数字图像处理_杨淑莹_《数字图象处理》课程全部教案

1、 数字图像处理数字图像处理计算机科学与工程系计算机科学与工程系2课程内容简介课程内容简介n介绍各种数字图象处理的算法分析及编程实现技术。n主要内容包括： 位图基础、图象的显示、图像的几何变换、图象灰度变换、图像的平滑处理、图像锐化处理及边缘检测、图像分割及测量、图像的形态学处理、图像的变换域处理及应用、图像的合成、24位彩色图像处理、JPEG图像的压缩编码。3第一章第一章 位图基础位图基础 n1.1 数字图像的基本概念数字图像的基本概念n1.2 与设备无关位图与设备无关位图(DIB)41.1 数字图像的基本概念n位图与矢量图位图与矢量图 n数字图象的基本概念数字图象的基本概念 n单色图象单色图

2、象n灰度图象灰度图象 n伪彩色图像伪彩色图像n24位真彩色图像位真彩色图像 5位图与矢量图位图与矢量图n图形由指令集合组成的描述，显示时需要相应的图形由指令集合组成的描述，显示时需要相应的软件读取这些命令，并将其转变为屏幕上所显示软件读取这些命令，并将其转变为屏幕上所显示的形状和颜色，图形记录的主要内容是坐标值或的形状和颜色，图形记录的主要内容是坐标值或坐标值序列，对一般画面内容的颜色或亮度隐含坐标值序列，对一般画面内容的颜色或亮度隐含且统一地描述。且统一地描述。n图像是以栅格结构存储画面内容，栅格结构将一图像是以栅格结构存储画面内容，栅格结构将一幅图划分为均匀分布的栅格，每个栅格称为像素，幅

3、图划分为均匀分布的栅格，每个栅格称为像素，显式地记录每一像素的光度值显式地记录每一像素的光度值(亮度或彩色亮度或彩色)，所有，所有像素位置按规则方式排列，像素位置的坐标值却像素位置按规则方式排列，像素位置的坐标值却是有规则地隐含。是有规则地隐含。6数字图象的基本概念数字图象的基本概念 n在在PCPC的显示系统中，显示的图像是由一个个像素组成的，每一个像素的显示系统中，显示的图像是由一个个像素组成的，每一个像素都有自己的颜色属性，每一个像素的颜色由红，绿，蓝三原色组合而都有自己的颜色属性，每一个像素的颜色由红，绿，蓝三原色组合而成。数字图象是连续图象成。数字图象是连续图象f(xf(x，y)y)的

4、一种近似表示，通常用由采样点的的一种近似表示，通常用由采样点的值所组成的矩阵来表示值所组成的矩阵来表示: : f(0 f(0，0) f(00) f(0，1). f(01). f(0，M-1)M-1) f(1 f(1，0) f(10) f(1，1). f(11). f(1，M-1)M-1) f(N-1 f(N-1，0) f(N-10) f(N-1，1). f(N-11). f(N-1，M-1) M-1) n每一个采样单元叫做一个象素每一个采样单元叫做一个象素(pixel)(pixel)，上式中，上式中，M M、N N分别为数字图象分别为数字图象在横、纵方向上的象素。在计算机内通常用二维数组来表示

5、数字图象在横、纵方向上的象素。在计算机内通常用二维数组来表示数字图象的矩阵。的矩阵。7数字图象的基本概念数字图象的基本概念 n图象数字化的精度包括两个部分，即分辨率和颜色深度。图象数字化的精度包括两个部分，即分辨率和颜色深度。n分辨率：有显示分辨率和图象分辨率。分辨率：有显示分辨率和图象分辨率。n图象分辨率：是数字化图象时划分图象的象素密度，即单位长度内的图象分辨率：是数字化图象时划分图象的象素密度，即单位长度内的象素数，其单位是每英寸的点数象素数，其单位是每英寸的点数DIPDIP（Dots per IncheDots per Inche）。图象分辨率）。图象分辨率说明了数字图象的实际精细度。

6、说明了数字图象的实际精细度。n显示分辨率：是把数字图象在输出设备（如显示屏或打印机等）上能显示分辨率：是把数字图象在输出设备（如显示屏或打印机等）上能够显示的象素数目和所显示象素之间的点距。显示分辨率说明了数字够显示的象素数目和所显示象素之间的点距。显示分辨率说明了数字图象的表现精细度。图象的表现精细度。n具有不同的图象分辨率的数字图象在同一输出设备上的显示分辨率相具有不同的图象分辨率的数字图象在同一输出设备上的显示分辨率相同。同。n颜色深度：是指表示每一象素的颜色值的二进制位数。颜色深度越大颜色深度：是指表示每一象素的颜色值的二进制位数。颜色深度越大则能表示的象素的颜色数目越多，它们之间的关

7、系取决于数字图象采则能表示的象素的颜色数目越多，它们之间的关系取决于数字图象采用的颜色表示法。常用的颜色表示法有用的颜色表示法。常用的颜色表示法有RGBRGB、CMYKCMYK、YUVYUV等。等。8单色图象单色图象n单色图象的每一象素值具有如下特征：单色图象的每一象素值具有如下特征： 1)1)图象中每一点的红、绿、蓝颜色分量值都相等图象中每一点的红、绿、蓝颜色分量值都相等 即即: : f red(x f red(x，y) =f green(xy) =f green(x，y)= f blue(xy)= f blue(x，y)y) 2) 2)其值只有两个其值只有两个0 0或或255255。n单色

