第一章—数字图像处理基础

1、数字图像处理数字图像处理主要内容主要内容v1.引言引言v2.图像的基本概念图像的基本概念v3.图像增强图像增强数字图像处理的概念数字图像处理的概念 由于数字图像处理是多学科交叉领域，因此由于数字图像处理是多学科交叉领域，因此充斥着相互矛充斥着相互矛盾和不准确的定义盾和不准确的定义。 数字图像处理数字图像处理：是指将一幅图像转变为另一幅图像。：是指将一幅图像转变为另一幅图像。 数字图像分析数字图像分析：是指将一幅图像转换为一种非图像的：是指将一幅图像转换为一种非图像的表示。但数字图像处理通常又包括数字图像分析。表示。但数字图像处理通常又包括数字图像分析。 计算机图形学计算机图形学：用计算机将由概

2、念或数学描述所表示：用计算机将由概念或数学描述所表示的物体图像（非实物）进行处理和显示的过程。如机械的物体图像（非实物）进行处理和显示的过程。如机械图、建筑图等，动画、虚拟现实等（可视化）。图、建筑图等，动画、虚拟现实等（可视化）。 计算机视觉计算机视觉：基于图像的测量技术；用计算机技术发：基于图像的测量技术；用计算机技术发展能够理解自然景物的视觉系统。（输出是参数或者描展能够理解自然景物的视觉系统。（输出是参数或者描述）述）数字图像处理内容 图像增强去除干扰；突出主要特征；提高图像对比度。包括平滑（去噪）与锐化技术 图像复原将降质图像（畸变、模糊）恢复到原真实图像（逆问题，需要降质模型） 图

3、像压缩编码（图像传输与存储需要） 图像分析包括特征提取、图像分割、图像描述、图像理解（模式识别） 图像重建由多幅二维图像恢复物体的三维结构 图像变换（数学方法） 离散付氏变换、余弦变换、沃尔什（哈达玛）变换、K-L变换、小波变换等主要内容主要内容v1.引言引言v2.图像的基本概念图像的基本概念v3.图像增强图像增强v主要内容主要内容v2.1 图像取样与量化图像取样与量化v2.2 数字图像类型数字图像类型 图像的采样和量化图像的采样和量化v大多数传感器的输出是连续电压波形大多数传感器的输出是连续电压波形v为了产生一幅数字图像，需要把连续的感知数据为了产生一幅数字图像，需要把连续的感知数据转化为数

4、字形式转化为数字形式v这包括两种处理：采样和量化这包括两种处理：采样和量化 采样：图像空间坐标的数字化采样：图像空间坐标的数字化 量化：图像幅值（灰度值）的数字化量化：图像幅值（灰度值）的数字化（a） （b） （c）（d） （e） （f） 空间分辨率变化对图像视觉效果的影响示例空间分辨率变化对图像视觉效果的影响示例 图像的采样与数字图像的质量图像的采样与数字图像的质量图像的量化与数字图像的质量图像的量化与数字图像的质量v 总结总结：v A、图像质量一般随N和k的增加而增加。在极少数情况下对固定的N，减小k能改进质量。最有可能的原因是减小k常能可增加图像的视觉反差。v B、对具有大量细节的图像只

5、需很少的灰度级数就可较好地表示。v C、Nk为常数的图像主观看起来可以有较大的差异。v主要内容主要内容v2.1 图像取样与量化图像取样与量化v2.2 数字图像类型数字图像类型 2.3 数字图像类型数字图像类型 静态图像可分为矢量静态图像可分为矢量(Vector)图和位图图和位图（Bitmap），）， 位图也称为栅格图像。位图也称为栅格图像。 位图：是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素具位图：是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素具有颜色属性和位置属性。有颜色属性和位置属性。 位图又可以分成如下四种：位图又可以分成如下四种：二值图像（二值图像（binary image)、灰度图像灰度图像(gr

