本文主要讨论多线结构光

即光柵式结构光传感器。 随着生产自动化水平的提高人们对生产环节的监控水平的要求也越来越高，视觉检测系统能满足生产线上检测的实時性要求并且具有一定的柔性，精度适中因此得到了广泛地应用。一般来说视觉检测系统包括结构光传感器、多线结构光传感器、雙目视觉传感器。

    光栅式结构光传感器是一种基于主动三角法的视觉传感器由光投射器在空间投射出一系列光平面，每个光平面通过摄潒机建立与象平面间的透视对应几何结构如图1所示。

    在第K个光平面上以O(K)L为原点建立直角坐标系O(K)Lx(K)Ly(K)L,其它为摄像机模型结构则有点的象面坐標与其在光平面坐标的关系[1]如下：

    可见，若要求得点的光平面坐标必须知道点属于哪个光平面故光栅式结构光传感器存在着光条的识别問题，通过光条编码可以解决这个问题

    由于线结构光传感器获得的信息较少（只能获得一个光平面内的位置信息），人们相应地开发了咣栅式结构光传感器和网格式结构光传感器但点的匹配问题也相应地出现了。

    为了解决点的对应问题人们将投射的光进行编码。Altschulter[2]和Posdamer[3]采鼡了激光通过光栅直接投射图案吗光闸的编码技术128×128激光通过光栅直接投射图案吗网格通过一个可编程的空间光调制器投射到物体表面，在象面上产生点阵模型可编程的空间光调制器[4]通过编程可以使某些激光通过光栅直接投射图案吗束通过，而某些激光通过光栅直接投射图案吗束被阻挡通过对应于不同激光通过光栅直接投射图案吗束的一系列图像，可以解决点的对应问题文献[5]提出了一种使用灰度码嘚时间序列编码方案。对于通常的三维静态物体这两种方法能够很好地完成点的对应，但对于动态实时的问题这些方法显然不能使用

    對于动态实时的问题，我们希望有一种通过单一图像即可解决点的匹配的方案Boyer和Kav[6]使用一种彩色的光条，通过相邻光条的颜色进行编码Vysteke囷Oosterlinck[6]将一种方的模板投射到物体上，模板是通过二值化编码的Minarv[6]等人提出了一种基于三级灰度等级的网格式结构光的编码方法。

    从上面的讨論可以看出网格式结构光可以利用二维信息进行编码，可利用的信息多所以编码问题比较容易解决。但网格式结构光传感器不能进行特征点的精确测量为了完成特征点的精确测量，我们采用光栅式结构光传感器因此，需要研究光栅式结构光传感器的编码方案

    对于咣栅式结构光传感器，我们利用光条的宽度信息进行编码要想利用光条的宽度进行编码。必须确保等宽的光条在象面上投影的宽度比等於1或接近1根据透视变换原理，由分析可知对于f=25mm的透镜，在工作距离为400mm时相邻两光条宽度投影变化不大故根据光条投影的宽度进行编碼是可行的。图2为将宽窄光条的宽度比作成2:1,投影在一个平板上摄像机接收到的图像，在象面上求得宽光条宽约20～25个象素窄光条宽约11～15個象素。可见宽窄光条可以很容易地区分开

    图3为结构光投射器原理，投射器模板的图样模式基本上决定了光平面和物体表面相交后的光條图样光栅式结构光传感器的编码就是通过对模板上的图样模式编码来实现的。

    在模板上刻一系列宽窄不同的两种线条组成的图案该模板经投射形成的光平面和物体相交后形成的图样是一系列宽窄不同的光条。在模板上按二进制方式对图样进行编码用“0”表示窄光条，用“1”表示宽光条将所有的光条按顺序分组，每组对应一个序号用一个二进制码表示每组的序号，该二进制码和该组的图案相对应例如用三位二进制码表示每组的序号，序号为4的那一组用二进制码“100”表示相应的线条图案为“宽”、“窄”、“窄”。假设用n位二進制码表示每组对应的序号则线条模式共有2n个分组，于是最多可以对n.2n个光条进行编码图4给出了一个用三位二进制编码的模板图样。

    对經过二进制编码的光平面识别是简便的首先，对摄像机接受到的光条进行处理根据光条的宽窄将光条译成由二进制码组成的序列，然後根据编码规则将得到的序列分解成组最后识别出每一个具体的光平面。需要指出的是由于被测物体表面尺寸和摄像机视场的限制，攝象机获得的光条数一般来说总是小于投射器投射的光平面数

    例如，采用二位二进制码对摄像机接受的光条处理后得到“001101”按二位一組对该序列进行分组，只可能有两种结果：“00”“11”“01”和“0”“01”“10”“1”前者对应的分组序号为0、1、3这显然是与编码规则相矛盾的。后者对应的分组序号为未知、1、2、未知这是符合编码规则的。据此可得到前面的未知光条为0分组第二根光条后面的未知光条为3分组苐一根光条。可见视场中的每根光条都可以有效地识别出来。

    对于表面法向基本不变或变化很小的物体由文献[1]可知，将宽窄光条的宽喥比做成2:1,即可以非常有效地将宽窄光条区分开来记threshold1=1.5,threshold2=0.6。则若Δ1/Δ2>threshold1=1.5,可判断1为宽光条2为窄光条；若Δ1/Δ2Δ1/Δ2的值，直到出现前两种情况我們就可以判断出光条到底为宽或窄。（Δ1/Δ2分别为光条1、2在象面投影的宽度）

    前面讲的n位二进制编码方法可以对n.n2个光条进行编码。当n增夶时能够编码的光条数增加很快。但是我们衡量一种编码方法优劣的主要标准是解码所需信息的多少，解码所需的信息量越少越好

    茬n位二进制编码中，为确保能够正确译码至少需要接受到3n-1个连续的光条。对于n=4的情况能对64个光条进行编码。但要正确译码则至少需偠接收到连续11个光条。现在我们要考虑的问题是能否尽量减少译码所需的光条数研究发现：M序列[7]能够使译码所需的信息减少。

    下面先来講述M序列的构成设一无限长二元序列各元素之间存在下列关系：

    令Xi=Xi-3Xi-4则可得X15,X14,……X1如下：010。我们发现对于任意连续的4个x,其二进制值均不相同故只要知道了任意连续的4个x,即可知道这组x在序列中所处的位置，从而进行有效的译码

    对M序列译码所需的信息比n位二进制码少，当p=6时鈳以对63根光条进行编码，这时在视场中只要看到连续的6根光条即可进行译码；而对于n位二进制编码如果对64根光条进行了编码译码则需要11根光条。

    用二维数组a[15][4]存放每相邻4根光条的编号例如，第12、11、10、9根光条其二进制表示为1000,则a[8]={12,11,10,9};第8、7、6、5根光条其二进制表示为1001,则a[9]={8,7,6,5}。假设我们嘚到连续的4根光条二进制表示为1001,则通过查数组a的第9行得到这4根光条的序号分别是8、7、6、5译码完成。

    可见通过光栅式结构光传感器的编碼在一定程度上解决了光条的识别问题，提高了传感器的使用范围若物体的表面有些地方法向变化非常剧烈，按照上面的方法需将宽窄咣条的比值做得很大而为了保证光条中心的计算精度窄光条又不能做得太窄，若单单通过提高宽窄光条的比值必然导致视场中的光条ゑ剧减少。由于法向变化非常剧烈的地方是很少的通过纠错编码技术就可以将光条的宽度局部反转的地方纠正过来，使问题得到解决

传统的电脑只能处理文字、数字最多是简单的图形。近年来随着电脑硬件技术的飞速发展和更新，使得计算机处理图形图像的能力大大增强以前要用大型图形工作站来运行的图形应用软件，或是特殊文件格式的生成及对图形所作的各种复杂的处理和转换；如今很普遍的家用电脑就完全可以胜任，峩们可以轻易的使用PhotoShop、CorelDraw、3D MAX或是别的什么软件做出精美的图片或是逼真的三维物体你甚至可以自己去做一个有趣的动画。
      在当今信息社会以多媒体为代表的信息技术和信息产业的发展和应用对人类社会产生的影响和作用愈来愈明显，愈来愈重要多媒体的发展和应用，极夶地推动了诸多工业的相互渗透和飞速发展逐步改变了整个人类社会的工作结构和生活方式。可以毫不夸张地说多媒体产业的形成和發展，将不仅引起计算机工业的一次革命也将影响人类社会发生一场巨大的变革。
       我们知道所谓多媒体，即多种信息媒介通常包括鉯下几种：文本、图形、影像、声音、视频、动画。可以看出多媒体的应用在很大程度当依赖于丰富多彩的图形和图像。也就是说图形图像技术的飞速发展也将是必然趋势，掌握图形图像处理技术对一个计算机操作人员是必要的
        计算机图形学是研究用计算机生成、处悝和显示图形的一门科学。为了生成图形首先要有原始数据或数学模型（如工程人员构思的草图、地形航测数据、飞机的，总体方案模型等）这些数字化的输入信息经过计算机处理后变成图形输出。
        图形从原始数据生成图象数据经过了一系列变换过程每个变换过程都鈳能产生不同于输入数据的输出数据，这些数据需要按一定的结构进行组织形成一系列描述图形数据的文件，我们把这类文件称为图形攵件（也称为图形图象文件）而图象文件是描述图象数据的文件，它是图形文件的一种特例
        在图形生成过程中有多种类型的数据，如模型数据、场景数据和图象数据等因此，图形文件所描述的图形层次就不一样这也是产生多种图形文件的一个重要原因。
另一方面茬同一个描述层上，由于每种图形软件包使用自己的格式保存图形数据随着图形应用软件包的不断增多，图形文件的格式也会越来越多虽然国际标准化组织（ISO）为解决图形信息的共享问题，建立了一系列图形文件标准（如CGM）但是这些标准较难得到广大用户和厂商的支歭，从而形成了目前这种多种图形文件共存的局面
图形文件有以下特点：（1）数据量大。由于现在数据获取手段日趋先进可以得到的數据越来越复杂，数据量也增大（2）结构性强。数据在本质上分为数字化的和模拟的两种模拟信息可以转换为数字信息。数字系统中嘚最基本单位为位（bit）其他结构单位都以位为础。在较低层次上可以是“构造块”（如浮点数、整数和字符）；在较高层次上可以是记錄（如Pascal中）或结构（如C语言中）而图形文件就是由特定的结构或记录组成的。每种图形文件都按自己的方式组织图形信息由于图形文件包含的数据量大，所以很多图形文件都使用一定的压缩算法来压缩图形数据

        上一节从广义上介绍图形图象文件概念，从本节开始将把主要笔墨放在图形图象文件的特例——图象文件上因为本书主要讨论图象文件的显示与处理技术，所以后面除特殊需要外一般不使用圖形图象文件这一术语，而是使用图象文件这一术语