8、图象具有比较简单的格式，它一般由黑色区单色图象具有比较简单的格式，它一般由黑色区域和白色区域组成，其典型图象格式就是直线图域和白色区域组成，其典型图象格式就是直线图和图表。一旦给定图象的大小，这种格式的内容和图表。一旦给定图象的大小，这种格式的内容将十分紧凑将十分紧凑. . 9灰度图象灰度图象n灰度图象的每一象素值具有如下特征：灰度图象的每一象素值具有如下特征： 1)1)图象中每一点都不是彩色的，即每一点的红绿蓝颜色分图象中每一点都不是彩色的，即每一点的红绿蓝颜色分量值都相等，即：量值都相等，即： f red(xf red(x，y) =f green(xy) =f green(x，y)= f

9、blue(xy)= f blue(x，y)y) 2) 2)其值范围从其值范围从02550255。n对于灰度图象，其对于灰度图象，其f(xf(x，y)y)表示表示(x(x，y)y)位置处的灰度值。位置处的灰度值。n在一些单色照片中，经常要用灰度，才能准确的表达图象在一些单色照片中，经常要用灰度，才能准确的表达图象的真实视觉效果，这种图象被称为灰度图象。当需要在不的真实视觉效果，这种图象被称为灰度图象。当需要在不具备真彩色支持的图象显示卡上显示原始真彩色图象时，具备真彩色支持的图象显示卡上显示原始真彩色图象时，一般都要利用相应的灰度图象对其进行近似处理，因此灰一般都要利用相应的灰度图象对其进行近似

10、处理，因此灰度图象是图象技术中涉及范围比较广泛的一种图象表示方度图象是图象技术中涉及范围比较广泛的一种图象表示方法。法。10伪彩色图像伪彩色图像 n伪彩色图像与灰度图像相似，其存储文件中也带伪彩色图像与灰度图像相似，其存储文件中也带 有图像颜色表，伪彩色图像具有如下特征：有图像颜色表，伪彩色图像具有如下特征： 1)1)图像颜色表中的红、绿、蓝颜色分量值不全相图像颜色表中的红、绿、蓝颜色分量值不全相 等，即：等，即： f red(xf red(x，y)f green(xy)f green(x，y) f blue(xy) f blue(x，y)y) 2) 2)整幅图像仅有整幅图像仅有256256种

11、颜色，种颜色，要表示要表示256256种不同的种不同的颜色，像素必须由颜色，像素必须由8 8位组成，每个像素值不是由每位组成，每个像素值不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作图像颜色表图像颜色表的表项入口地址。把具有的表项入口地址。把具有256256色的色的图像图像称为称为8 8位位彩色彩色图像。图像。112424位真彩色图像位真彩色图像 n具有全彩色照片表达能力的图像为具有全彩色照片表达能力的图像为2424位彩色图像，位彩色图像， 2424位真彩色图像存储文件中不带有图像颜色表，位真彩色图像存储文件中不带有图像颜色表，其具有如下特征：其具

12、有如下特征： 1)1)图像中每一像素由图像中每一像素由RGBRGB三个分量组成，每个分三个分量组成，每个分量各占量各占8 8位，位，每个像素需每个像素需2424位。位。 2)f red(x2)f red(x，y)y)、f green(xf green(x，y)y)、f blue(xf blue(x，y)y)取值范围为取值范围为02550255。n由于由于24位真彩色图像所需的存储空间很大，处理位真彩色图像所需的存储空间很大，处理速度较慢，速度较慢，当需要存储空间不大，并且要求实时当需要存储空间不大，并且要求实时快速处理图像时，一般都要利用相应的快速处理图像时，一般都要利用相应的8 8位位图对位

13、位图对其进行近似处理，因此其进行近似处理，因此8 8位位图是图像技术中涉及位位图是图像技术中涉及范围比较广泛的一种图像表示方法。范围比较广泛的一种图像表示方法。 121.21.2与设备无关位图与设备无关位图(DIB)(DIB)nBMPBMP文件组成文件组成n数字图像处理的应用数字图像处理的应用 13BMPBMP文件组成文件组成nBMPBMP文件由文件头、位图信息头、颜色信息文件由文件头、位图信息头、颜色信息和图像数据四部分组成。位图结构如下所示和图像数据四部分组成。位图结构如下所示: : 位图颜色表位图颜色表RGBQUADRGBQUAD 位图像素数据位图像素数据 位图文件头结构位图文件头结构B

14、ITMAPFILEHEADERBITMAPFILEHEADER 位图信息头结构位图信息头结构BITMAPINFOHEADERBITMAPINFOHEADER 14结构结构 数据域数据域含义含义 FILEHEADERBITMAPFILEHEADERBITMAP bfTypebfType 字节字节“BM”BM” bfSizebfSize 文件总字节数文件总字节数 BfReserved1BfReserved1 0 0 BfReserved1BfReserved1 0 0 bfOffBitsbfOffBits 位图数据距文件头的偏移量位图数据距文件头的偏移量 BITMAPINFOHEADERBITMA

15、PINFOHEADER biSizebiSize 本结构大小的字节数本结构大小的字节数 biWidthbiWidth 位图的宽度，单位为象素点位图的宽度，单位为象素点 biHeightbiHeight 位图的高度，单位为象素点位图的高度，单位为象素点 biPlanesbiPlanes 1 1 biBitCountbiBitCount 象素的位数（象素的位数（1 1，4 4，8 8，2424） 15biCompressionbiCompression 压缩方式（压缩方式（0 0表示不压缩）表示不压缩） bisizeImagebisizeImage 位图数据的字节数位图数据的字节数 biXpels

