数字图像处理第一章第三节

1、 3、 图像显示和打印图像显示设备:每个点的电压和该点所对应的灰度值成正比随机存储的阴极射线管 CRT ,电视显示器,液晶显示器 LCD 打印设备:各种打印机,一般用于输出较低分辨率的图像输出图像上任一点的灰度值可由该点打印的字符数量和密度来控制1 半调输出主要分为幅度调制技术和频率调制技术多数打印设备只能直接显示输出二值图像,即 打印机输出的灰度只有两级 半调输出技术-使得输出灰度图像 保持其原有的灰度级半调输出技术:将灰度或彩色图像转化为二值图像的技术将灰度(彩色图像各种灰度 转化为二值点的模式 ,可由打印设备输 出,同时 利用人眼集成特性 (人眼感知的亮度是某单元的平均灰度, 正比于其中

2、的黑象素个数 ,通过 控制输出二值点的形式 (包括数量,尺寸,形状来让任获得 视觉上多个灰度的感觉2 幅度调制通过调整 输出黑点的尺寸 来显示不同的灰度-幅度调制 AM 半调技术 在每个象素位置打印一个 尺寸反比于该象素灰度的黑圆点 ,即在亮的图像区 域打印的点小,在暗的图像区域打印的点大。在一定距离观察时,一个小点的集合可产生亮灰度的视觉效果,一个大点的集合可产生暗 灰度的视觉效果当点足够小,观察距离足够远时,人眼就不容易分开各个小点(人眼的集成特性,而得3 频率调制频率调制半调技术:输出 黑点的尺寸是固定的 ,但在 空间的分布 (点间的间 隔,在一定区域内点出现的频率 取决于所需表示的灰度

3、如果分布较密,就得到较暗的灰度,如果分布较稀,就得到较亮的灰度 表示一个较暗的灰度:需要排列很近的许多个点,他们合成一个打印单元, 也称打印点,对应图像中一个象素4 调制模板 (参考图 1.3.2-图 1.3.4半调技术 具体实现方法:调制模板将图像输出的单元细分,取邻近的基本二值点结合起来组成输出单元,在 每个单元内包含若干个基本二值点,让其中一些基本二值点输出黑,其他 基本二值点输出白,就可得到不同灰度的效果为输出不同的灰度,建立一套模板,每个模板对应一个输出单元,将每个模板划分成规 则网格,每个格对应一个基本二值点,通过调整各个基本二值点为黑或白,可让每个模 板输出不同的灰度。5 抖动输

4、出技术半调技术 是通过减少图像空间分辨率来改善图像幅度分辨率,或者说牺牲 空间点数而增加图像的灰度级数。要保持一定的空间分辨率,则输出灰度级比较少,或者说要保留细节则灰 度级数不能太多。抖动输出技术:通过 调节和变动图像的幅度值 来改善量化过粗图像的质 量。(灰度级数比较少时,图像质量比较差,会出现虚假轮廓通过 对原始图像加一个随机的小噪声来实现 ,即显示两者的和。由于图像 灰度值和噪声之间没有任何规律的联系,所以可以帮助消除量化不足而导 致的图像中出现的虚假轮廓。具体实现方法 :设 b 是图像显示的比特数,则噪声的值以均匀概率取: -2-22 22效果参考图 1.3.54 图像存储1 图像存

5、储器Ø用于处理过程中使用的快速存储器, 如计算机内存,帧缓 存Ø用于比较快的重新调用的在线或联机存储器,如磁光 MO 存储器,光盘塔,光盘阵列Ø不经常使用的数据库存储器 如磁带,光盘2 图像文件格式静态图像矢量图位图,即栅格图像u 矢量图 :主要用于图形数据文件用一系列绘图指令来表示一幅图像,如 AutoCAD 的绘图语句,图像使用一 系列线段或线段的组合体来表示,线段的灰度可以是均匀的或变化的。本质 是用数学(几何学描述一幅图像,图像中每一个形状都是一个公 式,称为一个对象优点:图像数据量小,图像质量与分辨率无关(即不论放大或缩小多少 次,图像总是以显示设备允许

6、的最大清晰度显示缺点 :不易制作色调丰富和色彩变换太多的图像,绘出的图像不逼真,不 易在软件间交换文件 b. 灰度图像在灰度图像中,像素灰度级用 8bit 来表示,每个像素都是介于黑色和白色 之间的 256中灰度中的一种。灰度图像只有灰度颜色而没有彩色, 通常的黑白照片,其实包含了黑白之间的所有灰度色调。从技术上来说, 就是具有从黑到白的 256种灰度色域的单色图像。c. 索引图像PC 机处理颜色:大多数扫描仪是 以 24位模式 对图像进行采样,即可从图像中擦样除 1670万 种不同的颜色,用这种方式获得的颜色通常 称为 RGB 颜色 。颜色深度位每像素 24位的数字图像是目前所能获取、浏览和