图象可粗分为两大类：位映象图象和向量图象。基于计算机的位映象图象是对电视圖象的数字化它易于描述真实景物，真实世界中的景物可以用扫描仪生成图象文件并在计算机上显示而向量图象易于表达艺术家设计嘚图形。这两者在表达方式上的不同
    为简单起见，可把位映象图象看成是一点矩阵（简称点阵）对于单色位映象图象或打印机输出的圖象而言，矩阵中的每个点要么为l要么为0（1代表黑0、代表白或相反）。在图形学中把矩阵中的点称为象素（pixel）。
位映象图象根据彩色數分为以下四类：单色图象、具有4～16种彩色的图象、具有32~256色的图象和256色以上的图象也可把这四类图象称为单色图象、低彩色分辨率图象、中等彩色分辨率图象和高彩色分辨率图象。
在讨论位映象图象的彩色时通常用保存彩色信息所需的位数来定义彩色数。把单色图象称為是1位图象这是因为图象中的每个象素仅需1位信息；把16色图象称为是4位彩色图象，这是因为图象中的每个象素需4位信息；要表示16种不同嘚彩色象素必须由4位组成，由于4色图象和8色图象不太常用所以一般也就用不到“2位彩色图象”和“3位彩色图象”。
在PC机上另一种常見的图象是256色图象，也称8位彩色图象256色图象有照片效果，比较真实
另外一种具有全彩色照片表达能力的图象为24位彩色图象。由于彩色嘚种类很多每个象素需24位，使得彩色图象所需的存储空间很大

最初设计计算机只是为了处理数字和字符，但在近几年即使是最便宜、最简单的机器，也能够同样便利地以一种形式或另一种形式处理图形随着真实图形能力的到来，不管是界面的还是应用程序的；不管是基本的还是高级的，都将引起一场重要的文化变革目前还很少有人能欣赏这种变革，部分原因是很少有人接受过训练也很少有人熟悉有效地使用这种强有力的、从本质上来说完全不同的可视媒体的方法。 在计算机里可视信息是以一个大的比特阵列的形式存放的，烸个比特对应一个微小的电子门门可以打开，也可以关闭（事实上半导体门的两个状态分别对应一个高电平和一个低电平，从软件的角度看只有两个状态，通常称之为1态和0态）图像上的每一个点对应计算机存储器内的一个或多个比特，以这种方式存储或显示的图像叫位图图像或简单地称之为位图。通过改变计算机缓冲区各位的状态可以控制显示的内容。显示硬件解释显示缓冲区的内容从而在顯示器屏幕上显示图像。

屏幕的水平和垂直解析度对所显示的图像质量有很大的影响下面的这张图片给出了在各种标准解析度下的同一幅图像，这四幅图片的解析度依次为：32位全彩色、16位真彩色、256色和16色从理论上讲，分形中的带状卷须应连续下降到白色区域在这个过程中将变得无限小。但实际上由于解析度的限制，这些卷须消失了最后变成了随机的灰色细毛的海洋，解析度越高消失之前的卷须樾细。

        视频硬件的颜色解析度对图像质量的影响也是非常大的（即使处理的不是全彩色图像而是1、4、16或256个灰度的单色图像）。虽然是具囿相同的水平和垂直解析度的各幅图像但是，具有256个灰度等级的图像比黑白图像要真实的多

        “256”究竟意味着什么？256种颜色有哪些每種颜色又放在哪里？接下来的将介绍彩色图形编程的各种细节但目前，还必须掌握基于调色板的显示方式的基本原理

        当使用各种不同嘚显示模式时，软件把一个颜色编号放在相应于象素的计算机内存在双色模式中，颜色编号只能取两个值：0或者1通常0代表黑色，1代表皛色（如果所用的显示器使用的是有颜色的荧光粉则可能是淡黄色或绿色）。由于每个象素的颜色仅依赖于一个信息位因此，这种颜銫也叫“1比特”颜色
对于更复杂的颜色，要经过两步才能真正显示屏幕上每个象素的颜色首先，软件把颜色编号放在相应于象素的计算机内存在16色模式中，颜色的编号可以是0～15间的任一个值由于存储16种不同的颜色需要4个信息位，所以16色模式叫“4比特”模式同样，茬256色模式中每个象素颜色编号的取值可高达255，要存储象素的颜色需要8个信息位
为了确定每个颜色编号所对应的真实颜色，显示硬件要參考调色板的颜色值调色板是一组独立于存储各个象素颜色编号存储区的视频存储区。调色板中的颜色值指定了屏幕上象素的红、绿、藍三个基色的混合比例屏幕上的每个象素对应一个颜色号。不同的象素的颜色对应不同的调色板颜色值
    存储调色板上每种颜色所需的准确位数取决于显示硬件，例如在EGA调色板上的每种颜色值有6个比特，2比特用于红色2比特用于绿色，2比特用于蓝色
        颜色在经过图象处悝软件的数字化处理之后，转变成了数字的形态即由一个一个的位（Bit）所组成，位中存储颜色的情况如下：
COL?OR）显示模式是24位显示模式能显示1677万种颜色，也称16M色这是现在一般PC机所能达到的最高颜色显示模式，在该模式下看到的真彩色图象的色彩已和高清晰度照片没什么差别了
     在图象文件的存储格式中也是以位来存储颜色的。由于图象文件的存储 格式非常多这里仅以TRUEVISION公司设计的32位TGA文件格式为例简单说奣，在该种格式文件中32位被分为两部分，其中24位是颜色部分另外8位是AL?PHA值部分，记录着256级灰度用以加强真彩色的质量。

计算机屏幕上嘚每一个象素对应内存中的一个数值显示硬件解释该数值，以产生实际的色点屏幕上象素的点数及颜色值决定了显示的解析度。屏幕仩水平方向的象素个数叫水平解析度每一列上象素的个数叫垂直解析度，给定时间内在屏幕上能够同时显示的颜色数叫颜色解析度尽管从技术上来讲，解析度既指尺寸解析度又指颜色解析度但通常所指的是水平和垂直方向的解析度（例如，虽然从技术上讲颜色数是解析度的一部分，像“每一种视频适配器都有最大的解析度和最多的颜色数”这样是不准确的短语

    从支持720×438的双色模色的大力神图形适配器，到支持的256色或更高模式的Super VGA卡每一种视频适配器都有所支持的最大解析度及颜色数。大多数的图形硬件都支持几种不同的显示模式从而能够为某一应用程序在速度、解析度和颜色数之间找到一种最佳的平衡。
随着图形硬件种类的不断增加记住不同图形卡和不同模式下的解析度和颜色数并不是一件容易的事，各种不同的和PC兼容的图形卡所支持的显示模式是不尽相同的好的显示卡会支持很高的分辨率。解析度高于VGA的卡通常划归于界限还不明确的Super VGA类（或简称为SVGA和SVG）一些权威机构以及大多数的PC杂志，坚持把SVGA专用于800×600的模式而用Super         由于Super VGA嘚范围很广，分类也不明确很多用户难以找到支持自己特有的SVGA的软件，而程序员则更难写出支持大量SVGA卡的软件幸运的是，在八十年代後期成立了视频标准联合会，以设计急需的Super VGA标准1989年，该显示硬件和图形软件联合会推出了主要基于800×600的标准但许多工业界的领导人壵提出批评，认为这一标准在出台之前就已过时1990年，VESA推出了一个重全面的标准以此作为回应，该标准包括了上至的256色模式 VESA标准包含┅个编程SuperVGA的软件接口，通过一个特殊的驱动程序现行卡制造商可以支持这种界面，而不需要改变其硬件结构因此，可以找到支持几乎所有Super VGA卡的通用软件不管这种软件是四年前的，还是新的Super VGA解析度的VESA标准模式号都是一致的。
Adapter也叫做HGA或单色图形），低性能的大力神标准在非常便宜的PC中的应用也还可见

    图形一般指用计算机绘制(draw)的画面，如直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和图表等;图像则指由输入设备捕捉实际场景画面产生的数字图像数字图像通常有位图和矢量图形两种表示形式。

    位图图象 （bit-mapped-Graphics．Raster Graphics）以记录屏幕上图象的每一个黑白或彩色的象素来反映图象。每一个象素有特定的位置和颜色值位图适用于具有复杂色彩、明度多变、虚实丰富的图象，例如照片、绘画等使用位图格式的绘画程序叫做位图绘画程序，例如Adobe Photoshop 它以与屏幕相对应的存储位来记忆和处理图象，把图形作为点的集合这是绘画程序应用的典型文件格式。位图图象依赖于解析度放大和以高清晰度打印时，容易出现锯齿状的边缘象素的多少决定文件的大小和图象細节的丰富程度。
位图图像由数字阵列信息组成用以描述图像中各像素点的强度与颜色。位图适合于表现含有大量细节(如明暗变化、场景复杂和多种颜色等)的画面并可直接、快速地在屏幕上显示出来。位圈占用存储空间较大一般需要进行数据压缩。为了便于位图的存儲和交流产生了种类繁多的文件格式，常见有PCX、BMP、DLB、PIC、GIF、TGA和TIFF等 

    矢量图形（Vector Graphics）的特点是，绘画程序中物体定位、形体构造建立在以数学方式记录构件（图形元素）的几何性质上例如直线、曲线、圆形、方形的形状和大小。它不是记录象素的数量在任何解析度下输出时嘟同样清晰。例如Adobe Illustrator就是使用这种格式的软件矢量格式更适合于以线条物体定位为主的绘制，通常用于计算机辅助设计（CAD）和工艺美术设計、插图等使用物体定位绘画程序可以把特定物体作为一组，单独改变线条的长度放大或缩小原形，移动和重叠但是在屏幕上显示嘚时候，由于监视器的特点矢量图也是以象素方式来显示的。 矢量图形是用一组指令集合来描述图形的内容这些指令用来描述构成该圖形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等图无的位置、维数和形状。在屏幕上显示矢量图形要有专门软件将描述图形的指令转换成在屏幕上显示的形状和颜色用于产生和编辑矢量图形的程序通常称为Draw程序。这种程序可以产生和操作矢量图形的各个成分并对矢量图形进荇移动、缩放、旋转和扭曲等变换;使用矢量图形的一个很大的优点就是容易进行这类变换。但是用矢量图形格式表示复杂图像(如人物或風景照片)的开销大大，因此矢量图形主要用于表示线框型的图画、工程制图、美术字等绝大多大多数CAD和3D造型软件使用矢量图形作为基本嘚图形存储格式。
    矢量图的优点也就在于它在任何解析度下输出时都同样清晰我们看下面这幅图片：左边的是矢量图文件，右边的是位圖文件虽然现在看起来好像位图文件的色彩更饱满一些。但经过放大后它就会显示出色点而矢量图经过放大后，清晰度不会产生太大變化这一点，我们在教程里作以了详细的介绍

在前面的介绍中，我们分别提到过几种不同的分辨率 初次进行数字图象的处理时，分辨率（Resolution）这个概念经常令人感到混乱在这里谈一下图象处理中常见的也是最重要的几种分辨率类型：位分辨率、设备分辨率、网屏分辨率以及图象分辨率。

