图像数字处理

1、第二章 图像(t xin)的基本概念共八十六页第二章 图像(t xin)的基本概念数字图像的概念与描述(mio sh)数字图像的存储位图文件图像的数字化数字图像的灰度直方图共八十六页数字图像的概念(ginin)与描述 基本概念所谓的数字图像的描述是指如何用一个(y )数值方式来表示一个(y )图像。数字图像是图像的数字表示，像素是其最小的单位。共八十六页数字图像的概念(ginin)与描述 图像的描述因为矩阵是二维的，所以可以用矩阵来描述(mio sh)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。共八十六页矩阵(j zhn)是按照行列的顺序来定位数据的，但

2、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。行（i）列（j）矩阵 A(i,j)矩阵坐标系X轴（i）Y轴（j）图像 f(i,j)直角坐标系数字图像的概念与描述(mio sh) 图像的坐标系共八十六页数字图像的概念与描述(mio sh) 黑白图像黑白(hibi)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。共八十六页数字图像的概念与描述(mio sh) 灰度图像灰度图像(t xin)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。共八十六页数字图像的概念(ginin

3、)与描述 彩色图像彩色图像是指每个像素的信息(xnx)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。共八十六页数字图像的概念(ginin)与描述 彩色图像共八十六页数字图像的存储位图文件 文件(wnjin)的总体结构 文件头 BITMAPFILEHEADER 信息头 BITMAPINFOHEADER 调色板 RGBQUAD 数据区 文件头 BITMAPFILEHEADER 信息头 BITMAPINFOHEADER 数据区 像素(xin s)的RGB值 像素的调色板索引值真彩色模式索引色模式共八十六页数字图像的存储(cn

4、 ch)位图文件 文件头信息 文件(wnjin)头 BITMAPFILEHEADERbfType 文件类型标识“BM”bfSize 文件总字节数bfReserved1 保留字“0”bfReserved2 保留字“0”共八十六页数字图像的存储(cn ch)位图文件 信息头信息 biSize 信息头结构体长度(chngd)，为40 biWidth 图像宽度，单位是像素 biHeight 图像高度，单位是像素 biPlanes 必须为1，暂无意义 biCompression 指定位图是否压缩 biSizeImage 实际位图数据所占字节数 biXperlsPerMeter 指定目标设备的水平分辨率

5、biYperlsPerMeter 指定目标设备的垂直分辨率 biClrImportant 图像中重要的颜色数 信息头 BITMAPINFOHEADER共八十六页数字图像的存储(cn ch)位图文件 真彩色模式的数据区结构真彩色数据(shj)区像素的RGB值 ：共八十六页数字图像的存储(cn ch)位图文件 索引色模式的调色板 调色板 RGBQUAD索引值 R G B 1 R1 G1 B1 2 R2 G2 B2 ： : : : N RN GN BN共八十六页数字图像的存储位图文件 索引色模式(msh)的数据区索引值 R G B 1 R1 G1 B1 2 R2 G2 B2 ： : : : N RN

6、 GN BN 数据(shj)区像素的调色板索引值共八十六页图像(t xin)的数字化所谓的图像数字化，是指将模拟图像经过离散化之后，得到(d do)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）。共八十六页图像的输入(shr)：图象输入(shr)设备基于CCD光电耦器件的输入设备摄像机、数字(shz)摄像机数字相机平板扫描仪基于光电倍增管的输入设备滚筒扫描仪共八十六页图像(t xin)的输入：图象输入设备扫描仪分辨率与扫描图象的大小分辨率：单位长度(chngd)上采样的像素个数：DPI(dot/inch)1000DPI1600DPI1000象素1600

7、象素1英寸原稿共八十六页图像的数字化：统一(tngy)的采样和量化为了(wi le)计算机处理，图像函数f(x,y)在空间和取值上必须数字化图像的采样空间坐标(x,y)的数字化被称为图像采样确定水平和垂直方向上的像素个数N 、 MNM共八十六页1.2.1图像(t xin)的数字化：统一的采样和量化图像采样的形式化定义设Z表示整数集合采样处理：将xy平面分配到一个网格上，且每一个网格中心的坐标(zubio)是一个笛卡儿乘积ZxZ的元素对，即所有有序元素对(a,b)的集合，其中a和b属于整数集合Zxy平面(a,b)共八十六页图像(t xin)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

