图像处理ppt课件

1、第二章第二章 数字图像基础数字图像基础2.1 图像的表示图像的表示2.1.1 图像的数学表示二维函数f(x, y)n(x, y)说明像素的坐标n函数值f 说明该坐标的亮度值二维矩阵Am, nnm, n说明图像的宽和高n矩阵元素a(i j)的值表示图像在第i 行第j 列的像素的灰度值2.2.2 图像的计算机表示图像描述信息 一般以结构或类来描述 主要包括宽高等图像数据 数组 顺序存放的连续数据设备无关位图(DIB)bfType = “BM” /指定文件类型bfSize /指定文件大小bfReserved1 /保留字，(不用考虑)bfReserved2 /保留字bfOffBits /文件头到位图数

2、据的长度Bitmapinfoheader /单色DIB有两个表项16色位图有16个表项或者更少256色位图有256个表项或者更少真彩色DIB没有调色板每个表项长度为4字节象素按每行每列的顺序排列每一行的字节必须是4的倍数位图文件参数头(Bitmapfileheader)位图信息头调色板(Palette)(等我们到图像的色彩里讲)DIB Pixels位图图像数据(图像数学表示的内容)14个字节个字节40个字节个字节typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType; /*文件类型 DWORD bfSize； /*文件大小 WORD bfReserved1

3、; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; nBMP文件的数据是从下到上、从左到右的。文件的数据是从下到上、从左到右的。即从文件中最先读到的是图像最下面一行即从文件中最先读到的是图像最下面一行的左边第一个像素，然后是左边第二个像的左边第一个像素，然后是左边第二个像素素接下来是倒数第二行左边第一个像接下来是倒数第二行左边第一个像素素最后得到的是最上面一行最后一个最后得到的是最上面一行最后一个像素。像素。n2.1 图像的表示图像的表示n2.2 图像的质量图像的质量n2.3 图像的颜色图像的颜色n2.4 灰度图像灰度图像n2.5 数字图像处理的开发工具数字图像处理的开发

4、工具2.2图像的质量n层次 n层次表示灰度级的数量n灰度级 表示象素明暗程度的整数量n图像数据的实际层次越多视觉效果就越好n对比度n对比度是指一幅图象中灰度反差灰度反差的大小n对比度最大亮度/最小亮度n清晰度n相关因素：亮度、对比度、主题内容的大小、 细微层次、 颜色饱和度层次与图像质量对比度与图像质量亮度与清晰度对比度与清晰度细微层次与清晰度饱和度与清晰度内容大小与清晰度n2.1 图像的表示图像的表示n2.2 图像的质量图像的质量n2.3 图像的颜色图像的颜色n2.4 灰度图像灰度图像n2.5 数字图像处理的开发工具数字图像处理的开发工具2.3图像的颜色n图像处理中引入颜色主要有两个因素：图

5、像处理中引入颜色主要有两个因素：n颜色是强有力的描述子，它常常可以简化目标物颜色是强有力的描述子，它常常可以简化目标物的区分及从场景中抽取目标。的区分及从场景中抽取目标。1.人类可以辨别几千种颜色色调和亮度，却只能辨人类可以辨别几千种颜色色调和亮度，却只能辨别几十种灰度层次。别几十种灰度层次。2.3图像的颜色nRGB模型nCMYK模型（印刷和打印设备）nHIS模型nYIQ模型(北美的电视系统)nYUV (欧洲的电视系统)nYCbCr模型(JPEG的电视系统)n伪彩色模型nCIE模型2.3图像的颜色n大多数彩色模型是面向硬件的（如彩色监视器和大多数彩色模型是面向硬件的（如彩色监视器和打印机）或面

