第1章-数字图像处理概述

第1章数字图像处理概述1第1章数字图像处理概述什么是数字图像数字图像处理系统的基本组成结构数字图像处理的术语数字图像处理的应用数字图像处理的基本方法和基本数据结构小结第1章数字图像处理概述21、图像基本概念图像和数字图像图像的表达第1章数字图像处理概述3（1）什么是图像用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体“图”是物体投射或反射光的分布，“像”是人的视觉系统对图的接受在大脑中形成的印像或反映。图像是自然界景物的客观反映。举例：人眼所见照片电视电影第1章数字图像处理概述4人眼所见第1章数字图像处理概述5照片第1章数字图像处理概述6电视电影第1章数字图像处理概述7（2）图像的表达图像表示2-D数组f(x,y)x，y：2-D空间XY中坐标点的位置f：代表图像在(x,y)的性质F的数值f，x，y的值可以是任意实数性质F:可对应不同物理量灰度图像里用灰度表示第1章数字图像处理概述8图像的表达图像表示矩阵矢量MNMMNNfffffffff212222111211FNfffF21NifffMiiii,2,1,T21f第1章数字图像处理概述9（3）图片感知在画图软件中放大图像像素的概念第1章数字图像处理概述10数字图像(灰度)数字图像是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。将物理图像行列划分后，每个小块区域称为像素（pixel）。每个像素包括两个属性：位置和灰度。对于单色即灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值来表示，通常数值范围在0到255之间，即可用一个字节来表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度。第1章数字图像处理概述11物理图像与数字图像的对应第1章数字图像处理概述12灰度级第1章数字图像处理概述13数字图像举例(灰度)125,153,158,157,127,70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133,60,133,154,158,100,116,120,97,74,54,74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115,88,49,灰度图像数值矩阵(前两行)128×12826×31第1章数字图像处理概述14数字图像(彩色)彩色图像可以用红、绿、蓝三元组的二维矩阵来表示。通常，三元组的每个数值也是在0到255之间，0表示相应的基色在该像素中没有，而255则代表相应的基色在该像素中取得最大值，这种情况下每个像素可用三个字节来表示。三基色原理：绝大多数颜色可以分解成红、绿、蓝三种色光。感知画图-》颜色-》编辑颜色-》规定自定义颜色第1章数字图像处理概述15例题在一幅真彩色的数字图像中，每个像素采用个比特来表示。A．8B．10C．16D．24第1章数字图像处理概述16数字图像举例(彩色)128×12825×31(207,137,130)(220,179,163)(215,169,161)(210,179,172)(210,179,172)(207,154,146)(217,124,121)(226,144,133)(226,144,133)(224,137,124)(227,151,136)(227,151,136)(226,159,142)(227,151,136)(230,170,154)(231,178,163)(231,178,163)(231,178,163)(236,187,171)(236,187,171)(239,195,176)(239,195,176)(240,205,187)(239,195,176)(231,138,123)第1章数字图像处理概述17RGB色彩模式RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一第1章数字图像处理概述18RGB色彩模式RGB色彩模式使用RGB模型为图像中每一个像素的RGB分量分配一个0~255范围内的强度值。例如：纯红色R值为255，G值为0，B值为0；灰色的R、G、B三个值相等（除了0和255）；白色的R、G、B都为255；黑色的R、G、B都为0。RGB图像只使用三种颜色，就可以使它们按照不同的比例混合，在屏幕上重现16777216种颜色。第1章数字图像处理概述19R、G、B三基色彩色空间第1章数字图像处理概述20举例2彩色原图红色分量绿色分量蓝色分量第1章数字图像处理概述21（4）图像的数据量计算灰度图像彩色图像视频第1章数字图像处理概述22例题计算一幅分辨率为2048×1024的24位真彩色图像未压缩前的数据量（结果以MB为单位）第1章数字图像处理概述23（5）图像的数字化连续图像、离散图像图像数字化就是将连续图像离散化。图像数字化包括取样和量化两个部分。取样：空间上的离散化在空间上分割成M×N个网格（空间分辨率）量化：亮度上的离散化把取样点上对应的亮度连续变化区间转换为单个数码的过程第1章数字图像处理概述24数字图像图像（水平）尺寸M：图像（垂直）尺寸N：象素灰度级数G(k-bit)：图像所需的位数b：mM2nN2kG2MNkkNMb(0,0)(0,1)(0,1)(1,0)(1,1)(1,1)(,)(1,0)(1,1)(1,1)fffMfffMfxyfNfNfNM空间分辨率和幅度分辨率第1章数字图像处理概述25图像分辨率与存储和处理数字图像是对连续场景的近似为达到较好的近似，需要多少个采样和灰度级呢？