教学材料《数字图像》-第1章

1.1数字图像1.1.1数字图像处理的基本概念图像：凡是记录在纸介质上的，拍摄在底片和照片上的，显示在电视、投影仪和计算机屏幕上的所有具有视觉效果的画面都可以称为图像。数字图像：把连续空间的图像在坐标空间

(X,

Y)

和性质空间F都离散化，得到的离散化的图像便于计算机进行加工处理，这就是数字图像，它是由离散函数组成的抽象的数学图像。数字图像是本课程的主要研究对象。下一页返回1.1数字图像像素（Pixel）：数字图像是由一些极小尺寸的矩形小块组合而成的。组成图像的这种最小基本元素称作像素，像素是二维图像最小的组成单位。数字图像是指由像素小块区域组成的二维矩阵。数字图像处理（ImageProcessing）：对一个物体的数字表示施加一系列的操作以达到某种预期的结果，它包括以下两方面内容：（1）将一幅图像变为另一幅经过加工的图像，是图像到图像的过程。（2）将一幅图像转化为一种非图像的表示，如一个决策等。上一页下一页返回1.1数字图像1.1.2图像的种类（1）按图像的点空间位置和灰度的大小变化方式，图像可分为连续图像和离散图像两类。连续图像：指在二维坐标系中具有连续变化的空间位置和灰度值的图像。例如：彩色照片、眼睛所观察到的图像等。离散图像：指在空间位置上被分割成点，灰度值大小也分为不同级数的图像。数字图像就是典型的离散图像。上一页下一页返回1.1数字图像（2）根据图像记录方式的不同，图像分为模拟图像和数字图像。模拟图像：通过某种物理量的强弱变化来表现图像上各个点的颜色信息。例如：印刷品（由墨的浓淡或网点的大小来表示颜色信息）、相片（通过染料的深浅来表现图像上的各点不同的颜色）等。数字图像：将图像分解成若干个点（像素），每个点的颜色以不同的量化值来表示。数字图像必须依靠数字设备来产生和保存，易于处理和保存。例如：扫描的图片、数码相机所拍图片等。

上一页下一页返回1.1数字图像1.1.3图像的表示与存储1）常见图像常见图像是连续的（模拟图像），用f(x,y)

表示一幅图像，其中x,y表示空间坐标点的位置，f

表示图像在点

(x,y)

的某种性质的数值，如亮度等。f,x,y可以是任意实数。2）数字图像的表示数字图像用I(r,

c)

来表示，其中r即row（行），c即column（列），表示空间离散点的坐标，I表示离散化的图像f。I，r，c都是整数。实际应用中仍习惯用f(x,y)

表示数字图像。通常在屏幕显示中采用的数字图像的坐标系统定义为：原点为图像的左上角，纵轴标记图像的行，横轴标记图像的列。上一页下一页返回1.1数字图像3）数字图像存储的数据结构数字图像在计算机内实际是按矩阵形式存储的，例如一幅灰度图像的像素数据就是一个矩阵，矩阵的行对应图像的高，矩阵的列对应图像的宽，矩阵的元素对应图像的像素，矩阵元素的值就是图像像素的灰度值。矩阵的左上角坐标取为（0，0），如图1.1所示。其中，M和N为正整数，矩阵中的每个元素称为图像单元，又称为图像元素，或简称像素。由于数字图像可以表示为矩阵的形式，所以在计算机数字图像处理程序中，常用二维数组来存放图像数据，以便于编程。二维数组的行对应图像的高，二维数组的列对应图像的宽，二维数组的元素对应图像的像素，二维数组元素的值就是图像像素的灰度值。

上一页下一页返回1.1数字图像1.1.4数字图像的模式1）二值图像在一幅二值图像中，每一个像素将取两个离散数值0或1（白与黑）中的一个，理论上只需要1个二进制位来表示。二值图像使用unit8或双精度类型的数组来存储。2）索引图像索引图像是一种把像素直接作为RGB调色板下标的图像。在Matlab中，索引图像包含一个数据矩阵X和一个颜色映射（调色板）矩阵Map。数据矩阵可以是unit8、unit16或双精度类型的。颜色映射矩阵Map是一个m×3的数据阵列，其中每个元素的值均为

