计算机图像处理作业

1、计算机图像处理图像的概念及整体课程体会学院：xxx班级：xxx姓名：xxx学号：xxxx2011/5/16我们本门课程共讲八章，通过十多周的学习，我学到了关于计 算机图像处理的基本知识，对计算机图像处理有了更深一层次的理 解。以下是图像的基本概念及我学习本课程的体会。图像的基本概念i.i图像数字化图像按表现方式不同分为连续图像和离散图像：连续图像一一 日常生活中见到的图像一般是连续形式的模拟图像，可由一个二维 连续函数f （x , y）来描述。其中：（x, y）是图像平面上任意一个 二维坐标点，f （x, y） 则是该点颜色的深浅。离散图像一一 用一 个数字阵列表示的图像。阵列中每一个元素称为

2、像素，像素是组成 数字图像的基本元素。数字图像处理的一个先决条件就是将连续图像经采样、量（离 散）化，转换为数字图像。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）明暗表示数据的离散化（即量化）由于图像是一种 二维分布的信息，对它进行采样操作也是二维的。采样示意图采样时的注意点是：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。分辨率 是指映射到图像平面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

3、所必需的像素个数。单 位：像素X像素（如：数码相机指标30万像素（640X480）。量化是将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字来表示称 为图像的量化；一般的量化值用整数来表示。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 8比特（bit）量化，即用 0255描述“黑白”。采样与量二it样间隔采样与量二it样间隔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 较高的采样密度。低比特量化的伪轮廓现

4、象图例灰度变换比较平缓的区域(天空)采用较低量化级数，容易产生 伪轮廓。量化的过程也称为 A/D转换：是将光电传感器产生的模拟 量转换为数字量，以便计算机处理；转换过程：采样、量化、编 码；转换精度：ADCB数；转换速度：采样速率；量化误差。经数字化的图像方可用计算机来处理。图像 f (x , y)必须 在空间上和在颜色深浅的幅度上都进行数字化：空间坐标(x , y)的数字化被称为图像采样；颜色深浅幅度的数字化被称为灰度级量 化。假定连续图像f (x , y)被等距离取点采样形成一个 NXN方 形点阵，它可用下式表示： TOC o 1-5 h z -/(o,o)/(oa)i) 、/(M)/(i

5、,ni)心.-J(N 1,0) 5 1,1)f(N LN - l)上式右边就是一个通常所说的数字图像。其中每一个元素称之为像 素。图像的数字化不同采样点数对图像质的影响(G 原始图像靠(b)采样图像1”如乂128)； (c)梁祥图像2(7X6。(d)果样图像3(32乂32卜 3 采祥图像4U6X(f)果样图像氯8父8)不同量化级别对图像质量的影响2(a)原始图像(256色h (b)量化图像64色1 3 量化图像“32色):(d)量化图像3(16色卜 C)量化图像4(4色h (I)量化图像5(2色)1.2数字图像的描述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

6、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。Y轴(j)矩阵A(rr J)像 f(id)像 f(id) X轴(i)矩阵坐I示东直角坐标系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，故又称为二值图像。二值图像的像素值为 0、1。O 1 II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，没有彩色信息彩色图像是指每个像素的信息由RB系由不同的灰度级来描述的。 O 150 2OO像，没有彩色信息彩色图像是指每个像素的信息由RB系由不同的灰度级来描述的。/= 12050180250220 IOOMO1 33MOtHO1 OOro255255255M

7、O1 33MOtHO1 OOro2552552551.3图像数字位图文件结构图像是由排成矩形点阵的像素组成的。图像通常与操作系统有 关:windows、unix、mac;图像有不同的编码方式：无压缩、无损 压缩、有损压缩。把一幅图像记录进文件时，必须同时记录下各像 素在点阵中的位置及像素的灰度值。实际上我们可以利用各像素在 文件中的记录位置来表示其在图像点阵中的位置，这样就可以省去 记录像素位置坐标的数据量，而各像素的数据只用来记录其灰度 值。文件中的数据只能以一维方式记录，而图像点阵是二维的。为 了用一维形式记录二维图像，通常采用的办法是将各行像素的数据 首尾相连。例如，一幅MKN图像的数据