理论上，MNG越大，近似越好但图像的数据量随MNG的增加而迅速增加，故采样和灰度级数也不能太大第1章数字图像处理概述26图象质量与采样和量化图像空间分辨率变化所产生的效果第1章数字图像处理概述27512*512第1章数字图像处理概述28256*256第1章数字图像处理概述29128*128第1章数字图像处理概述3064*64第1章数字图像处理概述3132*32第1章数字图像处理概述3216*16第1章数字图像处理概述33图像幅度分辨率变化所产生的效果第1章数字图像处理概述34256级第1章数字图像处理概述3564级第1章数字图像处理概述3616级第1章数字图像处理概述378级第1章数字图像处理概述384级第1章数字图像处理概述392级第1章数字图像处理概述40空间和幅度分辨率同时变化所产生的效果第1章数字图像处理概述41图像质量与采样和量化仅减少空间分辨率，图中各区域的边缘处看到棋盘模式，并在全图看到像素粒子变粗的现象仅减小灰度级数，达到一定程度，会出现虚假轮廓同时减小空间分辨率和灰度级数，图像质量的退化比单独变化空间分辨率或灰度级时要更快。第1章数字图像处理概述42作业题一1.如何表示数字图像（灰度图像与彩色图像）？2.数字图像的存储方式有哪些？如何存储？3.计算1幅未压缩图像的数据量。已知图像分辨率为1024×2048，真彩色。要求：写出计算过程，结果以MB为单位。第1章数字图像处理概述43内容回顾1、图像基本概念图像数字图像（灰度、彩色）RGB色彩模式图像表达2、图像的数字化第1章数字图像处理概述44对采样和量化的讨论采样实际中采样值的选择常受到采集装置的影响和限制实际中选择采样值的一个重要因素是看需要观察到图像中哪个尺度的细节量化量化级数的选择基于2个因素人类视觉系统的分辨率要满足具体应用所需要的分辨率文档——2值图像图像打印—16个灰度级屏幕显示—更多灰度级医学图像—8比特的灰度级不够用第1章数字图像处理概述45例题模拟图像转换为数字图像，需经过两个步骤，分别是。A．采样和编码B．量化和编码C．采样和存储D．采样和量化第1章数字图像处理概述46例题假设一幅数字图像成像时采了MN个样，那么图像的空间分辨率是。A．MB．NC．M×ND．M+N第1章数字图像处理概述47例题一幅图像必须要在空间上和灰度上都离散化才能被计算机处理。空间坐标的离散化叫做采样，它确定了图像的。A．空间分辨率B．幅度分辨率C．颜色深度D．图像质量第1章数字图像处理概述482、图像处理相关学科和领域第1章数字图像处理概述49图像处理相关学科和领域主要相关学科：图形学：原指用图形、图表、绘图等形式表达数据信息的科学，而计算机图形学研究的就是如何利用计算机技术来产生这些形式图像模式识别：试图把图像分解成可用符号较抽象地描述的类别计算机视觉：主要强调用计算机实现人的视觉功能，目前的研究内容主要与图像理解相结合第1章数字图像处理概述50图像处理技术的应用应用领域示例(1)视频通信：可视电话，电视会议，按需电视，远程教育；(2)文字档案：文字识别，过期档案复原，邮件分捡，支票，签名辫伪，办公自动化；(3)生物医学：红白学球计数，染色体分析、X光、CT、MRI、PET图像分析，医学手术模拟规划，远程医疗；(4)遥感测绘：巡航导弹制导，无人驾驶飞机飞行，精确制导，矿藏勘探，资源探测，气象预报，自然灾害监测；(5)工业生产：工业检测，工业探伤，自动生产流水线监控，移动机器人，无损探测，金相分析，印刷板质量检验，精细印刷品缺陷检测；(6)军事公安：雷达图像分析、巡航导弹路径规划/制导，罪犯脸形合成、识别，指纹、印章的鉴定识别；(7)交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管理。第1章数字图像处理概述513、图像处理系统系统构成框图图像采集图像显示打印图像存储图像处理第1章数字图像处理概述52数字图像处理数字图像处理就是利用计算机系统对数字图像进行各种目的的处理。数字图像处理的内容包括图像变换、图像编码、图像增强、图像恢复、图像分割、图像的理解和识别。第1章数字图像处理概述53数字图像处理举例第1章数字图像处理概述54数字图像处理系统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，如下图所示：第1章数字图像处理概述55系统构成框图第1章数字图像处理概述56数字图像处理系统的组成部分图像数字化设备：扫描仪、数码相机、摄像机与图像采集卡等。图像处理计算机：PC、工作站等。图像输出设备：打印机等。图像输入设备日益向高速度、高分辨率、多功能、智能化方向发展。第1章数字图像处理概述57图像输入设备扫描仪平板式、手持式、滚筒式摄像机输入速度快、灵敏度高、使用方便第1章数字图像处理概述584、数字图像处理的术语由于数字图像处理是多学科交叉领域，因此充斥着相互矛盾和不准确的定义。数字图像处理：是指将一幅图像转变为另一幅图像。数字图像分析：是指将一幅图像转换为一种非图像的表示。但数字图像处理通常又包括数字图像分析。如天气预报，视频统计等。第1章数字图像处理概述59数字图像处理的术语计算机图形学：用计算机将由概念或数学描述所表示的物体图像（非实物）进行处理和显示的过程。如机械图、建筑图等，通过建筑图统计水泥、钢筋用量等。计算机视觉：用计算机技术发展能够理解自然景物的系统。如机器人足球等。第1章数字图像处理概述60数字图像处理的术语数字化和显示：将一幅图像从原有形式转换为数字形式。显示是数字化的逆过程。扫描：对象素的寻址。采样、采样密度：对应象素灰度值的测量。通常转变为电压值。量化：将电压值用一个整数表示。灰度分辨率：图像中包含的灰度级数。对比度：图像中灰度反差的大小。噪声：通常在数字化过程中引入的误差。第1章数字图像处理概述61调色板调色板（palette）：图像的色彩索引表。若图像的色彩数远小于全色彩数时，当每个像素的值用色彩索引表的位置表示就可以大大节约存储空间。这种技术长用