[0,

1]

之间的双精度浮点型数据，Map矩阵中的每一行分别表示红色、绿色和蓝色的颜色值。上一页下一页返回1.1数字图像3）灰度图像灰度图像是数字图像最基本的形式，只表示图像的亮度信息而没有颜色信息，通常由一个unit8、unit16或双精度类型的数组来描述，其实质是一个数据矩阵I，该矩阵中的数据均代表了在一定范围内的灰度级（灰度值），用来表示该点的亮度水平，其每一个元素对应于图像的一个像素点，通常0代表黑色，1、255或65

535（针对不同的存储类型）代表白色。4）多帧图像多帧图像是一种包含多幅图像或帧的图像文件，又称为多页图像或图像序列，主要用于需要对时间或场景上相关图像集合进行操作的场合。例如，磁共振图像切片或电影帧等。在Matlab中，它是一个4维数组，其中第4维用来指定帧的序号。上一页下一页返回1.1数字图像5）彩色图像彩色图像不仅包含亮度信息，还要包含颜色信息。颜色的表示方法是多样化的，最常见的是三基色模型，如RGB图像，它是利用R、G、B三个分量表示一个像素的颜色，R、G、B分别代表红、绿、蓝3种不同的基本颜色，通过三基色可以合成出任意颜色。所以对一个尺寸为M

N的真彩图像来说，在Matlab中则存储为一个M

N

3的多维数据矩阵。RGB图像不使用调色板，每一个像素的颜色直接由存储在相应位置的红、绿、蓝颜色分量的组合来确定。每个像素的三个颜色分量都存储在矩阵的第三维中，如坐标（16，36）处的红、绿、蓝颜色值分别保存在元素（16，36，2）、（16，36，4）和（16，36，6）中。上一页下一页返回1.1数字图像1.1.5图像分辨率1）空间分辨率空间分辨率是指图像中可辨别的最小细节，也指每单位长度上的像素，即直观看到的图像的清晰与模糊程度，单位为ppi。它是描述图像数字化过程中对空间坐标离散化处理的精度，是数字图像的重要参数之一。空间分辨率越高，数字图像所表达的景物细节越丰富，但图像的数字化、存储、传输和处理的代价也越大。工程上，常需折中处理。图1.2是图像空间分辨率变化的典型效果。另外，图像的尺寸、图像的分辨率和图像文件的大小三者之间有着很密切的联系。图像的尺寸越大，图像的空间分辨率越高，图像文件也就越大，调整图像的大小和分辨率即可以改变图像文件的大小。上一页下一页返回1.1数字图像2）灰度分辨率灰度分辨率是指图像在灰度级别中可分辨的最小变化，即灰阶，是表示图像亮度强弱的指数标准。灰度分辨率越高，图像灰阶越多。灰度级数通常是2的整数次幂，如2位、4位、8位、16位和32位。灰度分辨率指亮度，和颜色无关，但最亮的只有白色，最不亮的只有黑色。图1.3是图像灰度分辨率变化的典型效果。空间分辨率和灰度分辨率是衡量一幅数字图像清晰度和对比度的两个重要评价指标。通常把大小为M×N，灰度为L的数字图像称为空间分辨率为M×N像素、灰度级分辨率为L级的数字图像。上一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容1.2.1数字图像处理的目的一般地，图像处理需要完成以下一个或几个任务。（1）提高图像的视觉质量以达到人眼主观满意或较满意的效果。例如，图像的增强、图像的恢复、图像的几何变换、图像的代数运算、图像的滤波处理等有可能使受到污染、干扰等因素影响产生的低清晰度、变形等图像的质量得到有效的改善。（2）提取图像中目标的某些特征，以便于计算机分析或机器人识别。这些处理也可以划归于“图像分析”的范畴。例如，边缘检测、图像分割、纹理分析常用做模式识别、计算机视觉等高级处理的预处理。（3）为了存储和传输庞大的图像和视频信息，常常对这类数据进行有效的压缩。常用的方法有统计编码、预测编码和正交变换等。下一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容（4）信息的可视化。许多信息（如温度场、流速场、生物组织内部等）并非可视，但转化为视觉形式后可以充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力，更便于人们观察、分析、研究、理解大规模数据和许多复杂现象。信息可视化结合了科学可视化、人机交互、数据挖掘、图像技术、图形学、认知科学等诸多学科的理论和方法，是研究人与计算机表示的信息，以及它们相互影响的技术。（5）信息安全的需要，主要反映在数字图像水印和图像信息隐藏。这是图像工程出现的新热点之一。数字水印是利用多媒体数字产品中普遍存在的冗余数据与随机性，把水印信息可见或不可见地嵌入到数字作品中，以期达到保护数字产品的版权或完整性的一种技术。在计算机通信、密码学等学科也有其用武之地。上一页下一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容1.2.2数字图像处理的特点1）处理精度高图像采集设备可将一幅模拟图像数字化为任意大小和精度的二维数组供处理设备加工。根据应用的需求，数字化的像素数可以从几十到几百万，每个像素的等级可以量化为从1位到16位甚至更高，活动图像的帧率可以从十几赫兹到60