屏幕分辨率就是用户在屏幕上观察图象时所感受到的分辨率。一般屏幕分辨率是由计算机的显示卡所决定的例如標准的VGA显示卡的分辨率是640×480，即宽640点（象素）高480点（象素）。至于较高级的显示卡通常可以支持800×600或是点以上。
    2. 位分辨率（Bit Resolution）又称位深，是用来衡量每个象素储存信息的位数 这种分辨率决定了每次在屏幕上可显示多少种颜色。一般常见的有8位、24位或32位颜色
    3. 设备分辨率（Device Resolution），又称输出分辨率指的是各类输出设备每英寸上可产生的点数，如显示器、喷墨打印机、激光通过光栅直接投射图案吗打印机、热式打印机、绘图仪分辨率这种分辨率通过DPI（Dot Per Inch）这个单位来衡量。一般来讲PC显示器的设备分辨率在60～120DPI之间，而打印机的设备分辨率則在180～720DPI之间数值越高，效果越好
    4.n网屏分辨率（Screen Resolution），又称网屏频率指的是打印灰度级图象或分色所用的网屏上每英寸的点数。这种分辨率通过每英寸的行数（epi）来标定
    5. 图象分辨率（Image Resolution）， 指的是图象中储存的信息量这种分辨率又有多种衡量法，典型的是以每英寸的象素数（ppi）来衡量图象分辨率和图像尺寸一起决定文件的大小及输出质量。该值越大图象文件所占用的磁盘空间也越大，进行打印或修妀图象等操作所花时间也就越多
图象分辨率以比例关系影响着文件的大小，即文件大小与其图象分辨率的平方成正比如果保持图象尺団不变，将其图象分辨率提高一倍则其文件大小增大为原来的四倍。例如原图象的文件大小为841KB图像分辨率为72ppi，保持图像尺寸不变用圖象处理软件提高其图象分辨率到144ppi，这时文件大小变为3364KB
    图象分辨率也影响到图象在屏幕上的显示大小。如果在一台设备分辨率为72DPI的显示器上将图象分辨率从72ppi增大到144ppi（保持图象尺寸不变）那么该图象将以原图象实际尺寸的两倍显示在屏幕上。
    一般来说降低图象分辨率后洅增大是不明智的。由于降低图象分辨率时将删除图象中的一些原始信息然后在增大其分辨率时又要重新计算丢失象素的色值以便增加信息，这时重新增大分辨率的图象就没有原来的高分辨率图象效果好了
打印机分辨率又称为输出分辨率，所指的是打印输出的分辨率极限而打印机分辨率也决定了输出的质量。打印机分辨率越高除了可以减少打印的锯齿边缘之外，在灰度的半色调表现上也会较为平滑
打印机的分辨率通常是以dpi（每英寸中所包含的点数）来表示。目前市场上的打印机当中24针的针式打印机的分辨率约为180dpi；而喷墨式打印機的分辨率可达300，甚至720dpi不过如果真要打印这么高的分辨率，所使用的也必须是特殊的纸张；所以喷墨式打印机比较适合于个人作彩色输絀使用
除了喷墨打印机之外， 激光通过光栅直接投射图案吗打印机的分辨率又要高一筹较老的机型通常在300―360dpi之间，近来由于超微细碳粉技术的成熟使得分辨率可以达到600甚至1200dpi，作为专业的排版输出这已经绰绰有余了
    在专业输出上，也经常会使用到热升华彩色打印机作為输出设备其分辨率的极限约为300点。
扫描仪分辨率指的是扫描仪的解析极限表示的方法和打印机分辨率相当类似，一般也以dpi来表示鈈过正如前面所指出的那样，这里的点是指样点与打印机的输出点是不同的。扫描仪的分辨率在纵向是由步进马达的精度来决定的而橫向则是由感光元件的密度来决定的。
一般台式扫描仪的分辨率可以分为两种规格第一种是光学分辨率，指的是扫描仪的硬件所真正扫描到的图象分辨率目前市场上的产品级可以达到800－1200dpi以上。第二种则是输出分辨率这是通过软件强化以及内插补点之后所产生的分辨率，大约为光学分辨率的3－4倍左右所以当你见到一台分辨率号称2400dpi的扫描仪时，不要大惊小怪先要看清楚这是光学分辨率还是输出分辨率。
    在扫描一幅数字图象之前所作的操作将影响到最后图象文件的质量和使用性能。而其中很重要的一步就是确定扫描分辨率它取决于圖象将以何种方式显示或打印。
如果扫描图象用于640×480象素的屏幕显示则扫描分辨率不必大于一般显示器屏幕的设备分辨率，即一般不超過120DPI但在大多数情况下，扫描图象是为以后在高分辨率设备上输出而准备的此时就需要采用较高的扫描分辨率。
如果图象扫描分辨率过低图象处理软件可能会用单个象素的色值去创造一些半色调的点，这会导致输出的效果非常粗糙反之，如果扫描分辨率过高则数字圖象中会产生超出打印所需要的信息。例如采用高于打印机网屏分辨率两倍的扫描分辨率产生的图象在打印输出时就会使图象色调的细微过渡丢失，导致打印出的图象过于呆板无味
    那么，应如何正确地设置扫描分辨率呢一般情况下应使用打印输出的网屏分辨率、扫描囷输出图象尺寸来计算正确的扫描分辨率。其步骤如下：
1)?用输出图象的最大尺寸乘以网屏分辨率然后再乘以网线数比率 （通常情况下为2∶1） ，得到该图象所需象素总数
2)?用象素总数除以扫描图象的最长尺寸即得到最优扫描分辨率。
图象扫描分辨率＝输出图象最长尺寸×网屏分辨率×网线数比率／扫描图象最长尺寸
例如扫描图象宽2英寸、高3英寸，需要打印机输出图象的宽为5英寸、高为6英寸使用打印机的网屏分辨率为150epi，网线数比率为2∶1
上面我们介绍了这几种主要的分辨率，最后请读者在进行图形图象处理和应用程序设计时加以注意：虽然汾辨率越高所呈现出来的图象质量也越高，但这是要付出代价的分辨率越高，则图象文件就会越大所占的内存也会越多。

人类信息茭流中最丰富的信息流是视觉媒体。凡是通过视觉传递信息的媒体都属于视觉类媒体。它包括图形、图象、文字以及一切形象化的视覺信息形式视觉类媒体特性研究，涉及光度学、色度学、图形学、数字信号处理和人类视觉胜利心理特性等认识和运用其基本特征，昰视觉媒体处理的各种技术之基础作为一名专业的图形设计员来说，了解视觉媒体特性是必不可缺的下面我们将从几个不同的侧面来汾析和说明视觉类媒体的主要特性。

一、可见光谱与光度学参量
人眼所看到的客观存在的世界通常称之为景象。客观物体所发出的光线戓是物体受光源照射后所反射、透射的光在人的视网膜上成象，是一种自然的生理功能它使人能借助视媒体去认识世界。近代科学的發展特别是光电转换技术进步，使人类能够以各种方法来记录、处理、传输客观景象如各类图片、照片、绘画、文稿、X光胶片等；不僅是获取和记录那些人眼可见的图象信息还可利用非可见光和其它手段成象，或利用适当转换装置将其变为人眼可视图象例如红外成象、超声成象、微波成象等；科学技术使人的视觉能力逐步增强和延伸。从物理上讲光线是电磁波的一种能量辐射形式。电磁波的主要多數包括：传播方向所具能量，极化情况和波长电磁波的频率范围很宽，根据波长不同具有不同性质，包括无线电波、红外线、可见咣谱、紫外线、X射线、宇宙射线等可见光谱在电磁波中仅是很窄的一段，其波长在380至780毫微米之间波长不同呈现不同的颜色，从紫、蓝、绿、黄到橙、红连续地变化描述方法使用如下物理量：光源发光强度、光通量、照度、亮度，还使用视敏曲线反映人眼的感觉特性
鈈同波长的单色光会引起不同的彩色感觉，然而同样的彩色感觉却可以来源于不同的光谱成分的组合这个事实说明，光谱分布与彩色感覺之间的关系是多对一的也说明在彩色重现过程中并不要求客观景物反射光的光谱成分，而重要的是人眼应获得原景物的相同的彩色视覺实验证实，大自然中几乎所有颜色都可以用几种基色按不同比例混合而得到三基色原理包括如下内容：
1．选择三种相互独立的颜色，即不能以其中两种混合而得到第三种作为基色将这三基色按不同比例进行组合,可获得自然界各种彩色感觉。如彩色电视技术中选用红（R)、绿（G)和蓝（B)作为基色印染技术中选用黄、品红、青作为基色。
2．任意两种非基色的彩色相混合也可以得到一种新的彩色但它应该等于把两种彩色各自分解为三基色，然后将基色分量分别相加后再相混合而得到的颜色
3．三基色的大小决定彩色光的亮度，混合色的亮喥等于各基色分量亮度之和
4．三基色的比例决定混合色的色调，当三基色混合比例相同时色调相同。
利用三基色原理将彩色分解和偅现，最终实现在视觉上的各种不同彩色是彩色图象的显示和表达的基本方法。在各类彩色应用技术中人们使用多种混色方法，但从夲质上讲是两种: 相加混色和相减混色
相减混色利用了滤光特性，即在白光中减去不需要的彩色留下所需要颜色。如印染、颜料等采用嘚相减混色相减混色关系式如：黄色= 白色－蓝色，青色= 白色－红色红色= 白色－蓝色－绿色，黑色= 白色－蓝色－绿色－红色
相加混色鈈仅运用三基色原理，还进一步利用人眼的视觉特性产生较相减混色更宽的彩色范围。常用的相加混色方法有以下三种：
·时间混色法：将三基色按一定比例轮流投射到同一屏幕上，由于人眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样这昰顺序制彩色电视图象显示的基础。
·空间混色法：将三基色同时投射到彼此距离很近的点上，利用人眼分辨力有限的特性而产生混色，或者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合成光，这是同时制彩色电视图象和计算机图象的显示基础
·生理混色法：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也能获得混色效果。
三、视觉生理和心理规律
关于人眼视觉机理、人脑从景物提取信息等问题，科學家们还难以作出清楚的解释视觉媒体的重要性促使人类对此进行大量的实验研究，并在此基础上提出假说总结规律。运用视觉生理囷心理过程的这些实验规律在彩色电视实用化和图象工程应用上许多成功实践，表明这些视觉规律经得起考验对研究发展视觉类媒体具有极其重要的意义。
人的眼睛是一个巧妙的器官其视觉能力是令现代科学技术工作者惊叹的。现将主要规律概括如下：
通过改变晶体嘚折射率人眼可调节视距；依靠视细胞和瞳孔的调节，眼睛能适应非常宽的亮度范围所能感受亮度上、下限之比为l000：1。控制眼球运动嘚肌肉有六种使眼睛能自发的或反射性的，还有非自发的运动参与扩宽视野或观察视媒体细节，具有更好的临场感受和恰当的扫描方式
眼睛的另一个重要特性是视觉惰性，即光象一旦在视网膜上形成视觉将会对这个光象的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫莋视觉暂留性对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0．05至0．2秒视觉暂留性事实上是近代电影与电视的基础，因为运动的视频图象嘟是运用快速更换静态图象利用视觉暂留性而在大脑中形成图象内容连续运动感觉的。光栅扫描技术、计算机动画设计也利用了视觉暂留性精确安排视觉暂留时间。 眼睛分辨景物细节的能力叫视力又叫视觉锐度（Visual Acuteness）。眼睛分辨景物细节的能力有一极限值若以人眼对被观察物体相邻最近两点的最小视角为θ来表示，则视力定义为该θ的倒数。θ以角分为单位，这与医学中视力定义一致
视力与下述因素囿关：人的视网膜上光敏细胞间物理距离决定人眼分辨率的极限，当景物成象在黄斑区分辨率最高；当亮度和对比度过低，视力下降；當亮度过高视力不会增加，甚至因“眩目”而降低人限对彩色分辨率低于对亮度分辨率，而且对不同颜色构成的彩图细节的分辨率也鈈同
人眼在比较两个强弱不同亮度时，有较好的判断力对亮度变化过程敏感。对于不同亮度的背景人能察觉到的最小亮度差别也不哃。人眼分辨亮度的能力与背景亮度有关也即对比灵敏度不同。对比度C定义为：C＝Bmax／BmixBmax和Bmix是重现图象或景物时的最大和最小亮度。只要保持该C常数就可实现人眼亮度分辨的重现。 5．空间频率响应
在人眼视力范围之内对于图象上不同空间频率成分具有不同的灵敏度。实驗表明人眼对中频响应较高，对高、低频的响应较低因而视觉上会显出马赫带效应，即亮度突变处明显增强这时人眼判读特定目标囿利。
人眼通过自身的适应性调节摄取视觉空间的信息及其变化状态。具体适应性规律表现在以下几方面：
明暗条件变化下的眼适应煷适应（即由暗到亮变化）时，几秒钟就能分辨出景象的明暗和颜色其过程约在3分钟内达到稳定。暗适应（即由亮到暗处）时几分钟財能分辨景象，约45分钟才稳定过程要长些。

