数字图像处理论文
0 引言
在静态或动态（视频）图像的处理过程中，往往需要对图片选择部分区域后再处理，尤其在图像合成里，选取工具、钢笔，快速选取，橡皮擦，画笔等工具在选取图像部分区域的时候被普遍应用。但是这些工具在遇到半透明图像处理时就不太适用，处理起来非常困难，效果也不理想。因此，针对半透明图像，可以考虑选择蒙版工具来进行处理，如此往往能起到事半功倍的效果。
1 蒙版基础
蒙版在很多图像处理技术中都是一个必须的重要工具。
简单来说，蒙版（在Flash也叫遮罩）就好似在一副画之前放了一个遮挡物，在Photoshop中这个遮挡物默认为黑色，透过这个遮挡物看不到相应大小的画面，即使看得见也是以另一种颜色呈现的[1].也就是说画面的这个区域被保护起来了而不能被修改。而这个遮挡物之外的其他部分是可以看得见的，也是可以修改的。因此，蒙版之外的区域往往就自动成为选区。充当遮挡物的蒙版一般为黑色，表示无法透视，这个遮挡物也可以是白色的。只有透过这个遮挡物才能看见画面的区域，才可以成为选区被修改。而其他区域也就成为保护区域而不看见了。
当然，如果蒙版有不同程度的灰度级别，那么这个蒙版就成为半透明的蒙版了。Flash和Photoshop、After Effects的蒙版在作用原理上相反，也就是黑色和白色的作用刚好相反[2].
Photoshop作为最常用的专业化图像处理软件，提供了矢量蒙版，剪切蒙版和快速蒙版等蒙版家族系列。图层蒙版在这个家族中是最为常用的一员。在图像处理技术中经常用它来抠像，是针对那些很有难度的抠像需求，像冰块，薄雾，玻璃，水，羽纱等对象的抠像与处理[3].图层蒙版不同于其他蒙版，构造选区试图对选区进行某些操作，图层蒙版是试图对选取进行保护。图层蒙版建立在图像所在的层，并不会产生一个单独的层。
2 图像融合处理
2.1 图像融合的条件
图像融合在图像处理中也是常见的处理，融合图像可达到出人意料的夸张与想象的效果。但并非任意图像素材都适合融合处理，需要在选取素材时注意一些前提条件。其一，素材之间的颜色应该比较接近，因为合成原理里面要求有相似的元素。如果需要调整，可以先对素材做些的调整。其二，图像的光源方向也要尽可能是相同的，不然反差会太大。除非需要这种特殊的效果。其三，素材自身的质量要非常好，如果选择的素材中有一个效果比较差，也会导致整个融合效果不理想[4].
2.2 图层蒙版用于图层融合的优势
图层蒙版是基于从黑到白的逐渐过渡亮度来实现对图像的透明化的。如果蒙版的灰度级别不同，那么蒙版的透明效果也不同。如果在图层的蒙版上使用渐变工具，能够形成有规律的不同透明度的过渡性效果蒙版。这就是对图像进行半透明化操作。这样就能够在图像融合中实现比较完美的合成效果。当然，也可以通过通道技术来实现图像的融合。但通道用于合成图像时有一个问题，即通道的选取会丢失一些不同颜色的像素，这就在原理上会导致合成效果的像素损失，最终的合成效果也就存在一定程度上的失真[5].而图层蒙版用半透明的效果进行遮蔽，就不会丢失任何像素。合成效果自然就会更胜一筹。
2.3 图像融合范例分析
使用蒙版对图像部分区域进行透明化操作，按照以下步骤来使用图层蒙版合成两张图片，呈现沙漠中出现的若隐若现的寺庙一角，实现海市蜃楼的特殊效果。
⑴ 在同一个文件中放入两个图片，形成不同的层。注意需要透明的图层置于上方。这样便于对上层图像使用蒙版进行半透明化操作。当然还要调整好各层的位置关系，确定准备透明的图像区域。如果图层处于保护状态，可以通过在图层窗口面板上双击对应的图层就可以解开该图层锁定状态[6].