Hz，高速摄像达几千赫兹到上万赫兹。而对处理设备来说，不同数据量的图像其处理程序大致是一样的。2）重现性能好理论上，数字图像处理不会因图像的存储、传输等过程而导致图像质量的退化。图像质量主要受数字化过程时取样样本数、量化精度、处理过程中的处理精度等的限制。由于在一定范围内，人眼和机器视觉的分辨率都是有限的，因此只要保持足够的处理精度，图像重现性就会很好。上一页下一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容3）数字图像信号占用的频带较宽在模拟域，视频信号的带宽比音频信号的带宽约高2个数量级。为了保证图像的质量，根据取样定理，数字化后，数字视频占用的频带进一步加宽。所以，在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，宽频带对处理和传输设备提出了更高的要求。同时，与数据压缩对应的频带压缩技术也是图像处理的一个值得注意的问题。4）处理费时由于图像数据量较大，因此处理比较费时。特别是采用区域处理方法时，处理结果与中心像素邻域有关，导致花费时间更多。为了达到快速甚至实时处理图像，对图像处理系统提出了更高的要求，多处理器并行图像处理、嵌入式系统等专用处理系统为提高处理速度提供了有效的解决方法。上一页下一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容1.2.3数字图像处理的研究内容数字图像处理的任务是将客观世界的景象进行获取并转化为数字图像，通过进行增强、编码、恢复和压缩等处理，将一幅图像转化为另一幅具有新的意义的图像。基于此任务，数字图像处理的研究内容主要包括以下方面。1）图像获取与数字化将自然界的图像通过光学系统成像并由电子器件或系统转化为模拟图像信号，再由模拟/数字转换器（ADC）得到原始的数字图像信号。图像的获取也称图像的采集。图像的采集十分重要。原始的图像质量高会大大减轻后期处理的负担。虽然图像处理硬件和软件可以在一定程度上弥补采集过程中存在的缺陷，但保证高信噪比和高保真度的原始图像仍然是首先必须重视的问题。上一页下一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容2）图像变换图像阵列很大，直观性强，但图像的某些特性（如频率特性、纹理特性等）在空间域中难以获得和处理，计算量也很大。各种图像变换的方法（如离散傅里叶变换DFT、离散沃尔什—哈达玛变换WHT、离散余弦变换DCT等）可以间接地将空间域的处理转换为变换域进行更有效的处理。通过DFT，可以将空间域的图像变换为图像频谱，再在频率域进行各种数字滤波（像在模拟域一样有低通滤波器、高通滤波器等）以获得图像质量的改善、数据量的压缩或突出某些后期处理的特征。上一页下一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容3）图像增强图像增强的作用在于对视觉不满意的图像进行改善，突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显，而强化低频分量可减少图像中噪声影响，即对高频噪声起平滑作用。可见，尽管人们并不一定知道图像降质或退化的原因，但通过使用图像增强技术得到的新图像的质量在主观视觉上更为良好。通过图像增强，我们可以改变原来图像全部或局部的亮度、对比度、色彩分布等参数，使增强后的图像更加赏心悦目。对于图像分析和图像理解来说，图像增强往往作为这些过程的前期处理（预处理），使分析效果更好或更容易理解。上一页下一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容4）图像复原图像复原也称图像恢复。如果对图像退化的原因或过程（如某种噪声的影响、运动造成的模糊、光学系统的几何失真等）有一定的了解，通过理论推导或实验数据甚至可以建立退化的数学模型（“降质模型”），那么可以采用某种滤波方法在一定程度上从降质的图像恢复原始图像。在图像恢复中，建立图像的退化模型是关键。理论上，降质的模型一般是非线性、时变和空间变化的，但这种模型即使使用计算机也很难处理。所以，在一定的精度下，用线性、时不变和空间不变化的降质模型代替上述模型具有实际意义。图像恢复与图像增强都是为了提高图像的质量，它们之间的区别在于前者需要考虑图像降质的原因，而后者并不需要这样做。上一页下一页返回1.2数字图像处理的目的、特点与主要研究内容5）图像编码与压缩数据量庞大是数字图像的显著特点之一。在多媒体技术中，现有的大容量存储器和宽带网络技术仍不能满足对图像数据处理、存储和传输的需要。因此，图像乃至其他海量数据的压缩是必需的。而且，由于图像等数据中存在相当大的冗余信息，这类数据的无损压缩和有损压缩可大大减小图像的数据量。6）图像分割图像可以看做是由背景和一个或多个目标组成的。图像分割是按一定的规则将图像分成若干个有意义或感兴趣区域的过程，每个区域能代表一个对象（目标或目标的一部分）。通过图像分割，图像中有意义的特征部分（如边缘、区域等）被提取出来。图像的这些特征是进一步进行图像分析和理解的基础。上一页返回1.3数字图像处理系统1.3.1数字图像处理系统的基本组成结构简单地说数字图像处理系统由图像数字化设备、图像处理计算机和图像输出设备组成，如图1.4所示。（1）图像数字化设备（摄像单元）：扫描仪、数码相机、摄像机与图像采集卡等。（2）图像处理计算机：PC、工作站等，它可以实现通信（通信模块通过局域网等实现网络传输图像数据）、存储（存储模块采用磁盘、光盘）和图像的处理与分析（主要是运算，用算法的形式描述，用软件实现）。（3）图像输出设备：打印机等。下一页返回1.3数字图像处理系统①CCD传感器。CCD图像（光电）传感器的工作原理是：将光能量转换为电荷，并将转换得到的电荷进行存储。CCD传感器分为线阵式和阵列式两种，具有代表性的产品分别有扫描仪和数码相机。数码相机中所用的

