《图像基本概念》PPT课件.ppt

烧一根不均匀的绳 从头烧到尾总共需要1个小时 现在有若干条材质相同的绳子 问如何用烧绳的方法来计时一个小时十五分钟呢 第二节图像的基本概念 第二节图像的基本概念 图像的数字化数字图像的数值描述数字图像的存储位图文件数字图像的灰度直方图 图像的数字化 目的 便于计算机处理 离散化 空间采样 512X512象素Pixel分辨率Resolution幅值量化 256级 28级 8bit 灰度级Greylevel 连续图象 数字图象 离散化 连续图象照片 电视 录象 电影 数学表达式 是一个二维分布函数 t是时间变量 所谓的图像数字化 是指将模拟图像经过离散化之后 得到用数字表示的图像 图像的数字化包括了空间离散化 即采样 和明暗表示数据的离散化 即量化 点击图片播放视频 曹冲秤象与离散化 图像的数字化 采样概念 采样是指将在空间上连续的图像转换成离散的采样点 即像素 集的操作 由于图像是二维分布的信息 所以采样是在x轴和y轴两个方向上进行的 一般情况下 x轴方向与y轴方向的采样间隔相同 图像的数字化 采样间隔 采样时的注意点是 采样间隔的选取 采样间隔太小 则增大数据量 太大 则会发生信息的混叠 导致细节无法辨认 二维采样定理 Nyguist准则 1 x 1 y 2倍的图象函数上限频带 连续图像 视频图像 首先在时间轴上采样 其次沿垂直方向采样 最后沿水平方向采样 慢拍快放 图像的数字化 采样指标分辨率 分辨率是指映射到图像平面上的单位长度上的像素个数 单位 像素 英寸 像素 厘米 如 扫描仪的指标300dpidotsperinch 分辨率或者是指要精确测量和再现一定尺寸的图像所必需的像素个数 单位 像素 像素 如 数码相机指标30万像素 640 480 分辨率不同的图象比较 分辨率640 x480 分辨率320 x240 分辨率160 x120 分辨率80 x60 640 x480 320 x240 160 x120 80 x60 Thumbnail 从粗到细地观察 点击图片播放视频 查视力 检测分辨率 图像的数字化 量化概念 量化是将各个像素所含的明暗信息离散化后 用数字来表示 一般的量化值为整数 充分考虑到人眼的识别能力之后 目前非特殊用途的图像均为8bit量化 即采用0 255的整数来描述 从黑到白 彩色图像 对每个原色量化 处理文字时 1bit即可描述字迹 人物 风景照片 至少需要32 64个灰度级来表现 在3bit以下的量化 会出现伪轮廓现象 图像的数字化 量化方法 量化可分为均匀量化和非均匀量化 均匀量化是简单地在灰度范围内等间隔量化 非均匀量化是对像素出现频度少的部分量化间隔取大 而对频度大的量化间隔取小 一般情况下 对灰度变化比较平缓的部分用比较多的量化级 在灰度变化比较剧烈的地方用比较高的分辨率 数字图像的数值描述 基本概念 所谓的数字图像的描述是指如何用一个数值方式来表示一个图像 数字图像是图像的数字表示 像素是其最小的单位 数字图像的描述 图像的描述 因为矩阵是二维的 所以可以用矩阵来描述数字图像 描述数字图像的矩阵目前采用的是整数阵 即每个像素的亮暗 用一个整数来表示 矩阵是按照行列的顺序来定位数据的 但是图像是在平面上定位数据的 所以有一个坐标系定义上的特殊性 为了编程方便起见 这里以矩阵坐标系来定义图像的坐标 数字图像的描述 图像的坐标系 如何读出图像中全部像素值 for i 0 i N i for j 0 j M j B i j A i j 在C语言中 对M N数字图像处理的核心代码如下 for i 0 i N i for j 0 j M j 对A i j 的具体运算 在Matlab中 对M N数字图像处理的核心代码如下 fori 1 Nforj 1 M对A i j 的具体运算endend 位图图像和矢量图图像 位图图像中每个像素都能记录一种色彩信息 因此位图图像能表现出色彩绚丽的图像 位图图像的大小和质量取决于图像中像素的多少 通常每平方英寸的面积上所含的像素越多 图像就越清晰 颜色之间的混合也越平滑 但文件也就越大 反之图像就越模糊 图像文件也越小 同时由于位图是由多个像素点组成的 当将位图图像放大到一定倍数时即可看到这些像素点 也就是位图图像在缩放时会产生失真现象 如下图所示为一幅位图及对其局部放大后的效果 数字图像的类型 二值图像灰度图像彩色图像 数字图像的概念与描述 黑白图像 黑白图像是指图像的每个像素只能是黑或者白 没有中间的过渡 故又称为 值图像 2值图像的像素值为0 1 数字图像的概念与描述 灰度图像 灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像 没有彩色信息 灰度级 数字图像的概念与描述 彩色图像 彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像 其中RGB是由不同的灰度级来描述的 彩色图像不能用一个矩阵来描述了 一般是用三个矩阵同时来描述 数字图像的概念与描述 彩色图像 数字图像的存储 常见的图像文件格式 BMPGIFTIFFJPEG BMP bmp 格式 BMP是英文Bitmap 位图 的简写 它是Windows操作系统中的标准图像文件格式 能够被多种Windows应用程序所支持 随着Windows操作系统的流行与丰富的Windows应用程序的开发 BMP位图格式理所当然地被广泛应用 特点 包含的图像信息较丰富 几乎不进行压缩 缺点 占用磁盘空间过大 GIF