6、向应用的。打印机）或面向应用的。n在数字图像处理中，最通用的面向硬件的模型是在数字图像处理中，最通用的面向硬件的模型是RGB模型，该模型用于彩色监视器和一大类彩色模型，该模型用于彩色监视器和一大类彩色视频摄像机。视频摄像机。nCMY、CMYK模型是针对彩色打印机的。模型是针对彩色打印机的。nHIS模型符合人类描述和解释颜色的方式。模型符合人类描述和解释颜色的方式。2.3.1 RGBn几乎所有的彩色成像设备和彩色显示设备都采用RGB（Red / Green / Blue，红绿蓝）三基色，不仅如此，数字图像文件的常用存储形式，也以RGB三基色为主，由RGB三基色为坐标形成的空间称为RGB彩色空间。

7、n杨赫姆霍尔兹视觉三基色假说:C = R + G + B颜色颜色红色红色R绿色绿色G蓝色蓝色B黑黑0 0 0白白 255 255 255红红 255 0 0绿绿 0 255 0蓝蓝 0 0 255青青 0 255 255紫紫 255 0 255黄黄 255 255 0灰灰 128 128 128常见颜色的常见颜色的RGB组合组合2.3.2 CMYK模型n自然界物体颜色光的形成方式将物体划分为两类发光物体和不发光物体，发光物体称为有源物体，不发光物体称为无源物体。有源物体是自身发出光波的物体，其颜色由物体发出的光波决定，因此采用RGB三基色相加模型和RGB彩色空间描述。有源物体的例子包括彩色电视

8、、彩色显示器等。2.3.2 CMYK模型n无源物体是不发出光波的物体，其颜色由该物体吸收或反射哪些光波来决定，因此采用CMY三基色相减模型和CMY彩色空间描述。例如，在彩色印刷和彩色打印时，纸张是不能发射光线而只能反射光线的，因此，彩色印刷机和彩色打印机只能通过一些能够吸收特定光波和反射其他光波的油墨和颜料以及它们的不同比例的混合来印出千变万化的颜色。2.3.2 CMYK模型n油墨和颜料的三基色是CMY（Cyan / Magenta / Yellow，青/洋红/黄）而不是RGB，CMY三基色的特点是油墨和颜料用得越多，颜色越暗（或越黑），所以将CMY称为三减色。理论上讲，等量的CMY可以合成黑

9、色，但实际上纯黑色是很难合成出来的，所以彩色印刷机和彩色打印机要提供专门的黑色油墨，被人们称为四色印刷，四色印刷的彩色模型为CMYK模型。2.3.3 HIS模型n另一种常见的彩色模型是HSI（Hue / Saturation / Intensity，色调/饱和度/强度）模型。采用色调和饱和度来描述颜色，是从人类的色视觉机理出发提出的。 2.3.3 HIS模型n色调Hue表示颜色，颜色与彩色光的波长有关，将颜色按红橙黄绿青蓝紫顺序排列定义色调值，并且用角度值（0360）来表示。例如红、黄、绿、青、蓝、洋红的角度值分别为0、60、120、180、240和300。n饱和度Saturation表示色的

10、纯度，也就是彩色光中搀杂白光的程度。白光越多饱和度越低，白光越少饱和度越高且颜色越纯。n强度Intensity表示人眼感受到彩色光的颜色的强弱程度，它与彩色光的能量大小（或彩色光的亮度）有关，因此有时也用亮度Brightness来表示。2.3.3 HIS模型n通常把色调和饱和度统称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。人类的视觉系统对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，对比RGB彩色空间，人类的视觉系统的这种特性采用HSI彩色空间来解释更为适合。HSI彩色描述对人来说是自然的、直观的，符合人的视觉特性，HSI模型对于开发基于彩色描述的图像处理方法也是一个较为理想的工具，例如在HSI彩色空

