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第5章彩色数字图象基础1第5章彩色数字图象基础5.1视觉系统对颜色的感知5.2图象的颜色模型5.3图像的三个属性5.4图像的种类5.5伽马校正5.6JPEG压缩编码5.7图像文件格式第5章彩色数字图象基础2内容提要1.数字图像概念2.数字图象输入设备3.数字图像的基本运算4.Fourier变换5.其他变换（离散图象变换，小波变换）6.采样数据处理7.图象压缩与复原8.模式识别：物体测量9.三维图象处理1.1数字图像处理的术语(1)什么是图像：是指由被称作象素的小块区域组成的二维矩阵。图像数学函数连续函数离散函数可见图像图片照片图画不可见物理图像数字图像处理的术语(2)数字图像一个被采样和量化后的二维函数采用等距离矩形网格采样对幅度进行等间隔量化处理让某个事物收到一个过程的作用过程导致某个所期望的目标的一系列操作数字图像处理的术语(3)数字图像处理定义:对一个物体的数字表示施加一系列的操作,以得到所期望的结果一个图像到图像的过程数字图像分析一幅图像转化为非图像的表示例:若一个数字图像包含多个物体,图像分析可通过分析后抽取这些物体的测度数字图像处理的术语(4)计算机图形学第5章彩色数字图象基础3定义:使用计算机将由概念或数学描述所表示的物体进行处理和显示的过程。侧重点在于根据给定的物体描述模型、光照及摄像机的成像几何，生成一幅图像的过程。计算机艺术也属于计算机图形学计算机视觉目的是发展出能理解自然景物的系统在机器人领域，计算机视觉为机器人提供眼睛数字图像处理的术语(5)数字化定义:将一幅图像从原来的形式转化为数字形式的过程。一个非破坏性的过程。逆过程是“显示”扫描对一幅图像内给定位置的寻址把图像划分为矩形网格，即光栅扫描的最小单元为像素数字图像处理的术语(6)采样在一幅图像的每个像素位置上测量灰度值传感元件将光亮度转化为电压值。对图像信号的定义域离散化量化将测量的灰度值用整数表示通过模数转化器实现对图像信号的值域离散化数字图像处理的术语(7)数字化过程扫描、采样、量化构成了数字化过程。对比度灰度反差的大小灰度分辨率指值的单位幅度上包含的灰度级数1.2图像处理分类模拟处理包括光学透镜处理、照相、广播电视等优点处理速度快，一般是实时处理缺点精度低，抗干扰性差，灵活性差，没有对图像的理解能力和非线性处理能力图像处理分类（续）第5章彩色数字图象基础4数字处理采用数字计算机对数字化形式的图像进行处理优点精度高，处理内容丰富，处理手段灵活缺点计算量大，处理速度较慢图像处理的内容图像数字化图像存储计算机处理图像重建图像处理系统的基本构成系统构成图像处理系统的基本构成（续）处理流程图象处理例子图象分辨率Imagerotatemoir*BlurringAnImageSharpeningAnImageImageRotationImageScalingNoiseFiltering1.3图像存储编码与格式转换存储媒介磁盘磁带光盘目标----实现对图像的高效存储、管理、检索等1.4计算机处理图像变换图像增强图像复原图像压缩与编码图像分析基于内容的图像处理图像变换几何变换----放缩，旋转，平移（滚动与漫游），投影付里叶变换（DFT)，离散余弦变换第5章彩色数字图象基础5(DCT)，离散小波变换（DWT)，Walsh变换，Hadamard变换，Slant变换，Haar变换，K-L变换图像增强对比度增强亮度增强直方图修改图像平滑去噪声滤波图像锐化图像复原运动模糊的复原逆滤波复原维纳滤波复原能量相等准则复原代数复原图像增强与图像复原之间的区别？