数字图像处理-2-北京大学计算机研究所课件

数字图象处理北京大学计算机研究所陈晓鸥数字图象处理北京大学计算机研究所陈晓鸥第一章数字图象基础1.2基本系统图像的输入图像的存储图像的显示图像的打印1.1基本概念图像的表示图像的质量图象的颜色图像的像素第一章数字图象基础1.2基本系统1.1基本概念图像存储系统第二节基本系统第一章数字图象基础第二节基本系统图象输入系统基本图象处理系统的结构图象处理与分析系统图象输出系统图像存储系统第二节基本系统第一章数字图象基础第二节基第二节基本系统1.2.1图像的输入图像输入设备统一的采样和量化非统一的采样和量化第二节基本系统1.2.1图像的输入1.2.1图像的输入：图象输入设备基于CCD光电耦器件的输入设备摄像机、数字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1.2.1图像的输入：图象输入设备基于CCD光电耦器件的输1.2.1图像的输入：图象输入设备扫描仪分辨率与扫描图象的大小分辨率：单位长度上采样的像素个数：DPI(dot/inch)1000DPI1600DPI1000象素1600象素1英寸原稿1.2.1图像的输入：图象输入设备扫描仪分辨率与扫描图象的1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化 为了计算机处理，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、MNM1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化 为了计算机处理，1.2.1图像的数字化：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)1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像采样的形式化定义1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像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256f1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的量化f1.2.1图像的数字化：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是给每一个坐标对(x,y)分配了一个灰度值（该值出于R）的函数1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的形式化定义1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的采样与数字图象的质量265x180133x9066x4533x221.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的采样与数字图象图像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1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像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的、不同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1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化一个好的近似图像，需要多少采样分辨率和灰度级1.2.1图像的1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化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被从左向右排列质量1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264121.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264128256N曲线2：细节中等多的摄影师图象质量1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264121.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264128256N曲线3：细节较多的球赛观众图像质量1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264121.2.1图像的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的采样在灰度级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平滑的区域，用粗糙的采样1.2.1图像的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的采样1.2.1图像的采样：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f1.2.1图像的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的量化第二节基本系统1.2.2图像的存储图像的存储体系彩色图像的存储处理中的图像存储第二节基本系统1.2.2图像的存储1.2.2图像的存储：图像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）备份存储：光盘、磁带（离线、近线）分级存储（HSM），网络存储（SAN/NAS)1.2.2图像的存储：图像的存储体系图像文件格式体系1.2.2图像的存储：彩色图像的存储按像素存储按色面存储1.2.2图像的存储：彩色图像的存储按像素存储1.2.2图像的存储:处理中的图像存储图像处理算法对存储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1.2.2图像的存储:处理中的图像存储图像处理算法对存储缓1.2.2图像的存储: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、不定长块缓冲行缓冲区定长块缓冲区不定长块缓冲1.2.2图像的存储:处理中的图像存储大体积图像处理中的块1.2.2图像的存储: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支持存在的问题：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1.2.2图像的存储:处理中的图像存储大体积图像处理中的文第二节基本系统1.2.3图像的显示全局显示局部显示第二节基本系统1.2.3图像的显示1.2.3图像的显示：全局显示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与刷新1.2.3图像的显示：全局显示图像显示的坐标空间1.2.3图像的显示：全局显示图像显示的坐标空间世界坐标系与显示窗口世界坐标系视窗0显示窗口1.2.3图像的显示：全局显示图像显示的坐标空间世界坐标系1.2.3图像的显示：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1.2.3图像的显示：全局显示图象显示的时机与机制1.2.3图像的显示：全局显示图象显示的恢复与刷新恢复的必要性：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1.2.3图像的显示：全局显示图象显示的恢复与刷新1.2.3图像的显示：局部显示图像的局部显示用蒙板实现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1.2.3图像的显示：局部显示图像的局部显示1.2.3图像的显示：局部显示1.2.3图像的显示：局部显示1.2.3图像的显示：局部显示图象的局部刷新通过局部失效事件，触发局部刷新保存刷新数据1.2.3图像的显示：局部显示图象的局部刷新第二节基本系统1.2.4图像的打印打印机类型打印机显色原理第二节基本系统1.2.4图像的打印1.2.4图像的打印：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印刷机传统印刷机：平印、凹印、丝印1.2.4图像的打印：打印机类型喷墨打印机1.2.4图像的打印：打印机类型喷墨打印机激光打印机数字印刷机1.2.4图像的打印：打印机类型喷墨打印机1.2.4图像的打印：打印机显色原理CMYK减色法半色调（Halftone）通过基本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1.2.4图像的打印：打印机显色原理CMYK减色法1.2.4图像的打印：打印机显色原理1