16、PerMeterbiXpelsPerMeter 水平分辨率（象素点水平分辨率（象素点/ /米）米） biYpelsPerMeterbiYpelsPerMeter 垂直分辨率（象素点垂直分辨率（象素点/ /米）米） biClrUsedbiClrUsed 图象中使用的颜色数图象中使用的颜色数 biClrImportantbiClrImportant 图象中重要的颜色数图象中重要的颜色数 RGBQUADRGBQUAD rgbBluergbBlue 蓝色的比例蓝色的比例 rgbGreenrgbGreen 绿色的比例绿色的比例 rgbRedrgbRed 红色的比例红色的比例 rgbReservedrgb

17、Reserved 0 0 16数字图像处理的应用数字图像处理的应用n下面列举一些典型的应用实例。下面列举一些典型的应用实例。(1)(1)遥感航天中的应用遥感航天中的应用 天文、太空星体的探测及分析；天文、太空星体的探测及分析； 军事侦察、定位、指挥等；军事侦察、定位、指挥等； 地质、地形、地图的普查及绘制；地质、地形、地图的普查及绘制； 地下矿藏的勘探；地下矿藏的勘探； 环境污染的监测；环境污染的监测； 气象、天气预报的合成分析。气象、天气预报的合成分析。(2)(2)生物医学中的应用生物医学中的应用 显微图像处理；显微图像处理； DNADNA显示分析；显示分析； 生物进化的图像分析；生物进化的

18、图像分析； 手术规划；手术规划； 内脏大小、形状、活动及异常检出分析；内脏大小、形状、活动及异常检出分析； 癌细胞识别。癌细胞识别。17数字图像处理的应用数字图像处理的应用 (3) (3)工业应用工业应用 产品无损检测、焊缝及内部缺陷检测；产品无损检测、焊缝及内部缺陷检测； 流水线零件自动检测识别；流水线零件自动检测识别； 生产过程的监控；生产过程的监控； 交通管制、机场监控；交通管制、机场监控； 支票、签名辨伪及识别；支票、签名辨伪及识别； 机器人视觉系统的应用。机器人视觉系统的应用。 (4)(4)军事公安领域中的应用军事公安领域中的应用 罪犯脸形的合成；罪犯脸形的合成； 指纹自动识别；指纹

19、自动识别； 巡航导弹地形识别；巡航导弹地形识别； 手迹、印章的鉴定识别；手迹、印章的鉴定识别； 遥控飞行器的引导；遥控飞行器的引导； 雷达的目标侦察。雷达的目标侦察。18数字图像处理的应用数字图像处理的应用 (5)(5)其它应用其它应用 多媒体计算机系统及应用；多媒体计算机系统及应用； 图像的远程通信图像的远程通信 电视会议；电视会议； 可视电话；可视电话； 服装试穿显示；服装试穿显示； 现场视频管理。现场视频管理。19第二章第二章 图像的显示图像的显示n2.1 2.1 调色板的基本应用调色板的基本应用n2.2 2.2 图像的特效显示图像的特效显示202.1 2.1 调色板的基本应用调色板的基

20、本应用n调色板的原理调色板的原理 n调色板的创建与实现调色板的创建与实现n显示函数显示函数21调色板的原理调色板的原理n调色板就是在调色板就是在256256色显示系统中色显示系统中, ,将图像中出现的将图像中出现的256256种颜色组成颜色表种颜色组成颜色表, ,对这些颜色按对这些颜色按8 8位位, ,即即0 0至至255255进行编号进行编号, ,每一编号代表其中的一种颜色每一编号代表其中的一种颜色, ,在这在这种颜色中颜色编号叫做颜色的索引号。种颜色中颜色编号叫做颜色的索引号。n256256色位图文件中含有色位图文件中含有BMPBMP文件由文件头、位图信文件由文件头、位图信息头、颜色信息表

21、和图像数据四部分组成。图像息头、颜色信息表和图像数据四部分组成。图像的像素值并不是颜色值的像素值并不是颜色值, ,而是颜色索引表的索引号。而是颜色索引表的索引号。22调色板的创建与实现调色板的创建与实现n在调色板系统中在调色板系统中, ,每一幅图像都有自己的调色板每一幅图像都有自己的调色板, ,显示时必显示时必须将自己的调色板载入系统调色板中须将自己的调色板载入系统调色板中, ,实现调色板。一般创实现调色板。一般创建一个逻辑调色板需要以下五步：建一个逻辑调色板需要以下五步： (1)(1)建立一个建立一个LOGPALETTELOGPALETTE结构和结构和PALETTEENTRYPALETTEE

22、NTRY数组；数组； (2)(2)对数组元素进行初始化并对成员变量进行设置；对数组元素进行初始化并对成员变量进行设置； (3)(3)建立建立CPaletteCPalette对象并使用对象并使用CreatePaletteCreatePalette函数初始化调函数初始化调 色板对象；色板对象； (4)(4)使用使用SelectPaletteSelectPalette函数来将设备描述表和调色板联系函数来将设备描述表和调色板联系起来；起来； (5)(5)使用使用CDCCDC中的中的RealizePaletteRealizePalette函数使调色板生效。函数使调色板生效。23显示函数显示函数n在在Vi

