖顧名思義就是由點構成的。把圖像分爲若干個點(像素),依靠儲存或再現每個點的信息,從而儲存或再現整幅圖像。

顯示器上有着許多的點,每個點由紅綠藍三個塗有熒光粉的單元組成,學名就是像素。 顯示器內部有3個稱爲電子槍的部件是用來激發像素髮光的,它發出3道電子束擊打屏幕最左上角的點(可稱爲0點),3束分別擊打紅綠藍單元。 根據信號的強弱使紅綠藍按照比例混合成色。這樣便完成了一個像素的激發。 然後在偏轉線圈的磁力作用下,電子束往右移動一像素,再對這個像素進行激發。直到順序激發完這一行所有的像素。就稱爲完成一個“行掃描”。 然後向下移動一行,回到左端開始激發第二行的第一個像素。如此重複進行。 當激發完最後一行最後一個像素後,就算完成了一個“場掃描”。

因此其實屏幕上的像素並不是同時發光的,但由於人眼有視覺暫留的特性,所以還是可以看到一幅完整的圖像。 顯示器掃描方式是從0點開始往X軸方向掃描,完成一行後往Y軸方向移動,進行第二行的掃描。 而這裏的座標系以左上角爲原點,X軸向右,Y軸向下。這與平面幾何座標系正好上下顛倒。當我們把圖像儲存爲點陣格式的時候,Photoshop就按照上面的順序,一個接一個地去記錄這幅圖像中所有的像素的顏色。從而儲存了圖像。 當在Photoshop中打開一幅點陣圖像的時候,也是按照上面的順序逐個提取像素信息並顯示在屏幕上。

由於像素數量的限制,所以點陣圖像的大小是固定的。縮小或放大圖像都會造成對圖像的破壞。當縮小指令發出後,Photoshop等距離地抽取像素並丟棄。而當擴大指令發出後,Photoshop將會根據已有的像素進行插值法計算,去填充圖像使圖像擴大。

插值法又稱“內插法”,是利用函數f (x)在某區間中已知的若干點的函數值,作出適當的特定函數,在區間的其他點上用這特定函數的值作爲函數f
(x)的近似值,這種方法稱爲插值法。

但是當縮小圖像時用丟棄後剩餘的像素足以秒殺縮小後的圖像,所以不會造成圖像模糊。但是擴大圖像時會使圖像失真。而且縮小圖像後再放大是無法還原圖像的,因爲已經丟棄的像素無法找回來,只能通過插值法去“猜測”已丟棄的像素,這就會丟失圖像原有的細節。

2、矢量格式圖像

點陣圖像就屬於記述性,以點爲記錄的對象。而矢量圖像屬於描述性,以線段和計算公式作爲記錄的對象。

矢量圖,也稱爲面向對象的圖像或繪圖圖像,在數學上定義爲一系列由線連接的點。矢量文件中的圖形元素稱爲對象。每個對象都是一個自成一體的實體,它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。

矢量圖是根據幾何特性來繪製圖形,矢量可以是一個點或一條線,矢量圖只能靠軟件生成,文件佔用內在空間較小,因爲這種類型的圖像文件包含獨立的分離圖像,可以自由無限制的重新組合。它的特點是放大後圖像不會失真,和分辨率無關,適用於圖形設計、文字設計和一些標誌設計、版式設計等。

比如下圖中的直線,如果以點陣方式來記錄,就是從左上角第一個點開始,到右下角最後一個點結束,記錄所有像素的顏色。 記錄這幅圖像(200×50像素)就需要1萬個信息。即使這條直線本身並沒有那麼多像素,但點陣方式也是完整的把整幅圖的像素記錄下來。 因此不管是一條直線還是兩條三條,對於點陣圖像來說都是一樣的。都是去逐個記錄圖像中的所有像素。

這裏寫圖片描述

如果用矢量來記錄這條直線,只需要三個信息:直線起點座標、直線終點座標、直線的顏色。 在還原的時候就利用這三個信息去生成圖像就可以了。

那麼既然矢量圖有如此多的優點,爲什麼不都用矢量圖呢?
這是因爲矢量圖像是基於線段的。因此它不適合記錄色彩較爲複雜的圖像。如下圖, 如果使用點陣方式來記錄,只要按照順序掃描並記錄每個像素的顏色就可以了。 但如果使用矢量格式,則要將圖像分成若干條線段,圖像中的每個景物都要由線段構成, 這將是一個非常龐大的計算量。對目前的個人計算機來說是不可能做到的。即使做到了,保存這幅圖像的矢量信息也將非常的龐大。
這裏寫圖片描述

三、圖像格式的選擇

進行圖像格式選擇時可根據以下的幾個特性進行圖像選擇。

  • 矢量圖文件小,圖像中保存的是線條和圖塊的信息,所以矢量圖形文件與分辨率和圖像大小無關,只與圖像的複雜程度有關,圖像文件所佔的存儲空間較小。
  • 矢量圖圖像可以無級縮放,對圖形進行縮放,旋轉或變形操作時,圖形不會產生鋸齒效果。可採取高分辨率印刷,矢量圖形文件可以在任何輸出設備打印機上以打印或印刷的最高分辨率進行打印輸出。
  • 但是矢量圖的色彩層次豐富的逼真圖像效果卻難以到達點陣圖的效果。
  • 矢量圖與點陣圖的效果是天壤之別,矢量圖無限放大不模糊,大部分位圖都是由矢量導出來的,也可以說矢量圖就是位圖的源碼,源碼是可以編輯的。