图像压缩与编码熵编码预测编码变换编码矢量量化分形编码小波变换与压缩编码图像分析图像分割特征提取，包括形状特征，颜色特征，纹理特征基于内容的图像处理分类与管理压缩与描述检索图像重建显示输出硬拷贝输出应用医学图像处理（成像，处理，重建）遥感图像处理艺术创作Web人机交互广播与娱乐1.5图像的表示像素值的含义第5章彩色数字图象基础6物体表面的亮度(颜色)，如照相生物体的吸收特性，如X光片区域的温度，如红外照相任意二维函数的值图像的表示（续）正交模型将图像表示成一组正交函数之和随机过程模型将图像看作一个二维随机过程因果模型(CausalModel)描述相邻像素之间的关系图象表示图象表示图像格式位图图像矢量图形BMPGIFJPEGTIFFPCX位图图像绘画以及图象编辑软件都产生位图图象，也叫作栅格图象。位图图象是用小方形网格（位图或栅格），即人所共知的象素来代表图象，每个象素都被分配一个特定位置和颜色值。例如，在位图图象中自行车轮胎是由该位置的象素拼合组成的。处理位图图象时，您编辑的是象素而不是对象或形状。位图图像（续）位图图象与分辨率有关，换句话说，它包含固定数量的象素，代表图象数据。因此，如果在屏幕上以较大的倍数放大显示，或以过低的分辨率打印，位图图象会出现锯齿边缘，且会遗漏细节。在表现阴影和色彩（如在照片或绘画图象中）的细微变化方面，位图图象是最佳选择。矢量图形绘图软件创作的矢量图形，是由叫作矢量的数学对象所定义的直线和曲线组成的。矢量根据图形的几何特性来对其进行描述。例如，矢量图形中的自行车轮第5章彩色数字图象基础7胎是由数学定义的圆形组成，这个圆形按某一半径画出，放在特定位置并填充有特定的颜色。移动、缩放轮胎或更改轮胎颜色不会降低图形的品质。矢量图形（续）矢量图形与分辨率无关，换句话说，您可以将它缩放到任意大小和以任意分辨率在输出设备上打印出来，都不会遗漏细节或清晰度。因此，矢量图形是文字（尤其是小字）和粗图形的最佳选择，这些图形（比如徽标）在缩放到不同大小时必须保持清晰的线条。矢量图形（续）因为计算机显示器通过在网格上的显示来呈现图象，因此矢量和点阵图象在屏幕上都是以象素显示的。从矢量到位图的转换称为扫面转换，它是计算机图形学的研究内容BMPBMP是DOS和Windows兼容计算机系统的标准Windows图象格式。BMP格式支持RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式。可以指定图象采用MicrosoftWindows或OS/2格式，并指定图象的位深度。对于使用Windows格式的4位和8位图象，可以指定采用RLE压缩。GIFGIF是GraphicInterchangeFormat（图形交换格式）的缩写，在文档中，GIF文件格式普遍用于显示索引颜色图形和图象。GIF是一种LZW压缩格式，用来最小化文件大小和电子传递时间。最多支持256种颜色。GIF（续）JPEGJPEG是JointPhotographicExpertsGroup（联合图片专家组）的缩写。在文档中，JPEG普遍用于显示图片和其它连续色调的图象文档。JPEG格式支持CMYK、RGB和灰度颜色模式，与GIF格式不同，JPEG保留RGB图象中的所有颜色信息，通过选择性地去掉数据来压缩文件。JPEG图象在打开时自动解压缩。高等级的压缩会导致较低的图象品质，低等级的压缩则产生较高的图象品第5章彩色数字图象基础8质。在大多数情况下，采用“最佳”品质选项产生的压缩效果与原图几乎没有什么区别。JPEG（续）TIFFTIFF是一种灵活的位图图象格式，实际上被所有绘画、图象编辑和页面排版应用程序所支持。而且几乎所有桌面扫描仪都可以生成TIFF图象。PCXPCX格式普遍用于IBMPC兼容计算机上。大多数PC软件支持PCX格式版本5。版本3文件采用标准VGA调色板，该版本不支持自定调色板。PCX格式支持RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式。PCX支持RLE压缩方式。支持位深度为1、4、8或24的图象。内容提要1.数字图像概念2.数字图象数字化设备3.数字图像的基本运算4.Fourier变换5.其他变换（离散图象变换，小波变换）6.采样数据处理7.图象压缩与复原8.模式设别：物体测量9.