数字图像处理技术及应用 课件 2-图像存储与变换技术

图像存储与变换技术导读本章将系统介绍图像与视频存储格式的多样性及其应用，涵盖从BMP的无损保真到TIFF的灵活适应，再到GIF与PNG在压缩与透明度处理上的优势。同时，探讨图像变换技术，如：反转、对数变换、幂律变换与直方图均衡化等方法。通过本章学习，读者将对图像数据的存储与变换有全面认识，理解这些技术在图像处理流程中的作用。本章知识点：图像存储格式及其应用视频存储格式及其应用图像变换技术2.1图像存储格式概述图像以像素为基本构成单元，分为模拟图像和数字图像。模拟图像：基于物理量如光强度，连续表达，难以被计算机直接处理。数字图像：以二维像素矩阵形式存在，便于计算机存储与运算。存储文件类型：位图（Bitmap）：由像素构成，文件大，放大易失真。矢量图（Vector）：由几何元素构成，无限缩放不失真，适用于高质量图形。常见的图像存储格式包括：BMP、TIFF、GIF、PNG

等。数据段名称大小（byte）开始地址结束地址位图文件头140000h000Dh位图信息头40000Eh0035h调色板由颜色决定0036h未定位图数据由图像大小决定未定未定2.1.1

BMP图像格式BMP（Bitmap）：无损位图格式，Windows标准格式。特点：无压缩，图像信息丰富，文件体积大。结构：由位图文件头、位图信息头、调色板、位图数据组成。文件头结构示例：

原始图像

换成BMP格式的图像组成部分大小（byte）作用说明字节顺序标志位2说明字节顺序图像文件标志位2一般为42IFD的偏移量4第一个IFD的偏移量2.1.2

TIFF图像格式TIFF（TaggedImageFileFormat）：标记图像文件格式，适用于印刷与图形处理。特点：可扩展性强，支持多种颜色深度与压缩选项。结构：由IFH（图像文件头）、IFD（图像文件目录）、DE（目录项）组成。TIFF文件头组成：

原始图像

无压缩的TIFF图像

LZW压缩后的TIFF图像组成部分大小（byte）作用说明逻辑屏幕标识符7定义图像大小、颜色信息全局颜色列表未知图像所有颜色的列表图像标识符10图像性质定义文件结尾部分1标识GIF文件结束2.1.3

GIF图像格式GIF（Graphics

Interchange

Format）：图形交换格式，适用于网络动画。特点：支持动画，颜色数量有限，采用LZW压缩。结构：基于块，包括控制块与数据块。GIF数据流组成：应用：网页动画、表情包、简单图标等。组成部分大小（byte）作用说明长度4数据域长度数据块类型码4ASCII编码的类型码数据块实际内容可变类型码指定的数据循环冗余检测4错误检测码2.1.4

PNG图像格式PNG（PortableNetworkGraphics）：流式网络图形格式，支持透明度与无损压缩。特点：灰度支持16位，彩色支持48位，带α通道，采用LZ77变种压缩。结构：文件署名+数据块（关键数据块+辅助数据块）。PNG数据块结构：

原始图像

转换成PNG格式的图像2.2视频存储格式概述视频存储格式用于存储数字视频数据，主要特点包括：图像质量压缩比率文件大小存储方式跨平台兼容性常见格式：AVS、HDV、WMV

等。应用场景：广播电视电影制作网络传输视频监控序号内容AVS1.P1系统AVS1.P2视频AVS1.P3音频AVS1.P16广播视频2.2.1

AVS视频格式AVS（AdvancedVideoCodingSystem）：中国自主知识产权的视频编码标准。特点：高压缩比、兼容性好、抗丢包强。应用：数字电视、网络视频、移动多媒体、监控视频等。AVS1构成（部分）：规范720p（逐行）1080i（隔行）有效扫描行7201080行像素个数12801920MPEG传输流19.7Mbps25Mbps2.2.2

HDV视频格式HDV（HighDefinitionVideo）：高清视频标准，基于MPEG-2压缩。特点：兼容DV磁带、纠错能力强、音频质量高。录制模式：720p逐行扫描、1080i隔行扫描。HDV特性表（部分）：适用于高清摄像、广播电视、影视制作等场景。2.2.3

WMV视频格式WMV（WindowsMediaVideo）：微软开发的视频编解码技术。特点：支持无损/有损压缩、嵌入音频字幕、抗干扰强。容器格式：ASF、Matroska、AVI。主要优势：高质量画面与色彩良好的错误检测与纠正支持多声道音频灵活的录制与编辑体系广泛应用于互联网视频、数字电视、流媒体传输等。2.3图像变换技术概述图像变换技术通过数学方法将图像从一种形式转换为另一种形式，用于：图像增强图像压缩特征提取噪声去除主要技术包括：图像反转对数变换幂律变换（伽马变换）直方图均衡化应用领域：医学影像、遥感图像、水下图像处理等。2.3.1图像反转图像反转（ImageInversion）：将像素值转换为反色值，改变图像亮暗程度。函数表达式：s=L-1-r其中L

为最高灰度级加1，r

为原图像，s

为处理后的图像。反转类型：水平反转垂直反转灰度反转颜色反转

原始图像

反转的图像2.3.2对数变换对数变换：通过对数函数调整像素值，增强暗部细节，压缩动态范围。函数表达式：s=c*log(1+r)其中c

为尺度常数，r

为输入灰度。特点：放大亮度差异减少亮度层次可能导致颜色失真应用：图像增强、压缩、识别、传输预处理。

原始图像

对数变换的图像2.3.3幂律变换（伽马变换）幂律变换：通过幂函数调整灰度关系，实现对比度增强与颜色改善。函数表达式：s=c*(r+esp)^γ其中γ

为伽马系数，决定增强区域：

γ>1：增强高灰度区域γ=1：线性变换γ<1：增强低灰度区域

幂律变换映射关系示意图2.3.4直方图均衡化直方图均衡化：通过灰度映射使直方图分布更均匀，增强对比度。转换公式：s=T(r)=∫₀ʳ

p_r(w)dw离散形式：s_k=(L-1)*Σ_{j=0}^kp_r(j)处理步骤：计算各灰度级概率计算累计概率映射到新灰度级合并相同灰度级狮子直方图均衡化示例总结与思考题本章总结：图像存储格式多样，各具特点，适用