[科普中国]-数字图像存储

基本概念像素(pixel)

像素是图形单元(pictureelement)的简称，它是位图最小的完整单位。像素具有两种属性：一种是相对于位图图像中的其他像素来说，一个像素具有一个特定的位置；另一种是具有可以用位来度量的颜色深度。

图像分辨率图像分辨率通常是指每英寸中像素的个数，用ppi(ptxelsperinch)表示。图像分辨率取决于显示图像的大小。在数字化图像中，图像分辨率的大小直接影响图像的品质。分辨率与图像清晰程度成正比。分辨率越高，图像就越清晰，当然产生的图形图像文件也就越大，在图形处理时所需计算机的内存越多，同时CPu处理的时间也就越长。

图像的位分辨率图像的位分辨率又称位深，是用来衡量每个像素储存信息的位数。这种分辨率决定可以为多少种色彩等级的可能性，所以有时将图像的位分辨率称为颜色深度。常见的有8位、16位、24位、32位和48位色彩。这里的“位”实际上是以2为底的幂来计算的。如24位色彩能组合224=16，777，216一千六百多万(16MiIlIon)种色彩等级，这比人类眼睛所能分辨的色彩要多得多。

存储方式数字化图像数据有两种存储方式：位图存储(Bitmap)和矢量存储(Vector)。我们平常是以图像分辨率（即象素点）和颜色数来描述数字图象的。例如一张分辨率为640*480，16位色的数字图片，就由2^16=65536种颜色的307200(=640*480)个素点组成。1

位图图像位图图像又称作点阵图像、位映射图像，它是由一系列像素组成的可识别的图像。如果把一幅位图图像看成一个数字矩形，则矩形中的任一元素(即像素)对应于图像中的一个点，而相应的值对应于该点的颜色或者灰度。

位图图像与分辨率有关，任何一幅位图图像都含有有限的像素。图像分辨率取决于显示图像的大小。显示图像小时，像素就少．增加了分辨率；显示图像大时，像素就变多，则降低了分辨率。当一幅图像显示得很大时，就可以看到锯齿状的边缘和块状结构的过渡，就像一幅马赛克图像。如果想要边缘光滑，就必须增加图像中的像素数目。

位图图像的特性：

(1)位图图像是由固定数目像素组成的任何图像，无论它有多少色彩。所以．处理内容复杂的图像或者希望得到真实照片那样的图像，则采用位图图像最合适。

(2)位图图像的品质与图像分辨率有关。所以，应根据不同的图像品质需要，设置不同的图像分辨率，才能经济快捷地进行图像处理。当图像需要高质量的输出或者保存，希望得到清晰的图像，则提高图像分辨率。当然这样的话由于产生的图像文件增大，它所需要的存储空间也大，处理图像的时间也较长。对于小尺寸的图像，只在屏幕上显示作品(如多媒体图像)，图像分辨率可以设置低一点。最好反复实践，根据需要设置合适的图像分辨率。

(3)前面提到位图图像需要占用大量的存储空间和较长的处理时间，简单的位图几k到上百k，而复杂的位图就要占用几十M甚至更大的存储空间。解决的办法一是：采用更大的存储器，大容量的磁盘、光盘等。二是：用软件重新组织数据，降低位图图像文件的大小——文件压缩。

这里需要注意两点：①如果采用有损压缩。被压缩的文件里损失了部分原始图像的数据，有时这种损失可能会对图像的观赏有一点影响。②采用文件压缩时，所采用的压缩格式要是应用软件能兼容的压缩格式。

矢量图像矢量图形直接描述图像数据的每一个点．而是描述产生这些点的过程以及方法，通过数学方程来对图形的边线和内部填充描述以建立图形。矢量图形的关键是计算机用数学方程来描述物体。矢量图形是由各个矢量对象组成，它是用数学原理将各种矢量对象组合而成的图形，以一组指令的形式存在。这些指令描述依附图形中所包台的直线、圆、弧线等对象的各种属性，也可以使用更为复杂的形式表示图像中曲面、光照、材质等效果。图形中的每一个对象都是一个独立的实体，都独立的定义了各自的色彩、形状、轮廓、尺寸以及位置等属性。