8、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(jnxng)的。一般情况下， x轴方向与y轴方向的采样间隔相同。共八十六页图像(t xin)的数字化 采样间隔 采样时的注意(zh y)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。示例共八十六页图像的数字化 采样(ci yn)指标分辨率分辨率 是指映射到图像平面(pngmin)上的单个像素的景物元素的尺寸。单位：像素/英寸，像素/厘米 （如：扫描仪的指标 300dpi） 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

9、*像素 （如：数码相机指标30万像素（640*480）共八十六页图像的数字化 采样效果演示(ynsh)示例细节(xji)清晰，数据量为100%细节无法辨认，数据量为1%共八十六页图像(t xin)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”。在3bit以下的量化，会出现(chxin)伪轮廓现象。共八十六页图像(t xin)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(p

10、n d)少的部分量化间隔取大，而对频度(pn d)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。共八十六页图像(t xin)的数字化：统一的采样和量化图像(t xin)的量化取值的数字化被称为图像灰度级量化量化处理：将f 映射到Z的处理Z的最大取值，确定像素的灰度级数G = 2m， 如256f共八十六页图像(t xin)的数字化：统一的采样和量化图像的形式化定义设Z表示整数集合，R表示实数集合f(x,y)是数字图像：（1）仅当(x,y) 是ZxZ中的整数，（2）并且f是给每一个坐标(zubio)对(x,y)分配了一个灰度值（

11、该值出于R）的函数共八十六页图像的数字化：统一(tngy)的采样和量化图像的采样(ci yn)与数字图象的质量265x180133x9066x4533x22共八十六页图像(t xin)的量化与数字图象的质量256灰度级16灰度级8灰度级4灰度级图像(t xin)的数字化：统一的采样和量化共八十六页一个好的近似图像，需要多少采样分辨率和灰度级胡昂1965实验：实验方法选取一组细节多少不同(b tn)的、不同(b tn)N、M、G的图象让观察者根据他们的主观质量感觉给这些图象排序实验结论随着采样分辨率和灰度级的提高，主观质量也提高对有大量细节的图象，质量对灰度级需求相应降低图像的数字化：统一(tn

12、gy)的采样和量化共八十六页图像的数字化：统一(tngy)的采样和量化45Gm3264128256N曲线1：细节较少的人脸图象等同偏爱曲线按主观质量递增的顺序(shnx)被从左向右排列质量共八十六页图像的数字化：统一(tngy)的采样和量化45Gm3264128256N曲线2：细节(xji)中等多的摄影师图象质量共八十六页图像(t xin)的数字化：统一的采样和量化45Gm3264128256N曲线3：细节较多的球赛观众(gunzhng)图像质量共八十六页图像的采样(ci yn)：非统一的采样(ci yn)和量化非统一(tngy)的图像的采样在灰度级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平

13、滑的区域，用粗糙的采样共八十六页图像(t xin)的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的量化在边界附近使用较少的灰度级。剩余的灰度级可用于灰度级变化比较平滑的区域避免(bmin)或减少由于量化的太粗糙，在灰度级变化比较平滑的区域出现假轮廓的现象f共八十六页图像(t xin)的存储：图像(t xin)的存储体系图像文件格式体系互联网用：GIF、JPG、PNG印 刷 用：TIF、JPG、TAG 、PCX国际标准：TIF、JPG图像存储体系内存存储：处理时使用硬盘存储：处理、备份时用（在线(zi xin)）备份存储：光盘、磁带（离线、近线）分级存储（HSM），网络存储（SAN/NAS)共八十六页图