.2.4图像的打印：打印机显色原理1.2.4图像的打印：打印机显色原理1.2.4图像的打印：打印机显色原理1.2.4图像的打印：打印机显色原理1.2.4图像的打印：打印机显色原理第一次作业颜色模型转换将RGB图象转换为HSI图象将所有像素的色调+30度将结果转换为RGB图象显示第一次作业颜色模型转换将RGB图象转换为HSI图象图像的颜色：HSI模型HSI模型——量化颜色三属性H色相：取值0-360S饱和度：取值0-1或0-100I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图像的颜色：HSI模型HSI模型——量化颜色三属性第一章数问题解答/digitalimage问题解答1.2.3图像的显示：Gama校正显示器亮度变化的非线性R=RG=GB=B1.2.3图像的显示：Gama校正显示器亮度变化的非线性R数字图象处理北京大学计算机研究所陈晓鸥数字图象处理北京大学计算机研究所陈晓鸥第一章数字图象基础1.2基本系统图像的输入图像的存储图像的显示图像的打印1.1基本概念图像的表示图像的质量图象的颜色图像的像素第一章数字图象基础1.2基本系统1.1基本概念图像存储系统第二节基本系统第一章数字图象基础第二节基本系统图象输入系统基本图象处理系统的结构图象处理与分析系统图象输出系统图像存储系统第二节基本系统第一章数字图象基础第二节基第二节基本系统1.2.1图像的输入图像输入设备统一的采样和量化非统一的采样和量化第二节基本系统1.2.1图像的输入1.2.1图像的输入：图象输入设备基于CCD光电耦器件的输入设备摄像机、数字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1.2.1图像的输入：图象输入设备基于CCD光电耦器件的输1.2.1图像的输入：图象输入设备扫描仪分辨率与扫描图象的大小分辨率：单位长度上采样的像素个数：DPI(dot/inch)1000DPI1600DPI1000象素1600象素1英寸原稿1.2.1图像的输入：图象输入设备扫描仪分辨率与扫描图象的1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化 为了计算机处理，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、MNM1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化 为了计算机处理，1.2.1图像的数字化：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)1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像采样的形式化定义1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像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256f1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的量化f1.2.1图像的数字化：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是给每一个坐标对(x,y)分配了一个灰度值（该值出于R）的函数1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的形式化定义1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的采样与数字图象的质量265x180133x9066x4533x221.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的采样与数字图象图像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1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像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的、不同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1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化一个好的近似图像，需要多少采样分辨率和灰度级1.2.1图像的1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化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被从左向右排列质量1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264121.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264128256N曲线2：细节中等多的摄影师图象质量1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264121.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264128256N曲线3：细节较多的球赛观众图像质量1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化45Gm3264121.2.1图像的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的采样在灰度级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平滑的区域，用粗糙的采样1.2.1图像的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的采样1.2.1图像的采样：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f1.2.1图像的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的量化第二节基本系统1.2.2图像的存储图像的存储体系彩色图像的存储处理中的图像存储第二节基本系统1.2.2图像的存储1.2.2图像的存储：图像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）备份存储：光盘、磁带（离线、近线）分级存储（HSM），网络存储（SAN/NAS)1.2.2图像的存储：图像的存储体系图像文件格式体系1.2.2图像的存储：彩色图像的存储按像素存储按色面存储1.2.2图像的存储：彩色图像的存储按像素存储1.2.2图像的存储:处理中的图像存储图像处理算法对存储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1.2.2图像的存储:处理中的图像存储图像处理算法对存储缓1.2.2图像的存储: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、不定长块缓冲行缓冲区定长块缓冲区不定长块缓冲1.2.2图像的存储:处理中的图像存储大体积图像处理中的块1.2.2图像的存储: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支持存在的问题：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1.2.2图像的存储:处理中的图像存储大体积图像处理中的文第二节基本系统1.2.3图像的显示全局显示局部显示第二节基本系统1.2.3图像的显示1.2.3图像的显示：全局显示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与刷新1.2.3图像的显示：全局显示图像显示的坐标空间1.2.3图像的显示：全局显示图像显示的坐标空间世界坐标系与显示窗口世界坐标系视窗0显示窗口1.2.3图像的显示：全局显示图像显示的坐标空间世界坐标系1.2.3图像的显示：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1.2.3图像的显示：全局显示图象显示的时机与机制1.2.3图像的显示：全局显示图象显示的恢复与刷新恢复的必要性：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1.2.3图像的显示：全局显示图象显示的恢复与刷新1.2.3图像的显示：局部显示图像的局部显示用蒙板实现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1.2.3图像的显示：局部显示图像的局部显示1.2.3图像的显示：局部显示1.2.3图像的显示：局部显示1.2.3图像的显示：局部显示图象的局部刷新通过局部失效事件，触发局部