矢量图形的特性：

(1)由于矢量图形把线段、形状及文本定义为数学方程，因此矢量图形与分辨率无关，对图形的更为细致、真实。它可以将图形的尺寸任意改变而不会导致失真和降低图形的质量。这是矢量图形一个非常有用的特点。

(2)由于矢量图形与分辨率无关，因此矢量图形可以自动适应输出设备的最大分辨率。以打印机作为输出设备时，打印机把矢量图形的数学方程变成打印机的像素，无论打印的图形有多大，图形看上去都十分均匀清晰。

(3)由于矢量图形是以数学方法描述的图形，它并不存储图形的每一点，而只存储图形内容的轮廓部分，因此不含有位图图像的矢量图形的存储空间较位图图像的存储空间要小得多。

(4)在矢量图形中，文件大小取决于图形中所包含对象的数量和复杂程度，因此矢量图形文件大小与输出图形的大小几乎没有关系，这一点与位图图像正好相反。

(5)在矢量图形中可以只编辑其中某个对象而不影响图形中的其他对象。矢量图形中的对象可以互相覆盖而不会互相影响。

位图图像与矢量图形的区别(1)矢量图形的显示过程是按照图元(一些简单的对象如圆、线、球、立方体等称作图元)的顺序进行的，而位图图像的显示过程是按照图像中所安排的像素顺序进行的，与图像内容无关。

(2)矢量图形可以进行变换(如放大)而无失真，而位图图像变换(如放大)则有可能发生失真。这是因为位图图像只是简单的将元素进行了处理。

(3)矢量图形能够以对象为单位单独的进行属性修改、编辑等操作，而位图图像则不能。这是因为位图图像中并没有关于图像内容的独立单位，只能够对像素或者图像块进行处理。

(4)矢量图形实际是对位图图像的抽象，在处理和存储时均按照图的特定格式进行，但在屏幕上进行显示时则与位图图像没有区别。

存储格式BMP格式BMP图像文件最早应用于微软公司推出的Microsoft Windows系统．是一种Ms—windows标准的位图图像文件格式。此格式由于在存储过程中几乎不进行压缩，因此包含的图像信息非常丰富。该文件格式支持RGB、索引颜色、灰度和位图色彩模式，还支持l～32位的格式，其中对于4～8位的图像使用RLE(行程长度编码)，这种压缩方案不会损失数据。它最大的缺点就是要占用大量的存储空间。2

GIF格式GIF(Graphic Interchange Fomat图形交换格式)格式是由Compn server公司设计的。该格式是在world wind web上应用最广的图像文件格式之一。GlF格式的最大特点是压缩比高，文件占用存储空间较小。该格式由于受到8位存储格式的限制，因此要求图像中颜色的数量减少到256或更少，这是缩小文件大小、减少占用存储空间的一个主要因素。因为该格式存储的图像中颜色数量少。所以GIF格式通常用于没有太多颜色过渡的图像，只有索引色和灰度图像可以保存为GIF格式。虽然该格式受到存储格式的限制，但这种限制在传输速度至关重要的媒体中十分有利。2

JPG/JPEG格式JPG/JPEG格式是由Joint Photographic experts goup (联合图像专家组)开发的一种常见的图像文件格式，是目前网络可以支持的图像文件格式之一。实际上JPG/JPEG并不是一种格式，确切地说是一种位图图像压缩算法，其他一些文件格式如PIcT格式和EPS格式，都使用了JPEG压缩算法存放数据。JPG/JPEG可以惊人的压缩位图减小文件的大小，标准压缩后的文件只有原文件大小的十分之一，压缩率可达到100：1。JPBG采用了有损压缩，被压缩后的文件里丢失了原始图像的一些不太引人注目的数据，如果压缩比设置为80左右，则几乎不会影响到图像的显示品质。但反复以JPEG格式保存图像将会降低图像的质量并出现人工处理的痕迹，甚至使图像明显地分裂成碎块，这一点要引起注意。由于该格式压缩比较大，故这种格式的图像文件不适合放大观看和制成印刷品。虽然该格式压缩比较大，但存储文件较小，所以应用较广。2