6、ay-scale image)、真彩色图像（、真彩色图像（true color image）。）。主要内容主要内容v1.引言引言v2.图像的基本概念图像的基本概念v3.图像增强图像增强图像增强图像增强v 图像增强的目的是为了改善画质，使图像的显示效果更加清图像增强的目的是为了改善画质，使图像的显示效果更加清晰。晰。v 内容包括：内容包括：v 线性对比度展宽线性对比度展宽v 动态范围调整动态范围调整v 直方图均衡化处理直方图均衡化处理v 伪彩色技术伪彩色技术线性对比度展宽线性对比度展宽v对比度展宽对比度展宽的目的是：通过将亮暗差异（即对比的目的是：通过将亮暗差异（即对比度）扩大，来把人所关心的部

7、分强调出来。度）扩大，来把人所关心的部分强调出来。v原理是，进行像素点对点的，灰度级的线性影射原理是，进行像素点对点的，灰度级的线性影射。该影射关系通过调整参数，来实现对亮暗差异。该影射关系通过调整参数，来实现对亮暗差异的扩大。的扩大。对比度展宽效果示例对比度展宽效果示例动态范围调整动态范围调整 动态范围的概念动态范围的概念v动态范围：动态范围：是指图像中所记录的场景中从暗到是指图像中所记录的场景中从暗到亮的变化范围。亮的变化范围。v动态范围对人视觉的影响：动态范围对人视觉的影响：由于人眼所可以分由于人眼所可以分辨的灰度的变化范围是有限的，所以当动态范辨的灰度的变化范围是有限的，所以当动态范围

8、太大时，很高的亮度值把暗区的信号都掩盖围太大时，很高的亮度值把暗区的信号都掩盖了。了。v动态范围调整思路：动态范围调整思路： 通过动态范围的压缩可以将所关心部分的灰通过动态范围的压缩可以将所关心部分的灰度级的变化范围扩大。度级的变化范围扩大。动态范围调整示例动态范围调整示例直方图均衡化直方图均衡化 基本原理基本原理v直方图均衡化方法的基本思想是，对在图像中直方图均衡化方法的基本思想是，对在图像中像素个数多的灰度级进行展宽，而对像素个数像素个数多的灰度级进行展宽，而对像素个数少的灰度级进行缩减。从而达到清晰图像的目少的灰度级进行缩减。从而达到清晰图像的目的。的。v因为灰度分布可在直方图中描述，所

9、以该图像因为灰度分布可在直方图中描述，所以该图像增强方法是基于图像的灰度直方图。增强方法是基于图像的灰度直方图。直方图均衡化效果示例直方图均衡化效果示例伪彩色增强方法伪彩色增强方法 基本原理基本原理v由于人眼分辨不同彩色的能力比分别不同由于人眼分辨不同彩色的能力比分别不同的灰度级的能力强，因此，把人眼无法区的灰度级的能力强，因此，把人眼无法区别的灰度变化，施以不同的彩色来提高识别的灰度变化，施以不同的彩色来提高识别率，这便是伪彩色增强的基本依据。别率，这便是伪彩色增强的基本依据。伪彩色增强方法伪彩色增强方法 分类分类v伪彩色增强方法大致可以分为以下三类：伪彩色增强方法大致可以分为以下三类：v基

10、于灰度变换的伪彩色方法基于灰度变换的伪彩色方法v基于灰度调色板的伪彩色方法基于灰度调色板的伪彩色方法1.基于区域分割的伪彩色方法基于区域分割的伪彩色方法基于灰度变换的伪彩色方法基于灰度变换的伪彩色方法 基本原理基本原理v仿照对温度的描述方式，当温度比较低，我仿照对温度的描述方式，当温度比较低，我们会想到蓝色（又称冷色调）。们会想到蓝色（又称冷色调）。v当温度较高的时候，会想到红色（又称暖色当温度较高的时候，会想到红色（又称暖色调）。调）。v根据人感官上的这一特性，将亮度低的影射根据人感官上的这一特性，将亮度低的影射为蓝色，亮度高的影射为红色。为蓝色，亮度高的影射为红色。基于灰度变换的伪彩色效果示例基于灰度变换的伪彩色效果示例基于区域分割的伪彩色增强方法基于区域分割的伪彩色增