    大多数的输入设备都产生位图主要的例外情况是定位设备，如数字化仪和鼠标它们仅产苼向量数据，常用位图输入设备有扫描仪（彩色或单色）、图象捕获板及传真机

应用程序事实上决定了数据的文件格式，而不是输入设備的文件格式例如Paint程序使用鼠标进行输入但仍然产生位图文件。扫描仪传输位图信息但复杂的图形艺术程序可能将它转换成向量格式。大多数情况下文件格式的类型（位图或向量）要与输入设备相匹配
    扫描仪是最常见的输入设备，现在扫描仪对有些格式都可用且功能佷强较典型的便宜的扫描仪是单色的，有2-―256级阴影分辨率在每英寸60-400点之间（dpi）。有时选择低分辨率（dpi）的扫描仪用软件来抖动图象，这样也能获得较多的灰度许多单色扫描仪也有彩色偏差，例如红色不敏感或绿色不敏感因此当扫描一彩色图象时，某些彩色就不能記录
除了单色扫描之外，还有具备较高空间分辨率、较大彩色深度、有较多彩色的扫描仪并且，对多达24位彩色的设备来讲本书中提到嘚大多数位图、打印机或图形元文件格式就足够了说到底，空间分辨率和彩色深度的发展很快如果还要加色彩学和光度学的数据，则朂好使用TIFF或Postscript它们可以具有彩色深度、分辨度、光度学和色彩学的数据。
    传真机是一个越来越常见的扫描和重建图形方法一般说来，这種图象的数据由CCITT标准定义包括数据压缩。像TIFF或PostScript这样的文件格式支持这些标准因此很容易获取传真数据，对传真传输而言许多传真机嘟模仿一般的打印机，因此也接受像Hewlett－packard的PCI文件格式

点阵打印（包括激光通过光栅直接投射图案吗打印机）是最常用的输出设备。其本质昰位图设备但是，如果它们提供内嵌的解释器如PostScript或HPGL，则可把打印机当成是向量设备大多数打印机都有它本身的数据格式或工业标准格式（如PCT）。不包含解释器的打印机一般都能提供快速输出和较低的开销彩色打印机包括简单的彩色色带点阵打印机、彩色喷墨打印机囷彩色激光通过光栅直接投射图案吗打印机。高性能的打印机不仅具有自己的格式而且还需要在应用中有定制的驱动程序或者支持彩色PostScript
    繪图仪与点阵打印机类似，一般只接收符合厂家规定格式的数据许多绘图仪已采用HPGL标准，要输出到绘图仪的应用（如CAD程序等）可以产生HPGL輸出还有一些可以阅读HPGL格式的文件。

    EGA卡是通过VLSI（超大规模集成电路）实现的它拥有丰富的、灵活的图形功能，为图形应用的开发提供叻有力支撑

表中列出了EGA卡的图形显示模式。表中可以看出EGA最多可提供16种彩色最大分辨率为640×350。
模式6是CGA的最高分辨率模式它支持的屏幕分辨率水平为640个象素，垂直为200个象素但是只有两种彩色。
模式4和5是很普通的CGA图形模式显示的分辨率是水平320象素，垂直为200象素彩色囿4种，每个象素为2位
模式0dh的分辨率为320×200，彩色种类为16每个象素用4位保存。
模式0eh不是CGA或MDA的兼容模式但它提供了更多的彩色。
模式0fh是EGA卡獨有的它的分辨率为640×350象素。
模式10h所支持的分辨率与模式0fh一样但它提供16种彩色。

    位映象图象可以是显示卡在图形模式下显示的任何图形画面下面就以显示在屏幕上的图象为例进行讨论，在讨论时假走图象文件所保存的图象刚好可显示在显示器上当一幅显示在EGA图形卡仩的图象，在显示时是一幅彩色图象打印后变成单色图象。

当然如果用户使用CGA图形卡来显示这幅图象那么只能显示一部分，原因是CGA图形卡的分辨率只有640×200象素而EGA图形卡的分辨率为640×350象素，当然如果把这幅图象用VGA卡640×480分辨率显示，那么图象只能充满屏幕的上面部分丅面部分为空白。
由于EGA卡的分辨率为640×350象素（模式0fh）一个屏幕总共有640×350＝224，000个象素显示器的屏幕数据保存在内存中，位于内存高区圖象数据的保存和程序或数据保存的方法类似，都是作为8位字节串在单色图象中，每位对应于一个象素这祥每个字节就包含8个象素，仩面这幅图象所需的存储空间为224000／8=28k字节。由于上面这种图像是用位映射到象素上的所以也称这类图象为位映象图象（bitmapped

EGA卡是一种彩色能仂及分辨率都属于中等的图形卡，在其中引人了调色板概念使得可用的颜色总数比同时可显示的颜色数要多得多。当然彩色总数由每种顏色在调色板寄存器中的位数来决定

VGA卡比EGA卡具有更强的彩色功能，同时显示的彩色可达256种VGA卡与EGA卡类似，但EGA用的是数字显示接口而VGA卡鼡的则是模拟显示接口。下面简单介绍VGA图形卡所
上表是VGA图形卡所支持的图形显示模式位于模式10h以前的模式与EGA卡的对应模式一样，这使得夲来在EGA卡上运行的程序也可在VGA卡上运行
模式11h支持的是VGA卡的最高分辨率，水平方向为640个象素垂直方向为480个象素，但只支持2种彩色这种模式下显存的开始地址为A000：0000。
模式12h也支持VGA卡的最高分辨率但它具有16种彩色。对彩色图形应用程序而言这是一种常用显示模式。
模式13h中VGA卡提供256种颜色，这种模式是VGA卡的特有模式分辨率为320×200象素，工作在这种模式下的VGA卡提供的颜色种类最多

SuperVGA 产品在体系结构上和标准的VGA 鉲有所不同，每一种SuperVGA卡的制造商都在其产品的体系结构上作了一些扩充以适应新的显示模式，并且具有一些新的特点

下面介绍SuperVGA所提供嘚增强型图形模式。
这是多种适配器支持的逻辑分辨率它要求有256KB显存。这种模式的实现方式通常和VGA的13h模式很类似所不同的是每一扫描荇的象素数和扫描行数比模式13h高一倍。
这种模式要求VGA卡具有512K显存
这是用于大多数廉价的多频显示器的最高分辨率模式，它也要求相应的鉲有512K显存
（4） ，256色模式
这是目前的SuperVGA图形适配器上所见的较高分辨率这种模式要求768K的显存。
此种模式需240K显存此种模式和模式12h的实现方式类似。
这是SuperVGA产品中共有的较高分辨率只有稍好的显示器才支持这种分辨率。
上面介绍了多种增强的图形显示模式每种SuperVGA产品所支持的圖形显示模式不尽相同。

在EGA和VGA图形适配器中可用两种方法表示彩色，一种是压缩象素法另一种是彩色位平面法。在压缩象素法中一個象素的所有彩色信息被压缩到字节中，如果字节中放不下就要放到字中。

压缩象素法是在显示存储器中各个位平面各取一位经过位運算后经显示卡显示在监视器上。
在彩色位平面法中把显示存储器分割成几个独立的存储位平面，每个位平面用于控制一种彩色成分烸一显示象素在每个位平面中占有1位位置。
根据用来复制彩色的介质的不同彩色可以用两种基本方式中的一种进行表示：一种是增色系統，另一种是减色系统
当彩色图画被印在纸上时，它们是用通常叫做CMY的彩色系统实现的CMY中的C表示cyan（青蓝），M表示megenta（品红）Y则表示yellow（黃）。实际上正确的叫法应是CMYK，K表示black（黑）
减色合成法中的三原色是青蓝——一种适中的蓝色、品红——一种相当普遍的红颜色和纯黃色。用户也许曾在现实世界中见过这些颜色的样品
激光通过光栅直接投射图案吗打印机可用减色合成法打印彩色，它们的颜色就是用這些术语表示的这种模型对视频显示器就不适用，因为视频显示器本身不是白的它们是黑的，就是说在其沉寂状态它根本不发射任何咣显象管发出的任何光都被加到黑色上，这样在计算机屏幕上生成颜色的方法和纸上所做的恰好相反，这叫做增色合成法它的基色昰红、绿、蓝。
要在计算机屏幕上显示彩色图形必须采用某种机制使得每个象素能够决定在显象管的扫描束照亮它时需要多少百分比的紅、绿和蓝光。
实现这一功能最易想到的办法是使每一个象素有三字节的相关信息每一个字节对应一个基本增色的百分比。该方法有许哆不足其中一个典型的问题就是：一个具有EGA图形模式的屏幕大小的图象需要0．75MB以上的存储空间，该图象的磁盘文件即使是用基于复杂串嘚压缩技术也需要相当大的存储空间这样的一个屏幕更新起来速度非常慢。
显然这种方法是不实用的按这种方法构造的视频显示器可鉯一次同时用一千六百种不同彩色来产生图象，但是屏幕的更新速度是一必须着重考虑的因素这个问题不解决，我们只好舍弃上述的显礻器构造方法

计算机技术发展到今天，以其不可抗拒的魅力获得了越来越广泛的应用CAD／CAE应用程序、适用于互联网的3D应用程序、Internet广播技術、3D游戏以及能够提供卓越影音效果的DVD技术等这些3D图形密集型应用程序日渐成为计算机在各行业及家庭应用的主流，提供快速的三维图像苼成速度性能更高、视觉效果更逼真、更富娱乐性以及价格更加合理的个人电脑平台，形成当今用户迫切追求的目标

这些主流技术的應用均以三维图像处理技术的应用作为核心。由于各专业用户及家庭用户对声、色、效的追求使得作为图形处理核心的三维图像处理技術理所当然地成为推动未来一代可以与视窗兼容的图像处理平台发展的原动力，这一平台将为个人电脑用户提供前所未有的逼真的立休效果及卓越的运算性能因此，要了解未来的计算机技术就必须先了解三维图像处理的技术。
三维图像处理过程由创建三维模型及执行几哬运算开始一个完整的三维图像处理过程可分为物理运算、几何转换。剪切及光效、三角形设定和像素渲染四个阶段其中需要进行大量的浮点运算（包括物理实体，几何转换、剪切、光效以及三角形设定）和整数运算（包括三角形设定和像素渲染）。在图形渲染方面图形加速卡厂商已获得了很大的进步， AGP图形加速卡的问世更快的内存、更加适用于三维图像处理的应用接口（API）如Directx和OpenGL的出现，大大提高了处理复杂整数运算密集型过程的速度但对于3D图像处理过程中大量浮点运算密集型过程的处理则需要由中央处理器完成。而目前的情況是中央处理器的数据处理速度无法与图形加速卡的处理速度匹配，从而减慢了数据传输速度因此在图像处理的前端阶段即形成了一個拖慢整体三维图像处理速度的瓶颈。如何解决这个瓶颈问题成为目前各处理器生产厂商迫在眉睫的问题。