CCD是一个CCD二维阵列，外形和大小与计算机的数字电路芯片相像，CCD阵列就安排在芯片表面。CCD在数码相机中的位置就设置在传统相机的底片位置，其作用就像传统相机的底片一样，在镜头的焦点位置感应光线的强弱。可以将CCD想象成一颗颗微小的感应粒子铺满在光学镜头后方，当光线透过镜头投射到CCD表面时，每个CCD感应粒子就会产生相应强度的电荷和电流，后续电路将感应到的电信号转换成数字信号并储存起来。通常，CCD阵列的像素数目越多收集到的图像就会越清晰，图像分辨率越高。图1.5是一幅CCD外形图。上一页下一页返回1.3数字图像处理系统②

图像采集系统。图像采集系统主要是图像采集卡，内部系统组成如图1.6所示，包括采样和量化两个系统。1.3.2图像的空间采样与灰度量化将一幅模拟图像表示成一组数字，既不失真又便于计算机分析处理，称为数字化处理。其主要包括图像的采样与量化，由图像采集系统完成。1）空间采样图像在空间上的离散化称为采样。也就是用空间上部分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点。由于图像基本上是采取二维平面信息的分布方式来描述的，所以为了对它进行采样操作，需要先将二维信号变为一维信号，再对一维信号完成采样。换句话说，将二维采样转换成两次一维采样操作来实现。上一页下一页返回1.3数字图像处理系统图1.7为采样过程的示意图。将二维图像信号变换成一维图像信号最常用的方法是：首先沿垂直方向按一定间隔和从上到下的顺序沿水平方向以直线扫描的方式，取出各个水平方向上灰度值的一维扫描信息，从而获得图像每行的灰度值阵列，即一组一维的连续信号。然后再对一维扫描线信号按一定的时间间隔采样得到离散信号。换句话说，图像采样是通过先在垂直方向上采样，然后将得到的结果再沿水平方向采样两个步骤来完成操作的。经过采样之后得到的二维离散信号的最小单位称为像素。一般情况下，水平方向的采样间隔与垂直方向的采样间隔相同，如图1.7所示。对于运动图像（即域上连续的图像），首先在时间轴上采样，其次沿垂直方向采样，最后沿水平方向采样3个步骤来完成。上一页下一页返回1.3数字图像处理系统2）采样定理图像采样定理：设图像