23、sual C+环境中用于显示的主要有环境中用于显示的主要有BitBlt函函 数、数、StretchBlt函数和函数和StretchDIBits函数。函数。 BitBlt函数和函数和StretchBlt函数属于函数属于CDC类，而类，而 StretchDIBits函数为函数为API函数。函数。24显示函数显示函数nBitBlt()BitBlt()函数函数 该函数的结构如下：该函数的结构如下： BOOL BitBlt(int x,int y,int nWidth,int nHeight,CDCBOOL BitBlt(int x,int y,int nWidth,int nHeight,CDC* *

24、 pSrcDC,int xSrc,int ySrc,DWORD dwrop);pSrcDC,int xSrc,int ySrc,DWORD dwrop); 参数说明：参数说明：x: x: 指定绘制目标矩形左上角的逻辑指定绘制目标矩形左上角的逻辑X X轴位置。轴位置。y: y: 指定绘制目标矩形左上角的逻辑指定绘制目标矩形左上角的逻辑Y Y轴位置。轴位置。nWidth: nWidth: 指定绘制目标矩形和源位图的宽度（按逻辑单位）。指定绘制目标矩形和源位图的宽度（按逻辑单位）。nHeight: nHeight: 指定绘制目标矩形和源位图的高度（按逻辑单位）。指定绘制目标矩形和源位图的高度（按逻辑

25、单位）。pSrcDC:pSrcDC:设备上下文的指针。设备上下文的指针。xSrc,ySrc: xSrc,ySrc: 指定源位图左上角的逻辑指定源位图左上角的逻辑X X轴、轴、Y Y轴位置。轴位置。 dwrop: dwrop: 指定要执行的光栅运算。其操作码定义了图形设备接口指定要执行的光栅运算。其操作码定义了图形设备接口（GDIGDI）在输出操作中如何组合颜色。）在输出操作中如何组合颜色。 当要将位图的像素从内存显示环境复制到显示器（或打印机）设当要将位图的像素从内存显示环境复制到显示器（或打印机）设备环境中，一般会用到这个函数。备环境中，一般会用到这个函数。25显示函数显示函数nStretc

26、hBltStretchBlt（）函数（）函数 该函数的结构如下：该函数的结构如下： BOOL StretchBltBOOL StretchBlt（int x,int y,int nWidth,int nHeight,CDCint x,int y,int nWidth,int nHeight,CDC* * pSrcDC,int xSrc,int ySrc,int nSrcWidth,int nSrcHeight, pSrcDC,int xSrc,int ySrc,int nSrcWidth,int nSrcHeight, DWORD dwrop);DWORD dwrop); 参数说明：参数说明：

27、x: x: 指定绘制目标矩形左上角的逻辑指定绘制目标矩形左上角的逻辑X X轴位置。轴位置。y: y: 指定绘制目标矩形左上角的逻辑指定绘制目标矩形左上角的逻辑Y Y轴位置。轴位置。nWidth: nWidth: 指定绘制目标矩形的宽度（按逻辑单位）。指定绘制目标矩形的宽度（按逻辑单位）。nHeight: nHeight: 指定绘制目标矩形的高度（按逻辑单位）。指定绘制目标矩形的高度（按逻辑单位）。pSrcDC:pSrcDC:设备上下文的指针设备上下文的指针xSrc,ySrc: xSrc,ySrc: 指定源位图左上角的坐标（按逻辑单位）。指定源位图左上角的坐标（按逻辑单位）。 nSrcWidth

28、, nSrcHeight:nSrcWidth, nSrcHeight:指定复制源位图的宽度和高度（按逻辑单指定复制源位图的宽度和高度（按逻辑单位）。位）。 dwrop:dwrop:指定要执行的光栅运算。其操作码定义了图形设备接口（指定要执行的光栅运算。其操作码定义了图形设备接口（GDIGDI）在输出操作中如何组合颜色。在输出操作中如何组合颜色。 26显示函数显示函数nStretchDIBitsStretchDIBits（）函数（）函数 该函数的结构如下：该函数的结构如下： BOOL StretchDIBits(HDC hdcBOOL StretchDIBits(HDC hdc，int x,in

29、t y,int nWidth,int nHeight,int int x,int y,int nWidth,int nHeight,int xSrc,int ySrc,int nSrcWidth,int nSrcHeight, CONST VOIDxSrc,int ySrc,int nSrcWidth,int nSrcHeight, CONST VOID* *lpvBits,CONST lpvBits,CONST BITMAPINFO BITMAPINFO * *lpbmi, UNIT fuColorUselpbmi, UNIT fuColorUse，DWORD dwrop);DWORD dw

30、rop); 参数说明：参数说明： hdc:hdc:设备上下文句柄。设备上下文句柄。 x: x: 指定绘制目标矩形左上角的逻辑指定绘制目标矩形左上角的逻辑X X轴位置。轴位置。 y : y : 指定绘制目标矩形左上角的逻辑指定绘制目标矩形左上角的逻辑Y Y轴位置。轴位置。 nWidth: nWidth: 指定绘制目标矩形的宽度（按逻辑单位）。指定绘制目标矩形的宽度（按逻辑单位）。 nHeight: nHeight: 指定绘制目标矩形的高度（按逻辑单位指定绘制目标矩形的高度（按逻辑单位 xSrc,ySrc: xSrc,ySrc: 指定源位图左上角的坐标（按逻辑单位）。指定源位图左上角的坐标（按逻辑