三维图象处理相关硬件扫描仪，照相机，摄像机采集卡，图像处理加速卡显示器，打印机，绘图仪，投影仪图像数字化（一）硬件设备的快速发展，图象获取设备的成本显著降低，因而越来越普及，将成为高档微机的内置设备主要任务----将一幅图像转换成数字信号输入到计算机中，包括图像摄取光电转换数字化采样孔：使数字化设备能单独观测特定的图像元素而不受图像其它部分的影响扫描设备：使采样孔按确定的方式移动光传感器：测量每一像素的亮度，将光亮度转化为电流第5章彩色数字图象基础9量化器：将传感器输出的连续值转化为整数值输出存储设备像素大小：采样孔的大小和像素间距图像大小：允许输入图像的大小被测的局部属性：被数字化器测量和转化的实际物理参数（如光密度或透射率）线性度：灰度正比于图像亮度的实际精确程度噪音：数字处理设备简介扫描仪数码相机CCD（-ChargedCoupledDevice）LCD显示器分辨率VGA–640x480SVGA–800x600XGA–1156x864Usethetablebelowasaguideforbestresultswhenprintingdigitalimages:CaptureResolutionNumberofPixelsMaximumPrintSize640x480307,200WalletSize800x600480,0002x2-inch1156x864786,4325x7-inch1536x10241,572,8648x10-inch扫描仪将静态图象输入到计算机里的图形采集设备。光电转换系统：把各种图片信息转换成计算机图象数据，并传送给其他设备。应用：桌面排版系统、印刷制版系统配上文字识别（OCR）软件，可以快速方便地把各种文稿录入到计算机内，加速文字录入过程扫描仪扫描仪的主要性能指标分辨率：以每英寸扫描像素(dpi)表示，分辨率越高，第5章彩色数字图象基础10则图象越清晰。目前扫描仪分辨率在300dpi到1200dpi之间。灰度：指图象亮度层次范围。级数越多图象层次越丰富，目前扫描仪可达256级灰度。色彩度：指彩色扫描仪支持的色彩范围，用像素的数据位表示。例如，真彩色是指每个像素以24位表示，共可以产生超过16M种颜色。速度：在指定的分辨率和图象尺寸下的扫描时间。幅面：扫描仪支持的幅面大小，如A4、A3、A1和A0。扫描仪类型按操作方式分为手持式、台式和滚筒式按色彩方式分为灰度扫描仪和彩色扫描仪。按扫描仪方式还可以分为反射和透射。台式扫描仪用途广、功能强、种类多，是扫描仪家族的代表性产品。台式扫描仪以A4和A3幅面为主，分辨率通常为1200dpi，彩色位数一般为24位。扫描速度快、精度高有些台式扫描仪还可以加上透明胶片适配器，使其既可以扫反射稿，又可以扫透明胶片，实现一几两用。广泛用于各类图形、图形处理、电子出版、印前处理、广告制作等领域。扫描仪的类型大幅面扫描仪指的是A1，A0幅面的扫描仪，主要用于大幅面工程图纸的输入，又称为工程图扫描仪。由于图稿幅面大，大都采用了滚筒式走纸机构。扫描时扫描头是固定的，图纸在走纸机构控制下移动，大幅面扫描仪的分辨率通常为300dpi-800dpi。在使用扫描仪时，计算机内存和显示卡内存越大越好，有条件的可选用图形，图像卡。目前一些高档专业图形，图形软件均要求有很大的内存空间。手持扫描仪体积小、价格低其扫描图象的最大宽度是105mm，长度不限。使用时由手推动扫描仪从图稿上移过。扫描图象质量与操作有关，扫大图时可用软件实现拼接。分辨率通常为400dpi左右，主要用于名片，桌面排版，图文数据库，电脑刻字，字符识别等方面。幅面小，精度低，通常适合于初学者，家庭和对幅面第5章彩色数字图象基础11要求不高的用户。图像扫描六步骤：扫描仪的光源发出均匀光线照到图象表面。经过A/D模数转换，把当前“扫描线”的图像转换成电平信号。步进电机驱动扫描头移动，读取下一次图象数据。经过扫描仪CPU处理后，图象数据暂存在缓冲器中，为输入计算机做好准备工作。按照先后顺序把图像数据传输至计算机并存储起来。最后使用适当软件从新处理图象数据，使之再现至计算机屏幕上。图象扫描软件种类很多，其中以Photoshop和Ph