的傅里叶变换

在频域中的截止频率为

和

，若取样间隔满足

和

，则由采样值

可以精确地重建图像

。3）灰度量化模拟图像经过采样后，在时间和空间上离散化为像素。但采样所得的像素值（即灰度值）仍是连续量。把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化。量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨率高，图像质量好，但数据量大；量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。上一页下一页返回1.3数字图像处理系统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分辨率。当限定数字图像的大小时,为了得到质量较好的图像可采用如下原则。（1）对缓变的图像，应该细量化，粗采样，以避免假轮廓。（2）对细节丰富的图像，应该细采样，粗量化，以避免模糊（混叠）。上一页返回1.4数字图像文件格式数字图像通常存放在计算机的外存中，例如硬盘、光盘等，在需要进行显示和处理时才被调入内存的数组中。数字图像在外存的存储形式是图像文件，图像必须按照某个已知的、公认的数据存储顺序和结构进行存储，才能使不同的程序对图像文件进行打开或存盘操作，实现数据共享。图像数据在文件中的存储顺序和结构称为图像文件格式。目前广为使用的图像文件格式有许多种，常见的格式包括BMP、GIF、JPEG、TIFF、PSD、DICOM等。在各种图像文件格式中，一部分是由软硬件厂商提出并被广泛接受和采用的格式，如BMP、GIF和PSD，另一部分是由一些国际标准组织提出的格式，如JPEG、TIFF、DICOM，MPEG等。其中JPEG是国际静止图像压缩标准组织提出的格式，TIFF是由部分厂商组织提出的格式，DICOM是医学图像国际标准组织提出的医学图像专用格式，而MPEG是国际动态图像压缩标准组织提出的动态图像压缩格式。下一页返回1.4数字图像文件格式1.4.1BMP图像文件格式图像在计算机中是以数据文件形式存储的。存储的格式多种多样，较常用的有BMP、GIF、JPEG、TIFF、PCX等。这些图像格式原理不同，各有自己的特点和应用价值。好在有很多图像格式转换软件，可以很容易地将一幅图像从一种格式转换为另一种格式。学习数字图像处理，还是从最为直观，易于理解的BMP文件格式入手为好。BMP文件又叫位图文件（BitMap）。BitMap文件格式是微软公司为其Windows环境设置的标准图像格式，可在Windows系统环境下使用。BMP图像文件格式可以存储单色、16色、256色以及真彩色4种图像数据，其数据的排列顺序与一般文件不同，它以图像的左下角为起点存储图像，而不是以图像的左上角为起点。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式BMP图像文件的结构可以分为3个部分：文件头、位图信息数据块以及图像数据。Windows中将BMP图像文件的文件头分成两个数据结构，其中一个数据结构中包含

BMP文件的类型、大小和打印格式等信息，称为BITMAPFILEHEADERl；另外一个数据结构中则包含BMP文件的尺寸定义等信息，称为BITMAPINFOHEADERl。如果图像文件还需要调色板数据，则将其存放在文件头信息之后。1）文件头定义文件头是一个BITMAPFILEHEADER数据结构，其内容见表1.1。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式BITMAPFIlEHEADER数据结构在Windows.h中的定义为：typedefstructtagBITMAPFIlEHEADER{WORDbftype；DWORDbfsize；WORDbfReservedl；WORDbgReserved2：DWORDbfoffBits；