31、单位）。 nSrcWidth, nSrcHeight:nSrcWidth, nSrcHeight:指定复制源位图的宽度和高度（按逻辑单位）。指定复制源位图的宽度和高度（按逻辑单位）。 lpvBitslpvBits：指向：指向DIBDIB数据图像的指针。数据图像的指针。 lpbmilpbmi：指向：指向BITMAPINFOBITMAPINFO结构的指针。结构的指针。 fuColorUse:fuColorUse:指定指定BITMAPINFOBITMAPINFO结构中的结构中的bmiColorsbmiColors包含真实的包含真实的RGBRGB值还是调色板值还是调色板中的索引值。中的索引值。 dwr

32、op:dwrop:指定要执行的光栅运算。指定要执行的光栅运算。27 2.2 2.2 图像的特效显示图像的特效显示n图像的特效显示就是利用人眼的视觉特性，通过图像的特效显示就是利用人眼的视觉特性，通过对图像分块，然后以不同的次序显示出来。实现对图像分块，然后以不同的次序显示出来。实现图像的特效显示的基本思路是将图像分成不同的图像的特效显示的基本思路是将图像分成不同的小块，按一定的方向或次序、分阶段地显示或擦小块，按一定的方向或次序、分阶段地显示或擦除图像块。其中的四个要点是：除图像块。其中的四个要点是： (1)(1)如何划分图像块；如何划分图像块； (2)(2)确定图像块的操作次序；确定图像块的

33、操作次序； (3)(3)显示或清除图像块；显示或清除图像块； (4)(4)在两个图像块的操作之间延时。在两个图像块的操作之间延时。 延时的目的是减慢图像的显示速度，以便可以看延时的目的是减慢图像的显示速度，以便可以看出特效显示的效果。出特效显示的效果。28图像的特效显示图像的特效显示n图像的扫描图像的扫描 扫描是最基本的特效显示方式，它没有划分图像块，只是顺序地扫描是最基本的特效显示方式，它没有划分图像块，只是顺序地 一行一行或一列一列地显示图像或清除图像。一行一行或一列一列地显示图像或清除图像。 效果图：效果图： (a)(a)自上而下扫描自上而下扫描 (b)(b)自下而上扫描自下而上扫描 (

34、c) (c) 自左向右扫描自左向右扫描 (d)(d)自右向左扫描自右向左扫描 29图像的特效显示图像的特效显示n图像的移动图像的移动 移动是将图像看作一个整体，显示时必须按物理顺序进行，例如移动是将图像看作一个整体，显示时必须按物理顺序进行，例如从上向下平移时，必须先显示下面的图像，后显示上面的图像。平移从上向下平移时，必须先显示下面的图像，后显示上面的图像。平移是以复制的方法显示图像的，每显示一次，复制的行数就增加一行，是以复制的方法显示图像的，每显示一次，复制的行数就增加一行，直至显示完成。直至显示完成。 效果图：效果图： （a a）水平向右移）水平向右移 (b) (b) 垂直向上移动垂直

35、向上移动 30图像的特效显示图像的特效显示n交叉飞入交叉飞入 交叉飞入是将图像平分成上下两部分，显示时上部分水平右移，下交叉飞入是将图像平分成上下两部分，显示时上部分水平右移，下部分水平左移。因此交叉分入的基本原理和平移是相同的，其不同之部分水平左移。因此交叉分入的基本原理和平移是相同的，其不同之处只是将图像进行了分块。处只是将图像进行了分块。 交叉飞入效果图交叉飞入效果图 31图像的特效显示图像的特效显示n中间扩张中间扩张 中间扩张是在显示的时候，先将图像分成两部分，将中间分界处显中间扩张是在显示的时候，先将图像分成两部分，将中间分界处显示在屏幕的中间，并快速向上扫描上半部分的图像，然后将图

36、像完整示在屏幕的中间，并快速向上扫描上半部分的图像，然后将图像完整的显示在屏幕上，这样人们因为视觉生理的特点就会看到中间扩张的的显示在屏幕上，这样人们因为视觉生理的特点就会看到中间扩张的效果。效果。 中间扩张效果图中间扩张效果图32图像的特效显示图像的特效显示n中间收缩中间收缩 中间收缩的效果是从屏幕的上下两边同时向中间扫描，其原理类似中间收缩的效果是从屏幕的上下两边同时向中间扫描，其原理类似于将图像平分成上下两部分，从屏幕的上下边界，对图像同时进行向于将图像平分成上下两部分，从屏幕的上下边界，对图像同时进行向上扫描和向下扫描，直到在图像的中间分界相遇。上扫描和向下扫描，直到在图像的中间分界相

37、遇。 中间收缩效果图中间收缩效果图33图像的特效显示图像的特效显示n栅条特效栅条特效 栅条特效分为水平栅条和垂直栅条，其效果像是将两手交叉的过程，栅条特效分为水平栅条和垂直栅条，其效果像是将两手交叉的过程，栅条显示的原理是先将图像分成若干行（或若干列），将奇数行（或栅条显示的原理是先将图像分成若干行（或若干列），将奇数行（或奇数列）组成一组，将偶数行（或偶数列）组成一组，在显示的时候，奇数列）组成一组，将偶数行（或偶数列）组成一组，在显示的时候，奇数行（或奇数列）从右向左平移。奇数行（或奇数列）从右向左平移。 （a a）水平栅条显示）水平栅条显示 （b b）垂直栅条显示）垂直栅条显示 34图像