目前的絕大部分的圖像都是點陣的。而且由於顯示器是點陣的,包括傳統的CTR顯示器、液晶顯示器、等離子顯示器等。 這就造成一個事實,無論你在製作時候採用點陣還是矢量,在顯示器上顯示出來的話,最終還是以點陣方式展現的。而兩者的區別,只體現在對圖像的處理過程中了。但即使輸出的是點陣,但矢量圖像仍有重要意義,因爲在製作過程中矢量圖像具有優越的可編輯性。

四、圖片格式

如果將圖像原始格式直接存儲到文件中將會非常大,比如一個5000*5000 24位圖,所佔文件大小爲5000*5000*3字節=71.5MB, 其大小非常可觀。如果用zip或rar之類的通用算法來壓縮像素數據,得到的壓縮比例通常不會太高,因爲這些壓縮算法沒有針對圖像數據結構進行特殊處理。所以就有了一些圖片格式。
這裏寫圖片描述
BMP格式

bmp格式沒有壓縮像素格式,存儲在文件中時先有文件頭、再圖像頭、後面就都是像素數據了,上下顛倒存儲。
用windows自帶的mspaint工具保存bmp格式時,可以發現有四種bmp可供選擇:
單色: 一個像素只佔一位,要麼是0,要麼是1,所以只能存儲黑白信息
16色位圖: 一個像素4位,有16種顏色可選
256色位圖: 一個像素8位,有256種顏色可選
24位位圖: 就是圖(1)所示的位圖,顏色可有2^24種可選,對於人眼來說完全足夠了。

JPEG格式

  • jpeg是有損壓縮格式, 將像素信息用jpeg保存成文件再讀取出來,其中某些像素值會有少許變化。在保存時有個質量參數可在[0,100]之間選擇,參數越大圖片就越保真,但圖片的體積也就越大。一般情況下選擇70或80就足夠了。
  • jpeg沒有透明信息。
  • jpeg比較適合用來存儲相機拍出來的照片,這類圖像用jpeg壓縮後的體積比較小。其使用的具體算法核心是離散餘弦變換、Huffman編碼、算術編碼等技術。
  • jpeg格式支持不完全讀取整張圖片,即可以選擇讀取原圖、1/2、1/4、1/8大小的圖片。比如5000*5000的一張大圖,可以只讀取將其縮小成1/8後即625*625大小的圖片。這樣比先完全讀取5000*5000的圖像,再用算法縮小成625*625大小不知快多少倍。
    如果應用需求只需要一張小圖時,這種讀取方式就可以大顯身手了。

PNG格式

  • png是一種無損壓縮格式, 壓縮大概是用行程編碼算法。
  • png可以有透明效果。
  • png比較適合適量圖,幾何圖。 比如本文中出現的這些圖都是用png保存,比用jpeg保存體積要小。

GIF格式

上面提到的bmp,jpeg,png圖片都只有一幀,而gif可以保存多幀圖像。

webp格式

google開發的一種有損、透明圖片格式,相當於jpeg和png的合體,google聲稱其可以把圖片大小減少40%。

位圖(點陣圖)常見圖片格式

位圖最常見格式是jpg,其他常見的格式有:GIF、PNG、BMP等。 JPG格式可以把文件壓縮到最小,圖像中重複或不重要的資料會被丟失。
GIF格式支持透明度、壓縮、交錯和多圖像圖片(動畫GIF)。不支持半透明效果。 PNG格式支持半透明效果。
BMP格式不採用其他任何壓縮,所以BMP文件所佔用的空間很大,但圖像中的資料不會被丟失。

矢量圖常見圖片格式

矢量圖主流格式是cdr和ai,還有其他格式如SWF格式、 SVG格式、 WMF文件格式、 EMF文件格式、EPS文件格式
、DXF文件格式等。 cdr是CorelDraw軟件使用中的一種圖形文件保存格式。
CDR文件屬於CorelDraw專用文件存儲格式,必須使用匹配軟件才能打開瀏覽,你需要安裝CoreDraw相關軟件後才能打開該圖形文件。
AI格式文件是一種矢量圖形文件,適用於Adobe公司的Illustrator軟件的輸出格式,與PSD格式文件相同,AI文件也是一種分層文件,用戶可以對圖形內所存在的層進行操作。
SWF(Shockwave Format)文件格式是二維動畫軟件Flash中的矢量動畫格式,主要用於Web頁面上的動畫發佈。
SVG(Scalable Vector Graphics) 。是基於XML(Extensible Markup
Language),由World Wide Web Consortium(W3C)聯盟進行開發的一種開放標準的矢量圖形語言。
WMF文件格式:是常見的一種圖元文件格式,是它具有文件短小、圖案造型化的特點,整個圖形常由各個獨立的組成部分拼接而成,但其圖形往往較粗糙。
EMF文件格式:是微軟公司開發的一種Windows 32位擴展圖元文件格式。其總體目標是要彌補使用WMF的不足,使得圖元文件更加易於接受。
EPS文件格式:是用PostScript語言描述的一種ASCII碼文件格式,即可以存儲矢量圖,也可以存儲位圖,最高能表示32位顏色深度,AI是打開eps格式的首選軟件,當然其他軟件也可以通過導入打開此類格式的文件。
DXF文件格式:是AutoCAD中的矢量文件格式。 還有一個是plt文件,是用於雕刻方面的,也是矢量格式。

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