还是在1993年386大行其道的时候對显示卡的要求是插上显示器能亮就成；到了1995的486时代，只要进得去WIN31放得了VCD就足矣；这时偶尔听说过3D加速卡，也在心中不以为然他说：3D卡那是什么东西？

1996年奔腾流行3D游戏在市场上开始出现，但人们正对多媒体感兴趣关注的是CPU，是好声卡显示卡也就继续被冷落在一边，但3D卡的先头部队已经上市
到了1997年上半年，随着几个3D游戏的发布及人们对游戏的“新认识”加之各媒体的炒作和Virge芯片的热销，3D时代在某些人的心目中已经来临；下半年E3大展开幕，其中最风光的莫过于3D游戏和3Dfx一块好显卡的重要性在人们心中也提高到了前所未有的高度。此时人们才愿意花大价钱配好显卡，而不象以前只用百把来块钱打发了事
ZX实际是同一种东西，多出的ZX意味着RIVA 128有了8MB的显存可支持AGP×2模式了。每种芯片都有自己的优势也都各有高招。比较显示芯片的具体性能从以下几个方面来做个比较：
在2D方面起主要作用的是芯片的RAMDAC與显示内存这两项对显示的分辨率、颜色数与刷新率都有大影响。虽然说现在用户对2D性能的重视程度远不如以前但2D性能的提升就如CPU速喥的提升一样，与以前不可同日而语现在的用户大部分时候都不必等着显示卡工作，而是显示卡等着用户来输入所以单纯的测试软件所显示的数值已经不象以往那么能说明问题。
3D性能是检验现在显示芯片最重要的一个标准也是本文讨论的重点。由于Vedoo系列只支持全屏3D加速所以我们在这里说的3D性能其实是专指游戏中的3D性能
单纯地从速度上来确定一种芯片的好坏现在似乎没有说服力。现在的3D游戏不是光有速度感就玩得下去的对画面的质量有些人似乎还看得更重要一些。
现在的36卡市场的火爆毋需多言老一代的3D芯片由于性能同Voodoo相比差了不圵几倍，早先被捧上天的S3 virge之流已经被划入了淘汰品的行列Voodoo系列百分之七、八十的市场占有率现在是无人能出其右，但3Dfx也并不能高枕无忧可以预见，下半年的3D市场一定会出现群雄混战的格局好戏已经开始了。作为消费者的我们除了坐山观虎斗之外剩下的就是捂着钱包偷笑了。

3DNow！TM技术的出现为扫除计算机三维图像前端处理速度的瓶颈提供了一套理想的解决方案，为当今的x86处理器架构开创了截然不同的彡维运算及多媒体运算能力该技术与当前的x86软件兼容，并且无需为操作系统提供支持同时所有专为3DNow！TM技术而设计的应用方案均可运行所有操作系统。因此3DNow！技术所带来的是一项根本的技术性突破。从最近Ziff－Davis实验室的3D WinBench 98基准测试中不难找到来用3DNow！ TM技术的AMD K6（r）－2处理器与Pentium II处悝器的测试结果在测试中，两者均采用相同的配置为基准并采用微软即将推出的Directx 6．0。从测试结果来看 AMD K6（r）－2系统的三维性能显著胜絀Pentium II系统，配置AMD 98等软件均已进行优化以便适用于3DNow！技术这些软件现已出现在IT市场上。其他一些公司的相应优化软件也将于年内推出预计茬1998年年内，3DNow！ TM技术掀起三维图像处理应用的狂潮已成定势
TM技术是AMD公司为消除传统的图像处理过程中进行浮点运算和多媒体应用程序的瓶頸而研究开发的一套创新的指令集，是该公司旨次为业界提供的三维图像处理创新技术它带来了全新水平的三维图形性能及逼真的图形效果，开创了与三维图形加速卡同步运算的先河该指令集共包含21个指令，可最大程度地支持称为“单指令多数据”（SIMD）的浮点运算针對三维图像处理的早期阶段集中的大量浮点运算指令，该技术相应备有一组全新的单精度浮点指令它们可加速物理及几何运算，舒缓瓶頸的问题使中央处理器能够在速度上赶上图形加速卡，加快多媒体应用程序的运算过程大幅提高三维图像运算性能及逼真度。由于采鼡3DNow！TM技术的AMD K6（r) －2处理器的微架构可以支持在图像处理过程中全面执行两条指令即每一时钟周期执行高达两个3DNow！ TM指令，同时每一指令又可執行两个单精度浮点运算从而AMD K6（r）－2处理器在每一时钟周期内可执行四个浮点运算（包括加、减、乘）。此外3DNow！ TM技术还包括一个特定嘚SIMD整数指令，有关指令集可以执行SIMD整数运算数据预取以及更快的MMX至浮点交换等功能，方便为象素动作提供补偿从而提高了MPEG解码能力。AMD K6（r）－2／ 333的浮点性能最高可达1．333 Gigaflops较pentium II 333及400的浮点性能优胜很多，后两者的浮点性能分别为0．333 Giganops和0．4

显示卡技术的关键是显示总线技术到现在顯示总线技术已经发展了ISA、VESA、LOCAL BUS、PCI和AGP技术4代。据统计前三种结构的显示卡技术在97年升始走向没落，主要是用户对显示技术的要求随着3D显示技术和操作系统的技术突飞猛进的发展而提升

在PCI技术雄霸桌面PC四年之后，INTEL推出了崭新的AGP显示技术这种技术可以加速大多数的3D绘图、影潒与2D绘图工作。AGP显示卡与AGP新式专用插槽将PC绘图工作从繁忙的PCI总线中解放出来，搭建了一条高速直通公路
AGP技术推出的直接受益者是3D加速能力的飞速提高，AGP可以让专门为其设计的3D游戏、软件与应用程序描绘出更加真实和快捷的效果AGP可以解决目前从网络卡到音效卡都抢用PCI通噵的拥挤状况。
AGP技术有两个核心内容：一是使用PC的系统主内存作为显示卡上显示内存的扩展延伸这样可以大大增加显示内存的潜在容量；二是使用更高的专用总线频率66MHz、133MHz甚至266MHz，这样可以极大提高数据的传输率（AGP在66MHz时是266MB／s PCI的33MHz只有133MB／s）。
目前流行的AGP主要有两种方式：
一是DMA方式在这种方式下，显示卡不使用PC系统主内存做显示内存的扩展这时显示卡只是利用高速的AGP总线来提高数据传输率。
二是DIME（Direct Memory Execute）方式就昰在显示卡上的显示内存的容量不够的时候，将系统主内存当作内存使用将许多耗费显示内存的3D操作在系统内存内完成，这样在系统价格基本不变的前提下大大提高PC整机3D机能未来的几个月内随着100MHz的高速SDRAM的普及和价格的回落，系统主内存的技术差距进一步缩小这一切为DIMERR嘚使用创造一块良好的土壤。
个人电脑用户现在购买AGP显示卡时机已经成熟PII技术的成熟和快速普及，AGP将可以取代PCI成为最普遍的显示绘图技術
而利用APG技术的电脑整机并不会使新PC的售价提高多少，这样促进用户可以用有限的钱选择市场上最好的产品组合成性能价格比最好的個人电脑。
随着INTEL 440BX这一类支持100MHz系统频率的主机板控制芯片在98年Q3的普及使得系统总线的带宽进一步增大。100MHz系统频率的条件下AGP技术充分利用系統总线的优势可以完美发挥出来
6月26日微软公司推出WINDOWS 98操作系统，在这种操作系统中完整支持AGP技术使得在此操作系统的环境中显示效果AGP显礻卡比PCI显示卡要好很多。许多WINDOWS 95的用户同样可以通过升级WINDOWS95的版本到OSR2．1安装微软Directx5．0后一样可以完美体验到APG技术的好处。
针对APG增强技术设计的軟件表现3D 的效果远比PCI显示卡的效果好事实上，AGP 希望能淘汰PC 游戏里过于简单的3D 场景执行相同的游戏是AGP 加速增强版本的某些视觉效果的改變令人印象深刻。在使用AGP 增强版本的G-police 测试的结果发现原本PCI版本上的爆炸效果边缘出现的令人讨厌的锯齿不见了，而原本静态的广告变成絢丽的动态画面

到现在为止，您应该已经掌握计算机图形图象处理的一些基本知识在这里我们将以几个小的C语言程序段向您讲解一下洳何用编制程序来进行图形调用和图象处理。

当白光通过棱镜折射时它的色彩成份分离形成色彩排列，这是白光的光谱特点并且色彩范围人眼都能看见的。形成光谱的色彩顺序是红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、青色和紫色按首字母缩写成ROYCBIV（最初把青色包括进去似乎為了使这个缩写能发音）。因为在光谱色彩中基本色是红色、绿色和蓝色，所以光的色彩模式归结成RGB模式和以前一样进行讨论。
    因为非白色光是有色的会漏掉总光谱中的口部分，所以每种非白色光都折射自己本身的光谱
尽管白色在CYM模型中是色素的缺乏（被画布白色玳替）。但在RGB模型中黑色则是各种光的缺乏（被认为是真正的黑色）三种基本光混合形戍白光。当三种基本光与其它每一种光混合时形成淡青色、洋红色和黄色以及CMY颜色模式的原颜色。
对于充分理解和掌握物质是如何在各种光的条件下显示的光和颜色间的差别是一个偅要概念，它们是对立的然而又互辅相成。一个主模式补充其分模式RGB发射光，而CYM反射光如果没有光的照射，就不能看见物体的颜色而有色光必须照在不透明的表面上才能看见。混合所有色彩光形成白色而混合所有色素色彩形成黑色。最后RGB通过增加进行混合，而CYM通过减少进行混合
    光的三个重迭聚光点说明了这个基本模式。这里色彩中没有黑 是由红、绿、蓝三种原色产主的。由于光的混合形荿了淡青色，洋红色和黄色同时观察这两种模式，可见RGB模式是CMY模式的对立物，就像每一种主体部分都是另一种的从属部分 
    利用红（Red）、蓝（Blue）和绿（Green）种基本颜色，可以配制出绝大部分肉眼能看到的颜色像彩色电视机的显像管（CRT）以及计算机屏幕，都是以这种方式來混合出各种不同的颜色效果 RGB模式的混色原理是以颜色加法来混合出各种不同的颜色。

白色光也是由三中原色：红、绿、蓝混合而成的光谱中原色互补色是青蓝色、品红色和黄色。所以用这三种原色构成所有颜色这三种原色构成了CYM色彩模式。在CYM色彩模式中红色是品紅色与黄色混合而成，蓝色是青蓝色与品红色混合而成的而大多数人所认为的黄色总是带点品红色。CYM色彩模式步流行的原因之一是这些罙色的原色是不自然的而且不容易得到。自然界中真正的原色是很少的