38、的特效显示图像的特效显示n图像渐显图像渐显 图像渐显是先记录下图像的每个像素点的灰度值，显示的时候先将图像渐显是先记录下图像的每个像素点的灰度值，显示的时候先将屏幕置黑，将循环显示图像屏幕置黑，将循环显示图像n n次，设次，设n n从从0 0，1 1，2 2 ，256256。每一次显。每一次显示像素灰度值的示像素灰度值的n/256n/256倍，图像的像素点计算一遍后，显示一次，重复倍，图像的像素点计算一遍后，显示一次，重复执行上述过程，直至每一个屏幕上的像素点的灰度值全部和记录中的执行上述过程，直至每一个屏幕上的像素点的灰度值全部和记录中的值相同为止。值相同为止。 图像渐显效果图图像渐显效果图

39、 35图像的特效显示图像的特效显示n百叶窗特效显示百叶窗特效显示 百叶窗显示开始有若干个显示起始线，每条起始线相隔相同距离，百叶窗显示开始有若干个显示起始线，每条起始线相隔相同距离，显示过程中每次各个起始线同时向下（或向右）显示一行（或一列）显示过程中每次各个起始线同时向下（或向右）显示一行（或一列）图像，直到图像显示完毕。百叶窗显示的原理是先将图像按行方向图像，直到图像显示完毕。百叶窗显示的原理是先将图像按行方向（或列方向）分成若干个相同的部分（例如（或列方向）分成若干个相同的部分（例如1010块），显示时，先将每块），显示时，先将每块的头一行（或头一列）显示在屏幕的对应位置上，然后以它们为

40、起块的头一行（或头一列）显示在屏幕的对应位置上，然后以它们为起始，分别向下扫描（或向右扫描）直至图像全部显示完成。始，分别向下扫描（或向右扫描）直至图像全部显示完成。 （a a）百叶窗自左向右）百叶窗自左向右 （b b）百叶窗自上而下）百叶窗自上而下 36图像的特效显示图像的特效显示n马赛克效果马赛克效果 马赛克显示是图像被分成许多小区域，小区域以杂乱无章的顺序显马赛克显示是图像被分成许多小区域，小区域以杂乱无章的顺序显 示在屏幕上。其编程思想是，先将图像分成大小相同的小区域，计算示在屏幕上。其编程思想是，先将图像分成大小相同的小区域，计算出每一块区域的首地址，并记录下来。设置一个随机数，用来

41、产生随出每一块区域的首地址，并记录下来。设置一个随机数，用来产生随机显示区域的次序，每获得一个随机区域，就根据其首址显示这块区机显示区域的次序，每获得一个随机区域，就根据其首址显示这块区域的图像，直至所有的区域都至少显示一次。域的图像，直至所有的区域都至少显示一次。 马赛克显示效果图马赛克显示效果图37第三章第三章 图像的几何变换图像的几何变换n3.1 3.1 图像的平移图像的平移n3.2 3.2 图像的镜像变换图像的镜像变换n3.3 3.3 图像的缩放图像的缩放n3.4 3.4 图像的转置图像的转置n3.5 3.5 图像的旋转图像的旋转383.1 3.1 图像的平移图像的平移n图像平移（图像

42、平移（translationtranslation）是将图像中所有的点都按照指定的平移量水）是将图像中所有的点都按照指定的平移量水平、垂直移动。设初始坐标为（平、垂直移动。设初始坐标为（x0,y0 x0,y0）的点经过平移（）的点经过平移（tx.tytx.ty）后，）后，则点则点(x0,y0)(x0,y0)坐标变为坐标变为(x1,y1), (x1,y1), 如图所示。如图所示。坐标原点坐标原点 txtx X X tyty (x1,y1)(x1,y1) Y Y (x0,y0)(x0,y0) 像素平移示意图像素平移示意图 显然（显然（x0,y0 x0,y0）和（）和（x1,y1x1,y1）的关系如

43、下：）的关系如下：x1=x0+tx x1=x0+tx y1=y0+tyy1=y0+ty393.2 3.2 图像的镜像变换图像的镜像变换n 图像的镜像变换分为两种：一种是水平镜像，另一种是垂直镜像。图像的镜像变换分为两种：一种是水平镜像，另一种是垂直镜像。图像的水平镜像操作是以原图像的垂直中轴线为中心，将图像分为左图像的水平镜像操作是以原图像的垂直中轴线为中心，将图像分为左右两部分进行对称变换；图像的垂直镜像操作是以原图像的水平中轴右两部分进行对称变换；图像的垂直镜像操作是以原图像的水平中轴线为中心，将图像分为上下两部分进行对称变换。镜像变换后图的高线为中心，将图像分为上下两部分进行对称变换。镜

44、像变换后图的高和宽都不变。和宽都不变。 设图像高度为设图像高度为HeightHeight，宽度为，宽度为WidthWidth，原图中的，原图中的(x0,y0)(x0,y0)经过水平镜经过水平镜像后坐标将变成（像后坐标将变成（Width-x0,y0Width-x0,y0），即：），即： x1=Width-x0 x1=Width-x0 y1=y0 y1=y0 同样，（同样，（x0,y0 x0,y0）经过垂直镜像后坐标将变成为（）经过垂直镜像后坐标将变成为（x0,Height-y0 x0,Height-y0），），即：即： x1=x0 x1=x0 y1=Height-y0 y1=Height-y04