8、文件中，它的 MKN个像素 数据是这样排列的：最初的N个数据分别对应图像第一行从左到右 N个像素；第N+ 1到第2N个数据分别对应图像第二行从左到右 N 个像素，等等。如此类推，最后的 N个数据分别对应图像第 M行从 左到右N个像素。这样就必须在文件中某处注明该图像的尺寸，即 长度与宽度，以便在读取数据时能够根据这个尺寸重新把一维数据 流排列成原来的二维点阵。图像的尺寸（长与宽，均以像素为单 位）通常记录在文件头（header）中。文件头是有关图像整体的信 息数据块，除记录图像的尺寸外，还记录诸如像素的位长、图像的 颜色表等有关信息。文件头之后才是图像的数据流。因此，图像数 据文件是文件头加数

9、据流。图像数据的文件格式随着图像的各种信息的内容取舍与记录次 序的不同而异。其中，关于图像数据的记录方式基本相同，主要的 差异在于header的内容。应用较广，比较常见的静态图像文件格式 有：BMP/D旧、JPEG PNG Tiff 、 Gif、 RAW PCX PostScript、DXF HP-GL WMF BmpM Microsoft Windows 设备无 关位图（Microsoft Device Independent Bitmap ）文件，又称为 DIB 。是Windows操作系统的标准文件格式。虽然大部分BMPC件是不压缩的形式，它本身还是支持图像压缩的，如 rle格式（行程 长

10、度编码，runlength encoding ）和LZW玉缩格式等。Bm何以包 含每个像素l位、4位、8位或24位的图形。其中1、4和8位图形 有彩色映像（调色板），而24位元图形则是真彩色（TrueColor ）。优点： 在Microsoft Windows 下得到广泛使用。 缺点： 除了 Microsoft Windows外，无法在其他环境下使用。女二队立仍二头曰I TMA尸尸11_匚I匚AO匚曰日|TM尸I匕冲 AOBR佰0次公立门.F OM EADER | BITMAP INFO HEADER 咽a也运f领 益 Fl勺 KGIMnROHGUAO|做衣尔j晒e板索弓I m真彩色模式的数据

11、区结构I象案的RGH值索引色模式的数据区4家未白勺泌色板忐与打索引色模式的数据区4家未白勺泌色板忐与打调色板数据紧接在图像信息之后，用于说明位图的颜色，它有 若干个表项，每个表项是一个结构体，确定了一种颜色，每个 结构体是由4个域组成：路 的.小小克1% f路 的.小小克1% f直= H七值。-2SSXltfno- 2SS此位O- 25SBYTEH、TH r模二H YTE .疼tF4.E.=.f .1调色板中表项的个数由图像所使用的颜色数决定：若不是真 彩色图像，表项的个数与图像使用的颜色数相同，每个表项对 应了一种颜色（如00,FF,00,00表示纯绿色）；若图像为真彩 色，每个像素所占的位

12、数BitsPerPixel=24 ,则图像数据的每 3个字节代表一个像素，这3个字节分别定义了像素颜色中 蓝、绿、红的亮度，因而就省去了调色板。图像数据也叫位图阵列，它记录了图像的每一个像素值， 在生成图像文件时，Windows从图像的左下角开始（从左到右， 从下到上）逐行扫描图像，将图像的像素值一一记录下来，这些 记录像素的字节组成了图像数据（位图阵列）。一行像素所占 位图阵列的字节数，必须是4的倍数，倘若不到4的倍数则必 须要用0补足。对于用到调色板的位图，图像数据就是该像素颜色在调色 板中的索引值，对于真彩色图，图像数据就是实际的RGB直。17GD;OL2iO 1 YOOUXMJ 1TO

13、D.0140 K TiftR 二 CM 行门 t *，！ I %ir 降 l r r “HHMklttq UliJiH门，“Mi 观根官的内钾 a 才所示；4.X14IE工“ 0*Q F F。0口FDtAFDac 0门 oo oc门 00工17GD;OL2iO 1 YOOUXMJ 1TOD.0140 K TiftR 二 CM 行门 t *，！ I %ir 降 l r r “HHMklttq UliJiH门，“Mi 观根官的内钾 a 才所示；4.X14IE工“ 0*Q F F。0口FDtAFDac 0门 oo oc门 00工OAKW 0 0 0 0 0 0 0 1i TfifDToTrrr of

14、tivoo orwcs oe-6L5c3_*生 g-od o4o 1T。口 . 00601 T OJh+MJ I WWW 炉门Fifi OO/OO 04 04 04 OO OS OC OSFOO OR OB-OB OG OO OQ。口： olo riiiijoi-t4iot. =JHJ IMMlUOll!OO n% OG QA OHP3 F3 产3 OQ 产4 F4 -|tf OO K& Fft H&nA HE EH BC F i”.OOHF BK BD IK4 13cIKME6 NX i，4HH EB F5A 卜二至DC tm BG K4 rxKB Kft i党上一区回 (A M” E3-E