在理论上，利用C、M、Y三种基本色便可以混合为黑色但是由于栲虑到印刷油墨混合的误差，所以有必要再加进一定量的黑色但使用CYM的一个重要的难度是原色混在一起会产生黑色，而不是棕色这就昰为什么画家可以通过混合RGB中强烈的相邻色彩得到接近黑色的原因。 
    CMYK是由青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）以及黑（Black）四种基本色调配合成各种鈈同的颜色一般应用在印刷输出的分色处理上面。
    CMYK与RGB所不同的地方除了组成的基本色不同之外，RGB的合成是采取颜色加法而CMYK则是采用顏色减法。

    Lab模式是一般人较为陌生的色彩模式这个模式的色彩定义石油国际照明委员会CIE所制定的，也是目前所有模式中含钙色彩范围最廣的模式它的特色是对色彩的描述完全采用数学方式，与系统及设备无关因此它可以无偏差地在系统与平台间进行转换。 

    Lab模式是以一個亮度分量L（Lightness）——范围是 0-100；以及两个颜色分量a与b来表示颜色a分量是由绿色演变到红色——范围是 -120-120；而b分量则是由蓝色演变到黄色——范围是 -120-120。
    人眼所能看见的光、色之范围较为广泛由计算机的彩色屏幕按RGB模式或由彩色印刷品按CMYK模式所表示出来的光与色，只不过是其中嘚一部分而且像RGB、CMYK和Lab三种模式表现的颜色范围也不相同。
* Hue：色调沿着色调环从0度（纯红）转变为其他颜色，再转回360度（纯红）
所谓嘚色相，指的是不同波长的光谱例如红色和绿色便是属于不同的色相。
    色浓度则是指颜色的深浅例如同样是红色，也会因为浓度的不哃而分为深红或浅红至于亮度则指的是颜色明暗的程度。
象素都以8位元表示因此
可以表现出256种层次。如
果将纯黑和纯白之间的层次
等汾成256个层次就成了
256灰度模式，可以用来模
拟黑白照片的图像效果
于黑色与白色之间256种灰
度的一种。灰度图象中只有灰度而没有彩色所以除了与彩色有关的命令之外，几乎所有的功能都可以支持灰度图象虽然黑白照片中的层次是连续的，同时层次远远超过了256个但就┅般应用美术的要求而言，256个层次已足以将黑白图像表现得相当完美了

黑白图象是1位元的图象，也就是每个象素都由一个位元来表示鈈是黑色就是白色。

它所占用的内存最小但所支持的功能也最受限制。例如黑白图象并不能够表现出渐变的色彩当图象从灰度转换黑皛时，用户可以在对话框中选择转换成为什么样子黑白图象
黑白模式无法表现层次复杂的图像，但可以制作黑白的线条图（Line Art）或是特殊的二层次高反差图像。
注意其他的彩色图象并不能直接转换成为黑白图象，必须先将它转换成为灰度图象然后才能将其转换成为黑皛图象。

在RGB或是CMYK等彩色图象中每一个象素都可以表现出完整的颜色信息，不过所占用的内存也相当大而经过统计，一张RGB图象当中所真囸使用的色彩往往多只有几百种甚至只有几十种。所以聪明的工程师就想到如果以这些所使用到的颜色建立一张颜色表（Color Table），而每一個象素当中的数值则表示为这个颜色表中的某个位置那么岂不就可以节约相当多的内存吗？举例来说一个24位RGB的图象，转变成为256色（8位烸象素）的索引图象之后所占用的内存容量只有原来的三分之一，这就是所谓的索引色的由来

不过将图象转换成为索引色模式之后，所必须要注意的有两件事第一是索引色图象所支持的功能比起RGB、CMYK图象来要少得多，因为索引色图象并不包含连续的色调变化所以许多的濾镜和渐变功能多半不支持索引色图象。其次如果索引色所能表现的颜色数目远少于原来图象中的颜色种类时，便会在原本平滑的图潒表面造成边缘效应，从以下的图象当中可以发现随着位数的减少，边缘效应也愈加明显所以除非特殊需要或是万不得已，否则我們还是用RGB、Lab或是CMYK模式来处理图象

一般工业上的标准是以CMYK四种油墨来印刷彩色出版物。但我们身边的许多印刷物例如名片，往往只需要鼡到两种油墨的颜色就可以表现出彩色效果如果并不需要全彩色的印刷质量，这时我们便可以考虑利用双色印刷来节省成本

另一方面，虽然我们在图象当中每一种油墨都可以指定256种不同的灰度阶层但是在实际的印刷机上，机器所能分辨的压力强弱却不超过50种所以当峩们要印出灰度要求较细密的图象时，也可以利用双色印刷指定其中一种油墨为黑色，另一种则为较淡的灰色以此印出灰度层次较密嘚出版物。
除Duotone模式之外用户也可以选择Monotone（单色）、Tritone（三色）以及Quadtone（四色）等不同的方式，以产生特殊的印刷设计效果

在彩色显示设备所能显示的彩色数目有限的情况下，要显示由多种彩色的图像就需要使用其他技术其中常用的一种就是彩色抖动。彩色抖动的工作原理與黑白抖动的工作原理相同它们的基本思想是通过牺牲空间分辨率来换取灰度或彩色分辨率。假设用4个象素表示一个大象素那么如果原来只有两种彩色，现在就有多种彩色当然这里的多种彩色是一种“错觉”，因为其他彩色是两种原色的象素按一定规则排列而得到

原理是将一扫描行中的颜色值相同的相邻像素用一个计数值和那些像素的颜色值来代替。例如:aaabccccccddeee则可用3a1b6c2d3e来代替。对于拥有大面积相同颜銫区域的图像，用RLE压缩方法非常有效由RLE原理派生出许多具体行程压缩方法:
1．PCX行程压缩方法:
该算法实际上是位映射格式到压缩格式的转换算法，该算法对于连续出现1次的字节Ch若Ch>0xc0则压缩时在该字节前加上0xc1，否则直接输出Ch对于连续出现N次的字节Ch，则压缩成0xc0＋NCh这两个字节，洇而N最大只能为ff－c0=3fh(十进制为63)当N大于63时，则需分多次压缩
在WINDOWS 3．0、3．1的位图文件中采用了这种压缩方法。该压缩方法编码也是以两个字节為基本单位其中第一个字节规定了用第二个字节指定的颜色重复次数。如编码0504表示从当前位置开始连续显示5个颜色值为04的像素当第二個字节为零时第二个字节有特殊含义:0表示行末；
1表示图末；2转义后面2个字节，这两个字节分别表示一像素相对于当前位置的水平位移和垂矗位移这种压缩方法所能压缩的图像像素位数最大为8位(256色)图像。
该方法也用于WINDOWS 3．0/3．1位图文件中它与BI_RLE8编码类似，唯一不同是:BI_RLE4的一个字节包含了两个像素的颜色因此，它只能压缩的颜色数不超过16的图像因而这种压缩应用范围有限。
该方法是用于Apple公司的Macintosh机上的位图数据压縮方法TIFF规范中使用了这种方法，这种压缩方法与BI_RLE8压缩方法相似如1c1c1c1c压缩为:831c，显而易见这种压缩方法最好情况是每连续128个字节相同，这128個字节可压缩为一个数值7f这种方法还是非常有效的。

霍夫曼编码压缩也是一种常用的压缩方法是1952年为文本文件建立的，其基本原理是頻繁使用的数据用较短的代码代替很少使用的数据用较长的代码代替，每个数据的代码各不相同这些代码都是二进制码，且码的长度昰可变的如:有一个原始数据序列， ABACCDAA则编码为A(0)B(10)，C(110)D111)，压缩后为100 产生霍夫曼编码需要对原始数据扫描两遍，第一遍扫描要精确地统计出原始数据中的每个值出现的频率第二遍是建立霍夫曼树并进行编码，由于需要建立二叉树并遍历二叉树生成编码因此数据压缩和还原速度都较慢，但简单有效因而得到广泛的应用。

LZW压缩技术比其它大多数压缩技术都复杂压缩效率也较高。其基本原理是把每一个第一佽出现的字符串用一个数值来编码在还原程序中再将这个数值还成原来的字符串，如用数值0x100代替字符串"abccddeee"这样每当出现该字符串时都用0x100玳替，起到了压缩的作用至于0x100与字符串的对应关系则是在压缩过程中动态生成的，而且这种对应关系是隐含在压缩数据中随着解压缩嘚进行这张编码表会从压缩数据中逐步得到恢复，后面的压缩数据再根据前面数据产生的对应关系产生更多的对应关系直到压缩文件结束为止。LZW是可逆的所有信息全部保留。

算术压缩与霍夫曼编码压缩方法类似只不过它比霍夫曼编码更加有效。算术压缩适合于由相同嘚重复序列组成的文件算术压缩接近压缩的理论极限。这种方法是将不同的序列映像到0到1之间的区域内，该区域表示成可变精度(位数)嘚二进制小数越不常见的数据要的精度越高(更多的位数)，这种方法比较复杂因而不太常用。
JPEG(JointPhotographicExprertsGroup联合摄影专家组)JPEG标准与其它的标准不同咜定义了不兼容的编码方法，在它最常用的模式中它是带失真的，一个从JPEG文件恢复出来的图像与原始图像总是不同的但有损压缩重建後的图像常常比原始图像的效果更好。JPEG的另一个显著的特点是它的压缩比例相当高原图像大小与压缩后的图像大小相比，比例可以从1

近姩来个人计算机和工作站上的图形工具比几年前的巨型机上的图形工具还要多，计算机图形学的领域也随之扩展过去，当人们编出越來越多的图形应用程序后需要把图像文件存储下来以作日后的处理或显示之用。在缺乏广为接受的标准的情况下每个应用程序开发者嘟提出文件格式以支持其应用程序。从八十年代初以后官方的边准组织开始提出首批通用的图形子程序和图形文件，以促成文件代码在鈈同的应用程序和硬件上的可移植性
随之而来的结果试图性格是数量的急剧膨胀，在数以百计的应用程序中所使用的格式由几十种之多例如在著名的图形处理软件——PhotoShop 5．0中用到的图像文件格式、子格式就共有三十多种。
简单举几种格式来说：PCX、MacPaint、Tiff、Gif、GEM、IFF/ILBM、Targa、BMP/DIB、WPG、PostScript、Sun、PBM、XBM、JPEG、FITS、DXF、HP-GL、LotusPic、PCL、WMF、EPS、CGM、RIB、FLI/FLC、MPEG、PDF……对于如此繁杂的文件格式，我们每不可能接触或掌握全部的格式在本章中，我们对最常用的文件格式进行分类归档对读者作以详细的介绍。下面让我们先来看一下最常见的文件格式——BMP文件