45、03.2 3.2 图像的镜像变换图像的镜像变换n效果对比图效果对比图 (a) (a)原图原图 (b)(b)水平镜像处理效果图水平镜像处理效果图 (c)(c)垂直镜像处理效果图垂直镜像处理效果图 镜像处理镜像处理413.3 3.3 图像的缩放图像的缩放n假设图像假设图像X X轴方向缩放比率是轴方向缩放比率是kxkx，Y Y轴方向缩放比率是轴方向缩放比率是kyky，那么原图中，那么原图中点（点（x0,y0 x0,y0）对应与新图中的点（）对应与新图中的点（x1,y1x1,y1）为：）为： x1=x0 x1=x0* *kxkx y1=y0 y1=y0* *kyky （1 1）kx1kx1且且ky1k

46、y1时，原图像被放大。由于放大图像时产生了新的像素，时，原图像被放大。由于放大图像时产生了新的像素，可通过插值算法来近似处理。当可通过插值算法来近似处理。当kx=ky=2kx=ky=2时，图像放大时，图像放大2 2倍，原图中的倍，原图中的某一个像素，对应新图的某一个像素，对应新图的4 4个像素。如图所示：个像素。如图所示： （a a）原图中的某一个像素）原图中的某一个像素 （b b）对应新图的）对应新图的4 4个像素个像素 423.3 3.3 图像的缩放图像的缩放n（2 2）当）当kx1kx1且且ky1ky1时，原图像被缩小。例如，当时，原图像被缩小。例如，当kx=ky=0.5kx=ky=0.

47、5时，图像时，图像被缩到一半大小，原图中被缩到一半大小，原图中4 4个像素对应新图中的一个像素。此时缩小后个像素对应新图中的一个像素。此时缩小后的图像中的（的图像中的（0 0，0 0）像素对应于原图中的（）像素对应于原图中的（0 0，0 0）、（）、（0 0，1 1）、（）、（1 1，0 0）、（）、（1 1，1 1）像素；以此类推。在原图基础上，每行隔一个像素取一）像素；以此类推。在原图基础上，每行隔一个像素取一点，每割一行进行操作。如图所示：点，每割一行进行操作。如图所示： （a a）原图中的某）原图中的某4 4个像素个像素 （b b）对应新图的）对应新图的1 1个像素个像素 图像缩小示意

48、图图像缩小示意图433.3 3.3 图像的缩放图像的缩放n效果对比图效果对比图 （a a）原图）原图 （b b）长宽缩小）长宽缩小0.50.5倍的效果图倍的效果图 （c c）长宽各放大）长宽各放大2 2倍的效果图倍的效果图 443.4 3.4 图像的转置图像的转置n图像的转置（图像的转置（TransposeTranspose）操作是将图像像素的）操作是将图像像素的x x坐标和坐标和y y坐标互换。该坐标互换。该操作将改变图像的高度和宽度，转置后图像的高度和宽度将互换。操作将改变图像的高度和宽度，转置后图像的高度和宽度将互换。 即即 x1=y0 x1=y0 y1=x0 y1=x0 效果对比图：效

49、果对比图：图像转置图像转置453.5 3.5 图像的旋转图像的旋转n图像的旋转必须指明图像绕着什么旋转。一般图像的旋转是以图像的中图像的旋转必须指明图像绕着什么旋转。一般图像的旋转是以图像的中心为原点，旋转一定的角度。旋转后，图像的大小一般会改变。和图像心为原点，旋转一定的角度。旋转后，图像的大小一般会改变。和图像平移一样，我们既可以把转出显示区域的图像截去，也可以扩大图像范平移一样，我们既可以把转出显示区域的图像截去，也可以扩大图像范围以显示所有的图像。围以显示所有的图像。 如下图，点（如下图，点（x0,y0 x0,y0）经过旋转）经过旋转度后坐标变成（度后坐标变成（x1,y1x1,y1）。

50、）。 y y（x0,y0 x0,y0）(x1,y1)(x1,y1) x xO O图像旋转示意图图像旋转示意图在旋转前：在旋转前：x0=cos()x0=cos()y0=sin()y0=sin()旋转后：旋转后： x1=cos(-)=cos()cos()+sin()sin()=x0cos()+y0sin()y1=sin(-)=sin()cos()-cos()sin()=-x0sin()+y0cos()463.5 3.5 图像的旋转图像的旋转（a a）原图）原图 （b b）旋转）旋转4545的效果图的效果图 旋转处理图旋转处理图 47第四章第四章 图像灰度变换图像灰度变换n4.1 4.1 灰度变换的

51、基本方法灰度变换的基本方法n4.2 4.2 二值化和阈值处理二值化和阈值处理n4.3 4.3 灰度的线性变换灰度的线性变换n4.4 4.4 窗口灰度变换处理窗口灰度变换处理n4.5 4.5 分段线性变换分段线性变换n4.6 4.6 灰度直方图灰度直方图484.1 4.1 灰度变换的基本方法灰度变换的基本方法n 灰度变换是指根据某种目标条件按一定变换关系逐点改变原图像灰度变换是指根据某种目标条件按一定变换关系逐点改变原图像中每一个像素灰度值的方法。设原图像像素的灰度值中每一个像素灰度值的方法。设原图像像素的灰度值D=fD=f（x x，y y）, ,处处理后图像像素的灰度值理后图像像素的灰度值D=