7、保存的颜色信 息最丰富的彩色图像,由于它所表达的颜色远远超出人眼所能辨别的 范围, 故将其称为 “ 真彩色 ”在真彩色出现之前,由于技术上的原因,计算机在处理时并没有达到每像索引图像:也称为映射颜色,在这种模式下, 颜色是预先定义的 ,并且可供选用的 一组颜色也很有限, 索引颜色的图像最多只能显示 256中颜色 。一幅索引图像在图像文件中定义,当打开该文件时, 构成该图像具体颜色 的索引值被读入程序 ,然后根据索引值找到最终的颜色。d. 真彩色图像是 RGB 颜色的另一种流行的叫法。从技术角度考虑, 真彩色是 指写到磁盘上的图像类型,而 RGB 颜色 是指 显示器的显示模式。 RGB 图像的颜

8、色是非映射的 ,它可以从系统的 “ 颜色表 ” 里自由获取所需的颜色,这种 图像文件中的颜色直接与 PC 机 上的显示颜色像对应。在真彩色图像中,每个像素由红、绿、蓝三个字节组成,每个字节为 8bit ,表示 0-255之间的不同的亮度值,这三个字节组合,可产生u1 像素 (pixel、点 (Dot和样点 (Sample在计算机中,图像是由显示器上许多光点组成的,将显示在显示器上的 这些点(关的单元称为 像素 。实际常用正方形网格点阵分割方案。扫描一幅图像时,需设置扫描仪的分辨率, 分辨率决定了扫描仪从原图像 里每英寸取多少 个 样点。 扫描仪将源图像看成由大量网格组成,然后在每 一个网格中取

9、出一点,用该点的颜色之来代表这一网格中所有点的颜色 之,这下被选中的 点 就是 样点 。扫描仪的分辨率单位为 dpi(每英寸点数 ,但激光打印机的 dpi 与扫描仪的 dpi(样点 时不同 的,实际上,以 150dpi 分辨率扫描的图像,它的效果相当于激光打印机的 1200dpi 的效果像素不是绝对的度量单位,而是可大可小, 如果获取图像时的分辨率较低 (如 50dpi ,则显示该图像时,每英寸所显示的像素个数也很少,这样2分辨率分辨率是指在单位长度内所含有的点(像素的多少,与数字图像有关 的分辨率:图像分辨率:每英寸图像含有多少个点或像素,分辨率的单位为 dpi.分辨率的大小直接影响图像的质

10、量,分辨率越高,图像细节越清晰,但 产生的文件尺寸大,处理时间长,对设备的要求越高。屏幕分辨率:显示器上每单位长度显示的像素或点的数量,通常以每英寸点数 (dpi 来表示。屏幕分辨率取决于显示器的大小及其像素设置。屏幕 分辨率由计算机的显示卡决定。标准的 VGA 显示卡的分辨率是 640×480,即水平方向 640点(像 素,垂直方向 480点(像素,高性能显卡支持 1280×1024打印机分辨率:又称输出分辨率,是打印机输出图像时每英寸的点数 (dpi ,打印机分辨率也决定了输出图像的质量,打印机分辨率越高, 可以减少打印的锯齿边缘,新打印机分辨率可达 600 1200d

11、pi扫描仪分辨率:表示方法与打印机类似,一般也用 dpi 表示,不过这里的 点是样点,与打印机的输出点是不同的。一般扫描仪提供的方式是水平分辨率比垂直分辨率高。 台式扫描仪的分辨率可以分为光学分辨率和输出分辨率。光学分辨率是指扫描仪硬件所真正扫描到的图像分辨率,可达 800-1200dpi 以上,输出分辨率是通过软件强化以及内插补点之后产生的分辨率,大约为光 学的 3-4倍。(见到的号称分辨率高达 4800dpi 或 6400dpi 的扫描仪时, 一定指的是输出分辨率GIF BMP JPEG TAG TIFF等 多种图象格式并存1、位图图象格式(1采用数据点表示象素点(2由一个矩阵点阵组成,每

12、个象素点代表原图中一个象素点,表 示该点的颜色值。(3矩阵点阵如何与原图数据点对应取决于图象的存储方式2、位图图象的典型存储方式(1扫描行存储(存储图象数据时 每次存储 原始图象中的 一行象素 , 每行 中象 素按 从左到右 顺序存储, 行与行 之间采用 从上到下 顺序(2位平面存储方式适合于每象素点的表示 长度超过 8位 的图象数据先将每象素点 最高数据位存储到第一位平面中 ,再将象素 第二数据位 的取值存储到第二位平面中 依次类推,直到存完所有图象数据特点:每个位平面中都包含原始图象数据中所有象素的某个位值优点:v可以方便处理图象中对应于某个位平面的图象特征,适合单独处理 图象中某些敏感位