GIF是GraphicInterchangeFormat 图形交换格式 的缩写 在WWW和其它网上服务的HTML文档中 GIF文件格式普遍用于显示索引颜色图形和图象 GIF是一种LZW压缩格式 无畸变 最小化文件大小和电子传递时间 最多支持256种颜色 TIFF TIFF标记图象文件格式 TIFF TagImageFileFormat 即TIF 是由Aldus公司与微软公司共同发设计的 可以存储多幅图像和多个调色板 可存储个人标示信息 能提供多种不同的压缩数据方法 图像可以分割成几个部分分别存档 其主要特点是 善于应用指针的功能 专门为页面排版开发的EPS EncapsulatedPostScript 压缩PostScript 格式 在PC平台上缩写为 eps 在Macintosh平台上缩写为epsf 是另一种跨平台的标准 特别适合于印刷或打印输出 JPEG JPEG 即JPG 是由1986年国际电报电话咨询委员会 CCITT 和国际标准化协会 ISO 联合组成的图像专家小组 JointPhotographicExpertsGroup 在1991年3月联合制定的 连续色调静态图像的数字压缩和编码 标准 它以信息损失为前提 是一种有损压缩 经典压缩比在10到35之间 随着压缩比的增加 或质量的降低 所产生的文件就越来越短 图象中的数据就丢失得越多 JPEG 续 数字图像的存储位图文件 文件的总体结构 真彩色模式 索引色模式 像素的RGB值 像素的调色板索引值 数字图像的存储位图文件 文件头信息 文件头BITMAPFILEHEADER bfType文件类型标识 BM bfSize文件总字节数bfReserved1保留字 0 bfReserved2保留字 0 bfOffBits 偏移量 typedefstructtagBITMAPFILEHEADER WORDbfType DWORDbfSize WORDbfReserved1 WORDbfReserved2 DWORDbfOffBits BITMAPFILEHEADER 文件格式 文件大小 偏移量 数字图像的存储位图文件 信息头信息 DWORDbiSize信息头结构体长度 为0 x28LONGbiWidth图像宽度 单位是像素LONGbiHeight图像高度 单位是像素WORDbiPlanes必须为1 暂无意义WORDbiBitCount颜色位数DWORDbiCompression指定位图是否压缩DWORDbiSizeImage实际位图数据所占字节数LONGbiXperlsPerMeter指定目标设备的水平分辨率LONGbiYperlsPerMeter指定目标设备的垂直分辨率DWORDbiClrUsed 图像中使用的颜色数DWORDbiClrImportant图像中重要的颜色数 信息头BITMAPINFOHEADER biSizeImage biWidth biHeightbiWidth BmpHeader biWidth 3 4 4 数字图像的存储位图文件 真彩色模式的数据区结构 像素的RGB值 真彩色数据区 数字图像的存储位图文件 索引色模式的调色板 调色板RGBQUAD 索引色模式的数据区 像素的调色板索引值 数据区 例题 图为一bmp的存储数据 问图像的宽度和高度为多少 数字图像的灰度直方图 在数字图像处理中 灰度直方图是最简单且最有用的工具 可以说 对图像的分析与观察 直到形成一个有效的处理方法 都离不开直方图 数字图像的灰度直方图 定义 灰度直方图是灰度级的函数 是对图像中灰度级分布的统计 有两种表示形式1 图形表示形式横坐标表示灰度级 纵坐标表示图像中对应某灰度级所出现的像素个数 2 数组表示形式数组的下标表示相应的灰度级 数组的元素表示该灰度级下的像素个数 数字图像的灰度直方图 计算例 灰度直方图 获取图像的直方图 Histgram灰度直方图 image in 输入图像数据指针xsize 图像宽度ysize 图像高度hist 存储灰度直方图的数组 voidHistgram addyourcodehere 数字图像的灰度直方图 性质 所有的空间信息全部丢失 每一灰度级的像素个数可直接得到 灰度直方图与图像之间的关系是多对一的映射关系 数字图像的灰度直方图 应用 前面提到过 灰度直方图是最简单的 最有用的工具 简单性从其一维的数据形式 以及简单的计算方法可以感受到 有用性 在这里通过几个应用例子来说明 数字图像的灰度直方图应用 数字化参数 直方图给出了一个简单可见的指示 用来判断一幅图像是否合理的利用了全部被允许的灰度级范围 一幅图像应该利用全部或几乎全部可能的灰度级 否则等于增加了量化间隔 丢失的信息将不能恢复 数字图像的灰度直方图应用 分割阈值选取 假设某图像的灰度直方图具有二峰性 则表明这个图像较亮的区域和较暗的区域可以较好地分离 取二峰间的谷点为阈值点 可以得到好的二值处理的效果 Terms CCD charge coupleddevices电荷耦合器件Scanning 扫描Continuous 连续的Discrete 离散的Digitization 数字化Sampling 采样Quantization 量化Band limitedfunction 带宽有限函数 Terms ADC analog to digitalconverter模数转换器Pixel pictureelement象素Gray scale 灰度Graylevel 灰度级Gray scaleresolution 灰度分辨率Resolution 分辨率Sam