}BITMAPFILEHEADER；上一页下一页返回1.4数字图像文件格式其中，bfrype在图像文件存储空间中的数据地址为0，数据类型为WORD，内容为固定值BM，用于标志文件格式，表示该图像文件为BMP文件。bfsize的数据地址为2，类型为DWORD，它以字节为单位，定义位图文件的大小。bfReservedl与bfReserved2的数据地址分别为6和8，数据类型则都为WORD，二者都是BMP文件的保留字，没有任何意义，其值必须为0。bfoffBits的数据地址为10，数据类型为DWORD，它以字节为单位，指示图像数据在文件内的起始地址，即图像数据指针对文件头的偏移量。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式2）位图信息数据位图信息数据由一个位图信息头和一个颜色表组成。位图信息头是一个数据结构BITMAPINFOHEADER，内含有设备无关点阵位图的尺寸和颜色格式信息，其内容见表1.2。BITMAPINFOHEADER数据结构用于说明位图的大小，Windows.h中的定义为：typestruttagBITMAPINFOHEADER{DWORDbiSize；DWORDbiWidth；DWORDbiHeight；

WORDbiPlanes；

WORDbiBitCount；上一页下一页返回1.4数字图像文件格式DWORDbiCompression；DWORDbiSizeImage；

DWORDbiXPelsPerMeter；DWORDbiYPelsPerMeter；DWORDbiClrUsed；DWORDbiClrImportant；}BITMAPINFOHEADER；其中，biSize的数据地址为

14，数据类型为

DWORD，它以字节为单位指定数据结构BITMAPINFOHEADER所占用的存储容量，固定值为40。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式biWidth与biHeight的数据地址分别为18和22，数据类型都是DWORD，它们分别以像素为单位，给出该BMP文件所描述位图的宽度与高度。若biHeight的取值为正数，则表明位图为bottom-up类型的位图，而且位图原点为左下角。若biHeight的取值为负数，则表明位图为top-down类型的位图，而且位图原点为左上角。

注意：一般位图定义中，这两个字段的取值必须为正数。biPlanes的数据地址为26，类型为WORD，它代表目标设备的平面数必须为1。biBitCount的数据地址为28，类型为WORD，它确定每个像素所需要的位数。当图像为单色时，该字段的取值为1；当图像为16色时，该字段的取值为4；当图像为256色时，该字段的取值为8；当图像为真彩色时，该字段的取值为24。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式biCompression的数据地址为30，类型为DWORD，它代表bottom-up类型位图的压缩类型（注意：top-down类型位图不能进行压缩处理），其可能取值及其含义分别为：若该字段的取值为BI-RGB，则表示文件内的图像数据没有经过压缩处理；若该字段的取值为BI-RLE8，则表示所压缩的图像数据是256色，采用的压缩方法是RLE8；若该字段的取值为BI-RLE4，则表示所压缩的图像数据是16色，采用的压缩方法是RLE4；若该字段的取值为BI-BITFIELDS，则表明图像文件内的数据没有经过压缩处理，而且颜色表由分别表示每个像素点的红、绿、蓝三原色的双字组成。

注意：BMP文件格式在处理单色或者真彩色图像时，不论图像数据多么庞大，都不对图像数据进行任何压缩处理。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式biSizeImage的数据地址为34，类型为DWORD。它以字节为单位，给出该BMP内图像数据占用的空间大小。若图像文件描述BI-RGB位图，则该字段的值必须设置为0。biXPelsPerMeter字段与biYPelsPerMeter字段的数据地址分别为38与42，类型都是

DWORD，它们分别以每米像素数为单位，给出位图目的设备水平以及垂直方向的分辨率。biClrUsed的数据地址为46，类型为DWORD，给出位图实际使用的颜色数。biClrImportant的数据地址为50，数据类型为DWORD，它给出位图显示过程中重要颜色的索引值。若该字段的取值为0，则表示所有使用的颜色都是重要颜色。3）颜色表颜色表数据段是可变长的，其长度由位信息头中的biBitCount值决定，颜色表中的每一项是一个数据结构RGBQUAD，项数由biBitCount值决定，其内容见表1.3。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式数据结构RGBQUAD的内容如表1.4所示。如果位图的描述还需要颜色表数据，则应该在BMP文件头之后定义一个颜色表，它包含若干个表项。其中，每一个表项定义了一种颜色，Windows将其定义为如下的