13、内容v有利于发挥某些显示适配器格式的图象显示速度v在彩色图象中具有无与伦比的优势(3交叉行存储优点:即使没有读出全部图象数据,也可以构成原始图象的近似轮廓 例如:先存储偶数行数据,再存储奇数行数据或 以相反顺序存储奇数行数据用于网络传输的图象文件格式 GIF :首先每隔 8行存储一行数据,再依次 减半存储其他行的数据网络图象格式 PNG :采用两维交叉存储(同时对数据行列交叉存储 (4有损失存储(有损失压缩不以象素为基本单位存储数据,而是存储图象中的一些数据块,利用它们BMP 是微软为 Windows 环境设置的标准图象格式(API 特点:K每个文件只能存放一幅图象K压缩处理是图象文件的一个选

14、项非压缩格式是 BMP 文件的一种通用格式压缩有两种方式:16色,用 RLE4方式压缩; 256色,用 RLE8方式压缩 KBMP 可存储单色, 16色, 256色以及真彩色图象数据, 数据排列顺 序 于一般文件不同,以图象的 左下角 为起点存储图象;所用的 调色板数 据结构 中, R , G , B 三基色数据的排列顺序于其他图象文件格式相反 格式介绍:BMP 图象文件的结构有三部分组成:文件头 调色板数据 图象数据 文件头:长度固定, 54字节调色板数据:对不超过 256色图象需进行设置;对真彩色图象不存在调 色 板数据的设置信息图象数据:可采用压缩算法处理,也可以不压缩 typedef

15、Struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD bfsize ; 以字节为单位指定此数据结构占用的存储容量,固定值为 40D WORD biWidth ; 以象素为单位给出 BMP 文件所描述位图的宽度与高度 DWORD biHeight ;biHeight 为正,原点为左下角,为负,原点为左上角。一般 位图定义中两者都必为正数 WORD biPlane ;代表目标设备的平面数必须为 1WORD biBitcount ;确定每个象素所需位数(单色图,取值 1; 16色 4; 256色 8;真彩色 24 DWORD biCompression ;表示原点在左下角位图的压缩类型(

16、左上角的不能压缩 DWORD bisizeImage ;以字节为单位给出该 BMP 内图象数据占用的空间大小,若 图 象文件描 述为 BI RGB , 则该字段的值必须设置为 0DWORD biXPeIsPerMeter ;DWORD biYPeIsPerMeter ;以每米象素数为单位给出位图目的设备水平及垂直方向 的 分辨率 DWORD biClrused ;给出位图实际使用的颜色表中的颜色变址数,若取值为 0 表示本位图使用了 biBitCount 字段值所代表的最大颜色 值,取值与压缩方法有关 DWORD biClrzmportant ;给出位图显示过程中重要颜色的变址数,取值为 0表

17、示所 用颜色都是重要色。 BITMAPINFOHEADER;BITMAPINFOHEADER 数据结构(用于说明位图的大小定义 为:typedef tagRGBQUAD BYTE rgbBlue ; 蓝色亮度BYTE rgbGreen ; 绿色亮度BYTE rgbRed ; 红色亮度(颜色排列顺序与一般图象文件相反 BYTE rgbReserved ; 保留字段,无任何意义,必须取固定值 0 RGBQUAD;调色板数据(Windows 将其定义为 RGBQUAD 结构位于文件头之后,一个颜色表,包含若干表项,每一表项定义一种颜色BMP 图象的数据阵列记录图象中每一点的象素值,从位图左下角开始按

18、照 由左至右、由上到下的顺序逐行扫描位图,并逐一记录象素值,记录象素 值的字节便组成了位图阵列。所占空间大于压缩文件,但其没对图象数据做任何处理,应用程序在读写 BMP 图象时, 就不必进行数据的压缩与解压缩操作,使得 BMP 的读写操作速度超过其他图象文件。 图象数据(可采用压缩,也可非压缩:非压缩存储方式是 BMP 文件通用的一种数据处理方式GIF -Graphics Interchange Format 由 Compuserve 公司 1987 年推出 网络和 BBS 上使用最频繁的图象文件格式特点:v是 8位文件格式(一个像素一个字节vGIF 文件具备多元结构,可利用一个文件同时存储多