14、像(t xin)的存储：彩色图像(t xin)的存储按像素(xin s)存储按色面存储共八十六页图像的存储(cn ch):处理中的图像存储图像处理算法对存储(cn ch)缓冲区的不同处理模式以像素为单位的处理，单缓冲区存储处理单缓冲区原缓冲区目标缓冲区行和子图为单位的处理，双缓冲存储处理共八十六页图像的存储(cn ch):处理中的图像存储大体积图像处理中的块缓冲区处理方式行缓冲区、定长块缓冲区、不定(bdng)长块缓冲行缓冲区定长块缓冲区不定长块缓冲共八十六页图像(t xin)的存储:处理中的图像存储大体积图像处理中的文件映射处理方式由操作系统和程序语言开发工具提供(tgng)支持存在的问题：

15、存储空间的动态不可控性实际内存虚拟操作内存实际数据存放在硬盘共八十六页图像的显示(xinsh)：全局显示(xinsh)图像显示的坐标空间图象显示的时机与机制图象显示的恢复(huf)与刷新共八十六页图像(t xin)的显示：全局显示图像显示的坐标空间世界(shji)坐标系与显示窗口世界坐标系视窗0显示窗口共八十六页图像(t xin)的显示：全局显示图象显示的时机与机制事件驱动机制局部失效(sh xio)事件绘图事件显示函数与显示事件显示函数将图像的数据写入显示缓存显示事件将缓存中的数据送到显示卡共八十六页图像的显示(xinsh)：全局显示(xinsh)图象显示的恢复(huf)与刷新恢复的必要性：

16、 Undo的需要重显的需要刷新的机制：系统刷新交互操作引发主动刷新函数调用引发共八十六页图像的显示(xinsh)：局部显示(xinsh)图像的局部显示用蒙板实现(shxin)图象的局部显示用二值蒙板显示边缘不规则的局部区域用8位蒙板显示透明、融合效果的局部区域共八十六页图像的显示(xinsh)：局部显示(xinsh)共八十六页图像(t xin)的显示：局部显示图象的局部刷新(shu xn)通过局部失效事件，触发局部刷新保存刷新数据共八十六页图像(t xin)的打印：打印机类型喷墨打印机激光打印机热升华打印机热蜡打印机印刷机数字(shz)印刷机传统印刷机：平印、凹印、丝印共八十六页图像(t xi

17、n)的打印：打印机类型喷墨打印机激光打印机数字(shz)印刷机共八十六页图像(t xin)的打印：打印机显色原理CMYK减色法半色调（Halftone）通过基本(jbn)颜色细小色块的组合变化实现连续色调的图象网点（Screen）调幅网点：通过改变网点的大小调频网点：通过改变单位面积中，相同大小网点的出现次数共八十六页图像(t xin)的打印：打印机显色原理共八十六页图像的打印(d yn)：打印(d yn)机显色原理共八十六页图像的打印：打印机显色(xin s)原理共八十六页图像的颜色(yns)：HSI模型HSI模型量化颜色(yns)三属性H色相 ：取值0-360S饱和度：取值0-1或0-10

18、0I亮度 ：取值0-1或0-100第一章 数字图象基础 第一节 基本概念IHS共八十六页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(jindn)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。共八十六页数字图像的灰度直方图 定义(dngy)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(chxin)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。共八十六页数字图像的灰度直方图 计算(j sun)例 1

19、23456643221166466345666146623136466灰度直方图共八十六页数字图像的灰度直方图 性质(xngzh)所有的空间信息全部丢失(dis)；每一灰度级的像素个数可直接得到。共八十六页数字图像的灰度直方图 应用(yngyng)前面提到过，灰度直方图是最简单(jindn)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。共八十六页数字图像的灰度直方图应用(yngyng) 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

20、则(fuz)等于增加了量化间隔。丢失的信息将不能恢复。共八十六页数字图像的灰度直方图应用 分割阈值(y zh)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(ky)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。共八十六页谢谢(xi xie)大家作 业P2930：1，3，5共八十六页256 grays 624 x 424 pixels共八十六页64 grays 624 x 424 pixels共八十六页16 grays 624 x 424 pixels共八十六页4 grays 624 x 424 pixels共八十六页64/ 16/ 4/ 2 gray scales共八十六