RGBQUAD结构：typedeftagRGBQUAD{BYTErgbBlue；BYTErgbGreen；BYTErgbRed；

BYTErgbReserved；}RGBQUAD；上一页下一页返回1.4数字图像文件格式注意：RGBQUAD数据结构中，增加了一个保留字段rgbReserved，它不代表任何意义，必须取固定值0。而且RGBQUAD结构定义的颜色值中，红色、绿色与蓝色的排列顺序与一般图像文件的颜色数据排列顺序恰好相反，即蓝色的亮度由rgbBlue字段定义，绿色的亮度由rgbGreen字段定义，红色的亮度由rgbRed字段定义。若位图中某个像素点的颜色描述为（00,00，FF，00），则表示该点的颜色为纯红色，而不是纯蓝色。4）位图数据位图数据的长度由图像尺寸、像素的位数和压缩方式等共同决定。实际尺寸可由文件头中的第二项“文件大小”减去第5项“数据偏移值”得到。注意事项：由于存储的要求，图像的列数须为4的整数倍。否则，应在每行的最后增补几个0，使列数为4的整数倍。在使用应用软件或自己编程对已有图像截取时必须注意这一点。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式最后，我们结合图例具体说明位图文件的数据格式（图1.8）。大体上说，BMP文件的数据格式可分为两大类型：使用颜色表型及直接数据区型。究竟采取哪种方式取决于数据信息头中的biBitCount字段。该字段位于整个数据文件的第29、30字节处。设biBitCount=n，根据规定，n的值只能是1，4，8或24。当n=1，4或8时，数据区存放的是像素强度在颜色表中的索引值。例如，n=8，数据区中每一个字节与图像中的一个像素相对应。因此，与图像第5个像素对应的数据区第5个字节中的数（假设是2）指向颜色表中第2项。颜色表包含256项，每项由4个字节构成，分别是蓝、绿、红色信息及保留字节数字0。当n=256时，表明这是一幅24位的彩色位图（图1.9）。24位的彩色位图没有颜色表，每个图像像素对应3个字节，分别代表红、绿、蓝3种颜色成分。由于存储需要，每行像素对应的字节数若不是4的整数倍，则须补零填充。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式1.4.2GIF图像文件格式GIF格式是CompuServe公司制定的一种图形交换格式，因为CompuServe公司开放使用权限，所以广受应用，且适用于各式主机平台，各软件皆有支持。这种经过压缩的格式可以使图形文件在通信传输时较为经济。它所使用的LZW压缩方式，可以将文件的大小压缩一半，而且解压时间不会太长。现今的GIF格式仍只能达到256色，但它的GIF89a格式能存储成背景透明化的形式，并且可以将数张图存成一个档案，形成动画效果。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式1.4.3TIFF图像文件格式TIFF也是一种应用非常广泛的格式，它可以在许多不同的平台和应用软件间交换信息，同时它也可以使用LZW方式进行压缩。在Photoshop中以TIFF格式存档时，可以选择PC或Mac格式，以及是否进行LZW压缩。LZW是一种无损压缩方式。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式1.4.4JPEG图像文件格式JPEG文件格式是由（国际）联合图像专家组提出的静止图像压缩标准文件格式，是由ISO（国际标准组织）与CCITT（国际电报电话咨询委员会）共同制定的，是面向常规彩色图像及其他静止图像的一种压缩标准。JPEG文件可用于存储的灰度图像和真彩色图像，可以有效压缩图像的数据量，压缩数大约在十倍量级。由于JPEG高效的压缩效率和国际标准化，因此它在数码相机、彩色传真、电话会议等领域被广泛用于存储和传输静止图像、印刷图片及新闻图片等，也是目前主流的数码照片存储的文件格式。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式JPEG文件格式的压缩方法主要采用预测编码（DPCM）、离散余弦变换（DCT）以及熵编码以去除冗余的图像灰度和彩色数据，其压缩效率极高。图像所需存储量减少至原来的10%左右。但必须注意的是，JPEG的压缩方案是有损压缩，即解压缩恢复的图像与原图存在灰度和颜色数据的轻微误差，不过这种误差在视觉上难以察觉。这样的压缩有时被称为视觉无失真压缩。JPEG是一种高效的压缩图像文件格式，在存档时能够将人眼无法分辨的资料删除，以节省存储空间，但这些被删除的资料无法在解压缩时还原，所以JPEG文件并不适合放大观看，输出成印刷品时品质也会受到影响。这种类型的压缩文件，称为“失真压缩”或“破坏性压缩”。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式1.4.5DICOM图像文件格式DICOM文件格式是医学图像文件存储格式。DICOM是由NEMA为各类医学图像数据的存档、传输和共享而起草和颁布的。DICOM格式支持几乎所有的医学数字成像设备，例如CT、MRI、DR、超声、内窥镜、电子显微镜等，成为现代医学图像存储传输技术和医学影像学的主要组成部分。DICOM文件的常见扩展名为.dcm。DICOM文件格式也采用TIFF文件格式原理相类似的标签（Tag），所有数据（包括病人信息、诊断信息、成像设备信息和图像数据）都由一个标签来引导，所有数据也都打上标签（Tagged），标签值表示所引导的数据的含义和类型。由于采用数据标签、支持所有医学成像设备和支持图像存档传输等原因，DICOM文件格式成为非常灵活和复杂的应用图像文件格式。上一页下一页返回1.4数字图像文件格式1.4.6PSD格式PSD格式是Photoshop的专用文件格式，也是唯一可以存取所有Photoshop特有的文件信息以及所有彩色模式的格式。如果文件中含有图层或通道信息，就必须以PSD格式存档。PSD格式可以将不同的物体以图层分离存储，便于修改和制作各种特效。1.4.7EPS格式EPS是一种应用非常广泛的Postscript格式，常用于绘图或排版软件。用EPS格式存档时可通过对话框设定存储的各种参数。