⑵ 为沙漠图层（图层0）添加一个图层蒙版。先单击该层，然后点击图层面板下的"图层蒙版"按钮为该层产生一个图层蒙版。如图1所示。可以看到，对于新建的图层蒙版，默认为白色，说明没有对本层的"沙漠"起到任何保护和阻挡作用，全部图像像素均不透明，因而无法看到下层"寺庙"图层的任何像素。
⑶ 在本范例中，试图对图层0,沙漠的右上角部分进行透明化，而透明了的区域自然就由下层的寺庙图像来进行填充。由于新建的图层蒙版默认为白色填充，也就是该层没有透明区域，没有任何元素受到保护，全部为可见部分，处于可修改状态。自然，下面的图层内容被图层0遮盖而不会被显示任何像素。为了显示出下层的像素，需要改变蒙版的透明性，进入图层蒙版编辑状态。单击图1中图层0的缩略图白色区域，为白色区域填充一些灰度级的像素，这样具备灰度级的像素区域就会若隐若现的透露出下层图像的内容。选择渐变工具，使用黑白渐变色，控制好渐变的方式为径向，即由中心点向四周渐变辐射开来。渐变范围大小自己进行适当调节，就可以在上层的沙漠中融合进寺庙的效果，类似于海市蜃楼的特效如图2所示。
从图2效果来看，"沙漠"和"寺庙"的融合交错部分的半透明效果就很好，比利用通道做出来的效果更加细腻逼真。
3 半透明物体抠像
3.1 半透明素材
抠像是图像合成中常用的手法，针对不同的素材特点选用不同的抠像手法。对于半透明图像素材的抠图处理很特别，正如本文提到的烟雾，薄纱，冰块，玻璃等半透明的图像素材的抠像。如果仅依靠选取，画笔，橡皮擦等工具则会显得力不从心，很难做好这类素材的抠图。当这些半透物体存在背景图时，那么采用传统选取的方法根本无法进行抠图处理。如图3是一个融入了背景的酒杯，杯壁本身是半透明的，但是由于存在背景图，这样杯壁上就具备了背景图的像素，增大了抠图的难度，使用传统的方法不容易将其抠除。
3.2 图层蒙版半透明抠图原理
图层蒙版根据自身像素灰度级来对本层图像进行遮蔽，实现透明化的效果。而这种半透明物体的像素并不呈规律分布，即不能使用渐变工具来实现透明和半透明效果。由于本层图像自身就具备不同灰度级别的像素，可以利用这一点，把本层图像的内容全部复制到本层的图层蒙版中。也就是利用本层图像自身的灰度级来对自身进行半透明化。这是任何选取工具和渐变工具均实现不了的。在此基础上，选取工具对其他大范围的像素区域直接用黑色覆盖，这部分像素就全部透明化而看不见了。这样就能由图层蒙版间接实现抠图效果，而且还非常逼真，也更加符合视觉原理。
3.3 半透明物体抠图范例
⑴ 我们使用图3作为半透明的素材，将其放在另一素材的桌布之上。打开桌布素材，并将杯子素材单独一层至于上层。如图3所示。
⑵ 对杯子所在的图层1建立一个图层蒙版。选取杯子素材的全部范围，将其复制到剪贴板。使用<Alt>+单击蒙版缩略图就单独进入蒙版中，继续使用<shift>+<ctrl>+v,把杯子的全部像素原位粘贴到图层蒙版中。这一点至关重要，可确保在进行半透明化操作时像素不错位。除非采用全画幅的复制与粘贴（<ctrl>+<A>）可以不用进行原位处理，否则就会因为粘贴而引起像素的位移，导致效果受到损坏[6].可以看到，粘贴到蒙版中的杯子素材全部转为灰度级的图像了，因为蒙版本身就是根据不同的灰度级别产生不同的亮度从而形成不同程度遮蔽效果，这是利用图层蒙版处理半透明素材的关键一步。由于进行了原位粘贴，蒙版中的灰度级像素亮度正好与原来图像的像素一一对应，形成与图像自身的像素完美匹配的图层蒙版。这种蒙版是无法通过其他选取工具得到的，这就是图层蒙版的优势所在。
⑶ 接下来，图像之外的背景全部应当做透明化处理，使之成为黑色区域。基本原理就是选取这一不规则区域，填充为黑色像素。这里很多弧形线条，因此推荐使用钢笔工具的贝塞尔线条来勾勒路径，转换为选区之后再进行反选就可以对这一区域填充黑色了。这个操作要精细，过滤掉大面积不规则区域的像素，让这些像素直接透明化，以便透过这些区域呈现下层的背景图。此外如果在半透明区域存在一些部位是不应当进行任何透明处理的，比如商标，这就需要再对这些排除区域进行选择，并填充为黑色，即可实现这部分图片的原样输出。
⑷ 单击背景层，可以看到已将半透明的酒杯成功抠出来了，如果觉得效果不够明显，可以对图层复制一层，叠加就可增强效果，还可以调整图层的混合模式等等，最后应用蒙版效果，完成合并，如图4所示。
4 结束语
在Photoshop,after effects中应用比较广泛，由其工作原理就能够明确该蒙版工具的应用特色。图层蒙版用于边缘淡化（包括图层之间的融合）和抠像处理。本文从图层蒙版的作用原理出发，分析了对图像进行半透明化处理时应用图层蒙版的简便方法，可以获得最佳效果。要创作出完美的作品还需要更多的综合应用，包括更精细的选择，图层之间的混合，色彩的调节，滤镜的使用，其他参数的调整等。本文侧重从原理的角度来分析图层蒙版的特色功能，按不同灰度级来对图层进行透明化处理，对实现半透明图像处理给出了一条简捷的途径。
参考文献：
[1] 曾款，潘擎。抠图+修图+调色+合成+特效Photoshop核心应用5项修炼[M].人民邮电出版社，2013.
[2] 李金明，李金荣。Photoshop 专业抠图技法[M].人民邮电出版社，2012.
[3] 李涛。After Effects Cs4[M].人民邮电出版社，2010.
[4] 吕晓辉。从《多媒体制作技术实训》谈多媒体软件的开发规划[J].吉林省经济管理干部学院学报，2011.4.
[5] 薛浙瀛。从一支粉笔到多媒体教学--谈多媒体教学在电学课上的有效应用[J].电脑知识与技术，2010.5.