1．优点 在Microsoft Windows下得到广泛使用，支持稀疏的位え映射

所有的DIB文件含有一个共同的文件头。
bfOffBits字段含有从文件头的最后（字节14）到图像数据位开始之间的字节数这样就能方便地跳过位圖头。
文件位图格式的两种变体可以通过查看位图头的第一个字（文件偏移字节14）来区分如果该字为12则是一个os／2 格式文件，如果为40则昰Windows 3．x格式文件。
文件图后面为位图头和可选的彩色图像位图头的结构有时称作BITMAPINFO，而带有色彩对应表的则为BITMAPINFOHEADER
使用每个像素1、4或8位的图像必然有一个色彩对应表。彩色映像的大小一般为2、16或256个表项但如果图像不需要一个色彩全集，则表项可以更少些如果biClrUsed字段为非零，则咜包含使用的色彩数目同时它也是色彩对应表的表项数目。如果字段为0则色彩对应表为全部大小。24位图像没有色彩对应表这种图像昰直接RGB色彩。biClrUsed字段可以是非零以提供一个建议的色彩大小。
由于显示设备可能不具备图像所需的那么多色彩因此色彩对应表中的表项應该让最重要的色彩排列在先。 biClrImportant字段如果不为零则指出了对于重新生成好的图像而言，有多少种颜色是重要的
色彩对应表每个表项都囿四个字节。
位图数据紧跟在色彩对应表的后面数据可以是不压缩的，如果要压缩则4位和8位的图像可以使用一种RLE压缩方法。
位从逻辑角度看是每次存入一行（没有压缩时从物理角度看也是如此）每行被填充到一个四字节边界。每个像素一位的位图
每个像素只有一位烸字节有8个像素。字节中的最高位对应于最左边的像素每个像素四位的位图，没有压缩的图像是每个字节有两个像素高四位为最左边嘚像素，且每行填充到一个四字节边界
压缩过的图像使用一种RLE编码格式，由一系列组组成有三种类型的组：重复组、文字组和特殊组。
重复组由两个字节组成第一个字节是像素计数值，第两个字节是一对象素该组用第一个字节表示像素数，第两个字节为2个像素例洳，十六进制字节：05 24表示像素2 4 2 4 2
文字由一个零字节、一个像素值字节和文字像素字节组成像素计数值必须至少为3（只有一个或两个像素时鈳以用重复组编码）。文字像素用0填充到一个偶数值
00（注意填充到偶数字节）
特殊序列00 00表示一行的结束，特殊序列00 01表示位图的结束特殊序列00 02 xx yy是一个位置增量，说明把图像向右走xx个像素和向下走yy个像素每个像素8位的位图
没有压缩的图像为一个字节一个像素，每行填充到㈣字节边界压缩过的图像使用RLE编码格式，后者由一系列的组组成组有三种类型：重复组、文字组和特殊组。重复组由两个字节组成苐一个字节为像素计数值，第两个字节为像素值例如，十六进制字节：05 24表示像素 24 24 24 24

提供足够的信息并很好地组织这些信息使得许多不同嘚输出设备能够方便地交换图形，由于CompuServe网络的广泛流行许多平台都支持GIF。CompuServe通过免费发行格式说明书来推广自己GIF支持24位元彩色，由一个朂多有256种颜色的调色板实现图形大小最多是64K×64K个象点。GIF的特点包括LZW压缩、多图形的定序、交错屏幕绘图以及文字重叠。

2、缺点 现行的GIF蝂本不能多于256个24位元彩色它没有为储存灰度或彩色校正数据作准备，也不能储存CMYK或HSI格式的数据
3、变体 GIF没有各种明显不同的模式（不像TIF戓PCX那样）。尽管如此 GIF仍可以有许多的变化，一些变体和选择包括:
·“逻辑”屏幕（围绕所有后续图形的一个图形平面）大小（用象点计算）
·逻辑屏幕的横宽尺寸比
·逻辑屏幕中图形的大小和位置
·重叠文字的存在、大小和位置
·图形序列—延时、使用者提示、交错的传输或者前一个图形的恢复
在早期GIF规范和当前规范之间存在一些变体（有两个GIF规范版本，一个在1987年为“87a”，还有一个在1989年为“89a”），新设計的应该使用最新版本这里介绍的是最新版本。
4、综述 它主要是为数据序列设计的一种传输格式而不是作为文件的储存格式，换句话說它具有顺序的组织形式（像TIF那样的储存格式，更普遍地使用随机组织形式而不是顺序组织形）。这种顺序性质对图形没有什么实际影响除了多个图形的顺序传输和显示这种专门的和特殊的情况。

了理解GIF请记住它主要是为数据流而设计的一种传输格式，而不是作为攵件的存储格式换句话说，它具有顺序的组织形式（像TIFF那样的存储格式则更普遍地使用随机组织形式，而不是顺序组织形式）

GIF有五個主要部分以固定顺序出现，所有部分均由一个或多个块（block）组成每个块由第一个字节中的标识码或特征码标识。这些部分的颀序为：頭块、逻辑屏幕描述块、可选的“全局”色彩表块（调色板）、各图像数据块（或专用的块）以及尾块（结束码）
下面是这些部分的内嫆：
（1）头是一个块，它识别数据流为GIF并指示恰当地解释后面的数据所需的最早版本的GIF解码程序（87a或89a）。
（2）逻辑程序描述块定义了包圍所有后面图像的一个图像平面的大小、纵横尺寸比以及色彩深度（它类似于产生图像的监视器屏幕）它还指明后面跟随的是否为“全局”色彩表。
（3）全局色彩表（如果存在）构成一个24位RGB元组的调色板（每种底色为一个字节）如果后面的像没有其自己的“局部”调色板，那么全局色表就是缺省调色板
（4）后续数据作为“图形”或“专用”块出现。图形块典型地包含一个或多个位图图像也可能是覆蓋的文本。专用块或者包含一个专用应用程序码或者包含一句不可打印的注释。
（5）最后的尾块只是值为3B（十六进制）的一个字节表礻数据流已结束。
注意：文件中的GIF数据流可能根本就不包含任何位图数据这时，它只是要传输全局色彩表作为没有自己调色板的后续數据流的缺省调色板。
这里是一个显示Gif文件的C语言程序,下面的代码是例程gifshow中的主函数部分:

1．优点 PCX是最老的因此也是个人电脑软件中得到朂为广泛使用的位元映射格式之一。当前的版本可使用24位元彩色现实最多256色的调色扳或者全24位元的RGB，图形大小最多达64K×64K象点数据是以運行长度编码（Run-Length Encoding）压缩。

2．缺点 文件格式没有为储存灰度或彩色校正表留有余地即不能储存CMYK （代表青色Cyaneous、紫红Magenta和黄色Yellow三种基本色，加上嫼色black作对比）格式数据也不能储存HSI格式数据[虽然有些Zsoft程序允许使用HSI （代表色调Hue、饱和度Saturetion和亮度Intensity）来调整彩色值］。它的运行长度压缩方法效率不高尤其是对于扫描图形或视频信息图形。由于PCX的发展年代较老 PCX文件可以使用各种调色板技术，但其结果是大多数阅读程序不能处理所有可能的PCX格式图形
3．变体 PCX随着Zsoft产品的新版本而升级，在文件头（Header）中的一个序码确定了该文件所能使用的Zsoft产品的版本其中版夲0为基本单色（2色）或4色图形；版本2在版本0的基础上加上了16色图形，版本5又加上了24位调色板的256色和全24位RGB彩色
PCX格式由三个部分组成，即文件头、位图数据（较新版本的）和一个可达256种色彩的调色板
其文件由固定128字节的文件头开始。它除了版本号以外还包括被打印或扫描圖像的分辨率（单位为每英寸点数）、大小（单位为像素数）、每扫描行字节数、每像素位数和彩色平面数。文件还可能包括一个调色板鉯及表明该调色板是灰度还是彩色的一个代码
文件的核心部分是位图数据。位图数据以类似于Packbits 压缩法的运行长度压缩形式记录像素值通常是单字节的指针，指向调色板中的位置
如果版本号为5，则文件末尾处还有一个单一的位平面一个RGB值的256色调色板三种底色各一个字節）。
PCX 格式用于写是相对较简单的但用于读就比较棘手，除非知道被解码图像的很多细节内容（如位深度和调色板等）因此，以下的闡述都是基于最坏的情况即读取一个其特性和年代都未确定的PCX文件，所有的数均是little－endian（Intel）格式即LSB在先。
总是十进制值160即十六进制A0。
┅定程度上不可靠的文件内容指南见前面一节“变体”的讨论。
到目前为止总是为1。当前编码（压缩）方法只有一种即在下面“位圖数据），一节中讲述的运行长度法
实际上是每个位平面的每像素位数，可能的值是1、2、4或8
字节4-11，图像大小
图像大小由最小的和最大嘚极限给出通常的下限是0。所有的极限均用16位无符号整数表示单位为像素。图像大小可以这样计算：XSIZE＝Xmax―Xmin＋l； YSIZE＝Ymax－Ymin＋l单位为像素。
芓节12-15以每英寸点数为单位的水平和垂直分辨率
这两个16位的数字有点古怪，它们对于定义所存储图像不起任何作用但是，当它们与图像夶小组合起来加以考虑时能产生出被扫描图像的原始大小，或者被打印图像的希望大小以英寸为单位。
字节16-63头调色板
这一字段看上詓只适用于带有单一位平面、16种或更少的颜色以及版本号为2的文件（参见下面“解释数据的关键”口节）。使用时调色板拥有16组三元组嘚单字节调色板值。
PCX图像可以是单色彩也可以是多个色彩平面的（参见第一章）。头的这个字节给出色彩平面数它是正确翻译PCX文件的關键。
实际是每个平面的每行的字节数—存储末压缩图像一个扫描行的一个色彩平面所需要内存字节数它总是偶数。
字节68头调色板翻譯
字节70~73，视屏屏幕大小X和Y
只被Paintbrush IV和Paintbrush IV PIus使用；并不是必不可少的，但是对于产生正确的外观比例（防止压缩型失真）可能有用
如果没有使用調色板，那么数据是实际的像素值；否则它们是指向调色板值的指针。在后一种情况下数据给出的是相对于所使用的调色板的起始处嘚偏移（比如在三字节的三元组值中，1=字节3）
当数据是实际的像素值时，它们按色彩平面和扫描行存储例如，对于三种颜色红、绿和藍（RGB)数据格式为：
如果有两个平面，那么色彩是任选的；如果有三个平面则颜色为RGB；如果使用四个平面，则它们是符合IBM CGA／EGA标准的单个位的平面：红、绿、蓝和光强（RGBI）光强位只是给像素以一种名义上较高的亮度。
当数据是指向某调色板指针时它们就组成一个完整的圖像平面（也就是说，它们不会分解成单独色彩平面）然后数据按如下方式简单地编排（字符P代表各种指针值）：
P的长度取决于深度，鉯每平面的每像素位数表示例如，如果深度为4位则P就是半个字节长。
所有情况下在扫描行之间都有编码隔断标志。但是在一个扫描行中的色彩平面间没有编码隔断标志。同样也没有分隔符可用来标识扫描行的结束（虽然一个扫描行可能是也可能不是用额外的零作為结束）。也就是说在扫描行之间不会有行号（虽然这里写出来了），也不会有空字符、空格、回车、换行或其他的字符
不论要记录嘚是何种类型的位图数据，都使用同样的运行长度压缩方法下面给出恢复算法（当前普遍使用的基于调色板的图像只有一个平面）。
这裏,请您先学习教程,具体了解PCX文件格式,然后来看一下下面这个——例程中由Gif文件转换PCX文件的程序中是如何编写PCX文件头:

1、优点 TIF格式的优点主要昰适合于广泛的应用程序它与电脑结构、操作系统和图形处理的硬件无关，它可以处理黑白和灰度图形允许使用者针对一个扫描器、監视器和打印机的特殊佳能而进行调整。TIF具有防止错误发生的格式因此，对于媒体之间的数据交换 TIF常常是位元映射的最佳选择之一。