上一页返回1.5数字图像处理的应用与发展趋势视觉是人类观察世界、认知世界的重要功能和途径。图像无处不在，数字图像是由视觉图像、传感器图像数字化得到的，数字图像同样是人类或机器从外界获得信息的重要来源，其重要性和广泛应用是必然的。数字图像处理，则是用数字电路或计算机对数字图像进行运算、处理或识别。现代社会中，数字图像和数字图像处理在各类专业研究、科技应用以及人们日常生活中，发挥出越来越大的作用，其应用前景十分广阔。下一页返回1.5数字图像处理的应用与发展趋势1.5.1数字图像处理的应用目前，几乎不存在与数字图像处理无关的技术领域，数字图像处理已经成为一门独立的具有强大生命力的学科，其主要应用领域包括以下几个方面。（1）遥感：应用在地形、地质、矿藏探查、森林、水利、海洋、农业等资源调查，自然灾害预测，环境污染的监测，气象云图等方面。如利用卫星遥感技术对地球上感兴趣区域进行大量的摄影，由此得来的照片，用高级计算机的图像处理系统来进行分析。既节省人力，速度又快，还能够提取出大量人工不能发现的有用信息，如图1.10为一幅遥感图像。上一页下一页返回1.5数字图像处理的应用与发展趋势（2）军事安保方面：应用在军事目标侦察，制导系统，警戒系统，自动火器控制，反伪装等方面。例如已经装备到导弹和军舰上的电视跟踪技术，就是运用了运动目标的图像自动跟踪技术，另外还有指纹、手迹、印章识别，图像复原，交通监控和事故分析等均用到了图像处理技术，如图1.11为一幅军事跟踪图像。（3）工业检测与测量：主要应用在产品质量检测，生产过程控制方面。例如工业产品的无损探伤，表面和外观的自动检查与识别，装配和生产线的自动化，弹性力学照片的应力分析，流体力学图片的阻力分析等，如图1.12为一幅电路板图像。（4）影视业、娱乐、公众服务：电影电视画面的数字编辑、游戏动画的制作，还有服装的设计，发型的设计，广告，MTV等。如图1.13为一幅化学显微图像。上一页下一页返回1.5数字图像处理的应用与发展趋势（5）生物医学：医学图像处理是图像处