19、幅图象v采用改进的 LZW 压缩算法处理图象数据v图象数据中的调色板数据有通用调色板与局部调色板之分,(不支持 24位真彩色图,最多只能存储 256色的图象;无法存储 CMYK 或 HIS 模型数据v根据标识符查找数据区v存储图象数据时,可采用两种排列顺序,即顺序排列和交叉排列 (交叉排列允许用户不完全掌握图象数据之前获取原始图象轮廓,适合网络图象传输文件结构 :由五部分组成:文件头块 逻辑屏幕描述块 可选择的调色板数据块 图 象数据块 标志 GIF 图象结束的尾块五部分按固定顺序出现,各部分由一个或多个数据块组成,每个数据块中都存在特殊的GIF 文件头的基本结构为:GIFHEADER; DB

20、 Signature; 包含 6字符,前 3个必为 GIF (标明文件格式,后 3个为版本信息 DW ScreenWidth ; 以象素点为单位指定图象窗口的高度与宽度值DW ScreenDepth ; (以计算机屏幕为图象窗口,以图象大小定义窗口大小 DB GlobalFlagByte ; 1个字节,分 4部分,调色板数据信息DB BackGroundColor ; 代表窗口的背景颜色索引值DB AspectRatio ; 计算图象点的长宽比文件头:一个带有识别 GIF 格式数据流的数据块逻辑屏幕描述块:定义了与随后图象数据相关的 图象平面的大小、纵横尺度比和色彩深度 等信息,指明后面跟随的

21、 是否是全局调色板图象数据块:可以作为图形数据(包含位图图象数据或特殊目的块(包含专用应用程序码出现若该块中是图象数据时,还将出现三个顺序排列的数据块:图象描述数据块、可选择的局部调色板信息、利用 LZW 算法压缩过的位图数据尾块:用于 标记 整个数据流的 结束 ,总取固定值 3BH通用调色板和局部调色板构成:通用调色板适用于当前文件定义中的 所有图象 ,局部调色板仅适用于定 义 该调色板的图象(两板中每一种颜色都由 R , G , B 三基色混合得到,每种基色需要一个字节描述,故 在 GIF 文件格式内每种颜色都包含 3个字节的数据图象数据区:由依次排列的四部分组成:图象数据区识别信息 (提

22、供与图象有关信息,原 点位置,图象高宽值,调色板,数据存储方式 , 可选择的局部调色板数据 , 图 象数据 (LZW 处理过的数据 , 标志位 0X00(当前图象数据区的结束JPEG 图象文件格式JPEG Joint Photographic Experts Group主要用于数字化图象的标准编码技术JPEG 图象文件是一种象素格式文件,在图象文件格式的内容,文件格式 的编码方式都比 GIF BMP复杂特点:vJPEG 文件采用有损编码格式(还原图象与原始图象不完全一样 v可适用于大部分的图象类型(但不能很好处理具有突出边界的图象内 容v虽有损压缩,但解码后图象很接近原图v采用数据流编码标准有

23、专门研究 JPEG 压缩算法,有不同的压缩编码标准, JPEG 文件格式种 所采用的函数名,子程序名,参数名都包含在 JPEG 库中TIF 图象文件格式 :TIFF -Tagged image format file ,标记图像文件格式,是一种通用的 位映射图像格式之一,是现存图像文件格式中 最复杂 的一种,它提供存储 各种信息的完备的手段,可以存储专门的信息而不违反格式宗旨,是目前 流行的图像文件交换标准之一。特点:文件的可变性, 它不仅是交换图像信息的中介产物,而且是一种图像编辑 程序的中介产物。文件的多格式性, 在一般情况下, TIF 文件不依赖于及其的硬件和操作系 统。文件的可扩展性

24、, 对于一种新的图像类型,老的文件的应用程序格式一样描述能力很强, 可制定私人用的标识信息。可支持任意大小的图像, 从单色到 24位真彩色的任何图像,都支持。文 件可分为四类:二值图像,灰度图像,调色板彩色图像和全彩色图像。 一个文件可以存放多幅图像 ,也可存放多分调色板数据。独立于操作系统和文件系统的格式,便于在软件之间进行图像数据交换,它 的设计之初不是针对某一个具体的操作平台,也不是针对某一具体的操作软 件。,由于支持不同的平台和不同的软件,所以,结构就是多种的,可变 的,也就由多种的压缩存储方式,也使解压很麻烦。由于 TIF 文件的存储方 式是多种多样的,不可能存在一种软件,可以打开任意的 TIF 文件,所以在 写文件时,必须注意写入有关信息(文件由谁创建,支持什么软件TIFF文件组成：文件头（表头）、标识信息区（文件目录）、文件目录 项（图像数据区） 文件头：由 8个字节组成的结构，给出数据存放顺序、文件目录的字节偏 移量等其他部分所需要的重要信息，一般包含 3个域，即字节顺序域、版 本域、位置域。 字节顺序域：数据