15、tyr * ilin czti读写t*Mr*中il l 写 p*t = i 中* 岛工.t*Mr*中在数字图像处理中，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。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， 纵坐标表示该灰度值出现的次数（频率）。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。1N3561N356台4322r 116GG63455I66614&62313台4修6长度和宽度都为几百个像素的常见对于一个有256个灰度级

16、,123,545的图像来说，当然也可以按上述方法作出它的灰度直方图来，但是 通常我们不去作那些密密麻麻的直线段，而是用一条通过所有这些 直线段（假定这些直线段存在）的顶端的折线来描述它。如下图：对于真彩色图像，可以作出三条（红、绿、兰）各有 256个灰度级以及一条对于真彩色图像，可以作出三条（红、绿、兰）各有 256个灰度级以及一条256级的亮度直方图来，也可以作出一条 256级的混 合直方图。如下图：直方图的三个重要性质1）灰度直方图表征了图像的一维信息。只 包含了该图像中不同灰度值的像素出现的频率，而所有的空间信息 全部丢失。2）灰度直方图与图像之间的关系是多对一的映射关系。 一幅图像可唯

17、一确定与它对应的直方图，但不同图像可能有相同直 方图。3）子图直方图之和为整图的直方图。直方图的用途1）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 般一幅图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。2）边界阈值选取：假设某图像 的灰度直方图具有 二峰性，则表明这个图像的较亮的区域和较暗的 区域可以较好地分离，取这一点为阈值点，可以得到好的2值处理 的效果。体会与思考图像是现代社会人们获取信息的一个主要手段。人们用各种观 测系统以不同的形式和手段获得图像，以拓展其认识的范围。图像 以各种形式出现

18、，可视的、不可视的，抽象的、实际的，计算机可 以处理的和不适合计算机处理的。但究其本质来说，图像主要分为 两大类：一类是模拟图像，包括光学图像、照相图像、电视图像 等。它的处理速度快，但精度和灵活性差。另一类是数字图像。它 是将连续的模拟图像离散化后处理变成为计算机能够辨识的点阵图 像。从数字上看，数字图像就是被量化的二维采样数组。它是计算 机技术发展的产物，具有精度高、处理方便和重复性好等特点。图像处理就是将图像转化为一个数字矩阵存放在计算机中，并 采用一定的算法对其进行处理。图像处理的基础是数学，最主要任 务就是各种算法的设计和实现。目前，图像处理技术已经在很多方 面有着广泛的应用。如通讯

19、技术、遥感技术、生物医学、工业生 产、计算机科学等等。根据应用领域的不同要求，可以将图像处理 技术划分为许多分支，其中比较重要的分支有：图像数字化：通 过采样和量化将模拟图像变成便于计算机处理的数字形式。图像 的增强和复原：主要目的是增强图像中的有用信息，削弱干扰和噪 声，使图像清晰或将转化为更适合分析的形式。图像编码：在满 足一定的保真条件下，对图像进行编码处理，达到压缩图像信息 量，简化图像的目的。以便于存储和传输。图像重建：主要是利 用采集的数据来重建出图像。图像重建的主要算法有代数法、傅立 叶反投影法和使用广泛的卷积反投影法等。模式识别：识别是图 像处理的主要目的。如：指纹鉴别、人脸识

20、别等是模式识别的内 容。当今的模式识别方法通常有三种：统计识别法、句法结构模式 识别法和模糊识别法。计算机图形学：用计算机将实际上不存在 的，只是概念上所表示的物体进行图像处理和显现出来。数字图像处理的优点：1.再现性好数字图像处理与模拟图像处 理的根本不同在于，它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变 换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了 原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。2 .处理精度高按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维 数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把每 个像素的灰度等级量化为16位甚至更高，这意味着图像的数

21、字化精 度可以达到满足任一应用需求。对计算机而言，不论数组大小，也 不论每个像素的位数多少，其处理程序几乎是一样的。换言之，从 原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理 时改变程序中的数组参数就可以了。回想一下图像的模拟处理，为 了要把处理精度提高一个数量级，就要大幅度地改进处理装置，这 在经济上是极不合算的。3 .适用面宽图像可以来自多种信息源， 它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像（例如X射线图像、射线图像、超声波图像或红外图像等）。从图像反映的客观 实体尺度看，可以小到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像 甚至天文望远镜图像。这些来自不同信息源的图像只要被变换为数 字编码形式后，均