11、间中，可以通过算法直接对色调、饱和度和亮度独立地进行操作。采用HSI彩色空间有时可以减少彩色图像处理的复杂性，提高处理的快速性，同时更接近人对彩色的认识和解释。 2.3.3 HIS模型2.3.4伪彩色模型n在遥感及医学图像处理中，为了直观地观察和分析图像数据，常采用将灰度图像映射到彩色空间的方法，提高对图像细节的辨别力。n定义：通过颜色映射表描述色彩u 实际上是RGB颜色模型的变体u 用伪彩色描述颜色的方法建立颜色映射表一般表的长度16-256u 像素值用其RGB值在映射表中的位置代替u 如何找出16-256种关键颜色是成败的关键示例n2.1 图像的表示图像的表示n2.2 图像的质量图像的质量

12、n2.3 图像的颜色图像的颜色n2.4 灰度图像灰度图像n2.5 数字图像处理的开发工具数字图像处理的开发工具2.4 灰度图像n计算机上显示的图像经常有二值图像、灰度图像、伪彩色图像及真彩色图像等不同格式类型。而灰度和彩色格式是数字图像处理中最常用到的类型，教材中所涉及的各种图像处理算法都是以这两种类型图像为处理对象的。 2.4 灰度图像n灰度图像是数字图像的最基本形式。n灰度图像只表达图像的亮度信息而没有颜色信息，因此，灰度图像的每个像素点上只包含一个量化的灰度级（即灰度值），用来表示该点的亮度水平，并且通常用1个字节（8个二进制位）来存储灰度值。n如果灰度值用1个字节表示，像素灰度值取值在

13、0255之间，灰度级数为256级。n在特殊应用中，可能需要采用更高的灰度级数，例如CT图像的灰度级数高达数千，需要采用12位或16位二进制位存储数据，但这类图像通常都采用专用的显示设备和软件来进行显示和处理。2.4 灰度图像彩色图像n彩色图像的数据不仅包含亮度信息，还包含颜色信息。彩色的表示方法是多样化的，最常见的是三基色模型，例如RGB（Red / Green / Blue，红绿蓝）三基色模型。因此，RGB模型在各种彩色成像设备和彩色显示设备中使用，常规的彩色图像也都是用RGB三基色来表示的，每个像素包括RGB三基色数据，每个基色用1个字节（8位二进制位）表示，则每个像素的数据为3个字节（即

14、24位二进制位），这就是人们常说的24位真彩色。 索引图像n除了存放图像的二维矩阵外，还包括一个称之为颜色索引矩阵MAP的二维数组。MAP的大小由存放图像的矩阵元素值域决定，如矩阵元素值域为0，255，则MAP矩阵的大小为2563。MAP中每一行的三个元素分别指定该行对应颜色的红、绿、蓝单色值，MAP中每一行对应图像矩阵像素的一个灰度值。如某一像素的灰度值为64，则该像素就与MAP中的第64行建立了映射关系，该像素在屏幕上的实际颜色由第64行的RGB组合决定。索引图像的数据类型一般为8位无符号整形，相应索引矩阵MAP的大小为2563，因此一般索引图像只能同时显示256种颜色。二值图像n仅由黑白

15、两种颜色组成的图像。n图像数据由0，1两个值构成。0表示黑色，1表示白色。在计算机中仅用1个bit存储每个像素的颜色。二值图像n2.1 图像的表示图像的表示n2.2 图像的质量图像的质量n2.3 图像的颜色图像的颜色n2.4 灰度图像灰度图像n2.5 数字图像处理的开发工具数字图像处理的开发工具nMATLAB软件软件nOpenCV机器视觉库机器视觉库nVLIB软件库软件库MATLAB软件nMATLAB是矩阵实验室（是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的）的简称，是美国简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软公司出品的商业数学软件，广泛用于算法开发、数据可视化、数据分析及件，广泛用于算法开发、数据可视化、数据分析及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括包括MATLAB和和Simulink两大部分。两大部分。OpenCV机器视觉库nOpenCV是由Intel公司资助的开源计算机视觉库。它由一系列C函数和少量的C+类构成，实现了图像处理和计算机视觉方面