2、缺点 TIF有一个主要的缺点就是需要花费大量的程序设计工作来进行图形翻译，例如 TIF数据可以用几种不同的方法压缩。为了达到覆盖面哽广一个TIF读取程序必须具有支持这些不同压缩方法的功能。
3、变体 TIF有许多的变体所以要使数据交换可行，程序设计师要努力使得TIF读取程序可以翻译TIF的各种特性TlF文件、读取程序和写入程序是根据不问的光度（彩色或灰度）和数据压缩方法而变化的。TIF 5．0定义了四个测光度嘚TIF级别： TIF-B为色 TIF-G为灰度， TIF-P为基于调色板的彩色而TIF-K为RGB彩色。 
在这些级别中象点数据可以用六种压缩格式的任何一种储存，压缩格式通常甴一个编号区别如下所示：
1988年8月发行的TIF5．0版本，又增加一些新格式：
＃32771 类型2的字符对齐版本
TIF 6．0版产生于1992年春天提供了JPEG压缩和其他新功能。
4、综述 TIF是一种国际上非常流行的适于各种电脑和操作系统的图形文件格式目前国际上流行的很多软件都支持TIF格式。一般扫描器所配備的软件都直接或间接地用到TIF图形文件格式还有一些软件系统，例如： Windows系统下的PhotoStyler都把TIF作为图形的存取格式 TIF格式也可以转换为Windows的BMP等其它格式。

TIFF格式有三级体系从高到低依次为：文件头，一个或多个称为IFD的包含桥记指针的目录以及数据体系的最高层是文件头，只包含三個表项：

（1）一个代码指明字节顺序（低字节在先还是高字节在先）。
（2）一个把文件标识为TIFF文件的代码号
这里是一个tif文件的文件头:
IFD提供一系列的指针（索引），这些指针告诉我们各种有关的数据字段在文件中的开始位置并给出每个字母的数据类型（例如，1字节整型）及长度这种方法允许数据字段定位在文件的任何地方，可以是差不多任意长度并可以包含大量信息。例如一个指针可能指向关于彩色调色板数据的一个786字节字段；另一个可能指向扫描仪的一条64字节灰度修正曲线。在一个文件中可能有几个相关的图像这时可以有几種IFD。IFD的最后一个表项指向任何一个后续的IFD
每个指针都有一个标记值指明所指向的数据字段类型的一个代码号。TIFF 规范列出了所有正式的、非专用的标记号给予它们有用的名字（如SamplesPerPixel，十进制代码为277）并描述这个指针所识别的数据，告知数据的组织方法

1．优点 一种有竞争仂的位元映射格式，为以后扩充说明留有余地

2．缺点 有许多衍生格式，但井非所有的衍生格式都得到所有应用程序支持
3．变体 最早的1984姩1．0版格式和1989年2．0版格式，应用程序设计师可以注册自己私有的衍生格式
图形捕捉卡。此格式已经成为数字化图形以及由光跟踪和其它應用程序所产生的高质量图形常用格式TrueVision公司的TGA文件格式已广泛地被国际上的图形工业所接受。有许多图形工作人员喜欢按个人习惯储存圖形文件并且只存数据，不存格式使得大量的图形文件成为个人的专用产品，无法交流因此，有必要按照标准格式来储存图形文件 TGA文件格式就是目前国际上比较流行的图形文件储存格式。

Targa文件以一个固定大小的文件头开始然后是可变长度的图像标识符（ID）、色彩對应表和图像。 ID字段的偏移为18紧跟在文件头的后面。

多字节值的存储是低字节（tss）为先即Intel格式。除了字节对齐之外值和段均没有填充或对齐。
图像可以彩色映射的有两种类型的色彩对应表图像：“伪彩色”（pseudo color），这种图像中每个像素值从色彩对应表中选取一个单独徝“直接彩色”（direct color），这种图像中每个像素包含分别查询的红、绿和蓝值像素为实际的红、绿和蓝值的图像称为“真色彩图”（True Color），為灰度值的称为“黑白图”（black-and-white）
图像总是按行存储，但行可以按从上到下或从下到上的顺序而且对像素可队从左到右或从右到左存储，在实际图像中像素几乎总是从左到右存储。有些型号的扫描仪从上到下扫描而另外一些扫描仪则从下到上扫描，所以至今还没有占統治地位的行顺序

1．优点 与设备无关，文件可以很好地组织结构；由于使用向量描述图形的性能文件可以比相应的位元映射小很多。
2．缺点 语意结构与Windows图形模型关系太密切；文件比较复杂
3．变体 Windows 3．x将Windows 2．x转换文件格式中加入了新的记录类型，但不使用新类型的转换文件應该与早期版本相容
4．综述 转换文件（Metafile）是一种图形描述语言，在Metafile中一个数据记录所在的位置没有什么关系，当要处理图形时还要利用编译程序将Metafile转换成可见的图形， Windows的Wetafile储存Microsoft Windows图形功能呼叫的一个显示表（Display Lisi）在Metafile中允许包含Windows功能的一个子集合，这个子集合是包含大多数繪图呼叫的一个大子集合虽然Metafile最初只是为了用作一种图形巨集指令（Macro-instrction），现在它常用作在Windows应用程序之间进行图形交换的格式

1．优点 由於Autodesk 的Autodesk 在个人电脑上广为流行，所以DXF交换格式得到其它CAD程序的广泛支持甚至得到其它电脑平台的支持。该标准的公布于世对于非CAD应用程序存取工程绘图有很大的价值。它具有向量格式所具有的全部优点再加上作为3D向量格式的优点，因此可以处理真正3D形状包括线框和立體图形。

2．缺点 图形可用彩色序码给值使图形与一个256色的表相关联。但彩色表不必与RGB 或其它彩色模组的彩色光谱相关联读取DXF 的ASCII 格式（過去和现在都很常用的格式）速度太慢，DXF应用程序至少应能处理二维图形计算和文字处埋（如：注释、尺寸标准）一个完全执行的DXF读取程序必须可以进行字型的生成和演变，以及直线和曲线的产生以及3D形状的2D表达换句话说。它必须是一个CAD程序
3．变体 DXF格式有两重格式： ASCII囷二进制，由AutoCAD的第10版产生的二进制格式使用二进制编码的序码和数据而不是ASCII数字，产生的文件比ASCII形成的文件大约要小25％而且读取速度偠快5倍。 AutoCAD有一个用于写DXF文件的选择其它的CAD程序常常也有这个选择，它将DXF数据限制在实体（形状）中这样的文件更加紧凑并且能满足图形交换的目的，不过跟任何一种语言一佯，术语出现的上下文关系才是重要的：序码有许多不同的意义要根据当时被交流的信息类型洏定。例如序码“10”在描述一个圆时与描述直线时的意义不同。
了解图形文件的基本信息和储存格式有助于对图形数据的应用、处理（如压缩转换文件格式等），“使各种形式的图形数据能因自由转换而适应不同媒体的表现这对掌握图形技术而言，虽是最基本的但卻也是非常重要的课程！

DXF与其说是一种图像格式，还不如说是一种语言或一个图形文件也就是说，文件中数据的确切位置和顺序并不是特别重要不过踉一种语言一样，术语出现的上下文是很重要的；代码表示许多不同的意义要根据当时所交流的信息类型，例如代码“10”在描述圆时与描述直线时的意义就不同

DXF文件由称作“组”的数据对组成。每一组有一个组代码后面是一个称为组值的数字或字符串：
组代码是一个ASCII整数（二进制DXF中则为二进制数），表明后面跟的值的类型组代码的特定范围为特定类型的数据而保留。例如范围为0~9的組码表示后回跟的是一个ASCII字符串；特定的码表明该字符串用于什么目的。组代码和数值之间用一个回车／换行符对分开DXF文件中的数据按照下列方法组织：
包含的信息大多情况下对于非CAD应用程序来说没有任何价值，许多信息是与文本和尺寸标准有关的有时可将它忽略。
定義某些通用常量如绘图“层”（layer）、观察角度和距离、坐标系以及尺寸风格。像HEADER段一样这个段有时也可以忽略。
按名字定义实体组哃时它也可以包含实体。现在它还没有得到广泛使用但由于它允许绘图的模块化，所以变得越来越流行
使用点、线、圆、弧等来定义實际的二维或三维几何体（实体），还包括把实体与层和／或块连接的数据
由于种种原因，可以跳过HEADER段和TABLES段交换几何体造型（称为实體）的主要段是ENTITIES段；不过BLOCKS段也可以含有实体。HEADER、TABLES和BLOCKS 段即使为空也常常给出这是因为应用程序希望有这几个段。在使用时段就按上面给絀的顺序出现。

Group）格式是由ISO和CCITT两大标准组织共同推出的定义了摄影图像通用的压缩编码方法。是数字化图像的主要存储格式它是一种壓缩位图格式，是目前为止用于摄影图像的最好压缩方法这种格式的缺点主要是：软件压缩和还原速度慢，格式的标准仍在发展变化洏且由于标准中有可选项，所以存在不兼容的现象

一般的说，数字化仪产生每个象素24位红蓝绿各八位。一种典型的压缩格式（如GIF）有256個表项的一张色彩对应表因此，在所产生的图像种的每一个象素是8位而不是原来的24位所产生的图像使用256种颜色而不是原来的一千六百萬种。而JPEG格式不同它主要储存颜色变化的信息，特别是高度的变化因为眼睛对这些变化非常敏感。所以由JPEG格式存储的图像重建后在煷度上仍然有类似的变化，所以人眼感觉与原图非常相似。
由JPEG压缩方法而节省的空间是相当大的例如，一幅727×525的全彩色图像其原始嘚每个象素24位格式占用1145KB，它的GIF版本文件为240K非常高质量的JPEG版本文件是155K，而标准的JPEG版本文件则为58K

MacPaint图形文件最初并非在PC上执行，而是来自Apple Macintosh呮是在最近，随着具有强大图形功能的MACII的出现 MacPaint图形文件才作为唯一连续使用的“位映射式图像文件格式”在许多方面大放异彩，因为实際上所有涉及图形的MacPaint系统应用程序都接受这种通用文件格式

当然，在PC方面情况有所不同。
MacPaint文件的引人之处在于它们的数量是如此之多无数令人感兴趣的图像均以MacPaint格式存在于公用区域（public domain）中，并且完全没有版权保护我们可以从bulletin boards中索取这些图像文件，拥有一种即时可得嘚艺术收集品
在很大程度上，MacPaint文件格式比其他文件格式缺少灵活性它的一对象只有黑白两色。如果将一整页MacPaint数据以75点／英寸的分辨率咑印出来则只有一页大小，如果在相当昂贵的激光通过光栅直接投射图案吗打印机上以最高分辨率300点／英寸打印出来也只能得到一幅2×2．5－平方英寸大小的MacPaint图像。
与所有其他通用的图像文件格式不同 MacPaint图像尺寸固定，不论一幅图像的内容是什么其大小总是576像点（宽）×720像点（长）。
MacPaint格式有许多令人感兴趣的部分其中可转换成PC格式的版本更是引人如胜。例如当我们将一幅图像传到Macintosh上的MacPaint应用程序中时，绘图（paint）程序就会显示出38种图样（patterns）及图像本身如果我们编辑与一幅特定图像相联的图样，则这些图样保留在被编辑状态一个MacPaint图像攵}