52、g(x,y)D=g(x,y)，则灰度增强可表示为：，则灰度增强可表示为： g(x,y)=Tfg(x,y)=Tf（x x，y) y) 或或 D= T(D)D= T(D) 函数函数T(D)称为灰度变换函数，它描述了输入灰度值和输出灰度值之称为灰度变换函数，它描述了输入灰度值和输出灰度值之间的转换关系。一旦灰度变换函数确定，则确定了一个具体的灰度增间的转换关系。一旦灰度变换函数确定，则确定了一个具体的灰度增强方法。强方法。 灰度变换主要针对独立的像素点进行处理，通过改变原始图像数据灰度变换主要针对独立的像素点进行处理，通过改变原始图像数据所占据的灰度范围而使图像在视觉上得到良好的改观，没有利用像素所

53、占据的灰度范围而使图像在视觉上得到良好的改观，没有利用像素点之间的相互空间关系。点之间的相互空间关系。 根据根据 ，可以将灰度变换分为线性变换和非线性变换。，可以将灰度变换分为线性变换和非线性变换。494.2 4.2 二值化和阈值处理二值化和阈值处理n非零元素取一法非零元素取一法n固定阀值法固定阀值法n双固定阀值法双固定阀值法50非零元素取一法非零元素取一法n 非零元素取一法是最基础的二值化算法。非非零元素取一法是最基础的二值化算法。非0 0取取1 1就是对于灰度图像就是对于灰度图像f f，若某像素灰度值为若某像素灰度值为0 0，则其灰度值不变，仍为零；对于灰度值不为零的，则其灰度值不变，仍为

54、零；对于灰度值不为零的像素，将其像素值全部变为像素，将其像素值全部变为255255。非零元素取一法的阈值。非零元素取一法的阈值T=1T=1。 非零元素取一法的变换函数表达式如下：非零元素取一法的变换函数表达式如下：f(x)=f(x)= 0 x10 x1x1 255255 255255 g g0 1 255 f0 1 255 f 非零元素取一法灰度变换函数非零元素取一法灰度变换函数 51固定阀值法固定阀值法 1.1.理论基础理论基础n固定阀值法就是为灰度图像固定阀值法就是为灰度图像f f设定一个阀值设定一个阀值T T，把灰度值小于给定阈值，把灰度值小于给定阈值T T的像素置为的像素置为0 0，大

55、于阈值，大于阈值T T的像素置为的像素置为255255，从而对灰度图像实现二值化，从而对灰度图像实现二值化变换。变换。 固定阀值法的变换函数表达式如下：固定阀值法的变换函数表达式如下：f(x)=f(x)= 0 xT0 xTxT255255其中其中T T为指定的阈值。为指定的阈值。g g255255 f f255255 0 T0 T 固定阀值法灰度变换函数固定阀值法灰度变换函数52固定阀值法固定阀值法 2. 2.效果对比图效果对比图 (a) (a) 原图原图 (b) (b) 以以100100作为阈值二值化的图作为阈值二值化的图53双固定阀值法双固定阀值法n 双固定阀值法预先设置了两个阀值双固定阀

56、值法预先设置了两个阀值T1T1和和T2T2，T1T2T1T2，当对图像进行处，当对图像进行处理时，如果某个像素的灰度值小于理时，如果某个像素的灰度值小于T1T1则置则置0 0（或者（或者255255）；如果大于）；如果大于T1T1并且小于并且小于T2T2时，则置时，则置255255（或者置（或者置0 0）；如果大于）；如果大于T2T2时，则置时，则置0 0（或者（或者255255）。）。 0-255-00-255-0型固定阀值法的变换函数表达式如下：型固定阀值法的变换函数表达式如下： 0 xT10 x T2T2 其中其中T1T1、T2T2为指定的阈值。为指定的阈值。 g g 255 255 2

57、55 255 0 T1 T2 255 f 0 T1 T2 255 f 0 T1 T2 255 f0 T1 T2 255 f (a)0-255-0 (a)0-255-0型灰度变换函数型灰度变换函数 (b)255-0-255(b)255-0-255型灰度变换函数型灰度变换函数 255 T1xT2255 T1x1时，输出图像的对比度将增大；时，输出图像的对比度将增大； 当当a1a1时，输出图像的对比度将减小；时，输出图像的对比度将减小； 当当a=1a=1且且b b不等于不等于0 0时，使所有图像的灰度值上移或下移，其效果是使整个图像更暗或更亮；时，使所有图像的灰度值上移或下移，其效果是使整个图像更暗

58、或更亮； 当当a=1a=1，b=0b=0时，输出图像和输入图像相同；时，输出图像和输入图像相同； 当当a=-1a=-1，b=255b=255时，输出图像的灰度正好反转；时，输出图像的灰度正好反转； 当当a0a0b0时，暗区域将变亮，亮区域将变暗，点运算完成了图像求补运算。时，暗区域将变亮，亮区域将变暗，点运算完成了图像求补运算。 574.3 4.3 灰度的线性变换灰度的线性变换n效果图效果图 反色变换处理结果图反色变换处理结果图584.4 4.4 窗口灰度变换处理窗口灰度变换处理n当图像中大部分像素的灰度级在当图像中大部分像素的灰度级在L,UL,U范围内，少部分像素分布在小于范围内，少部分像素

59、分布在小于L L和大于和大于U U的区间内时，可用两端的区间内时，可用两端“截取式截取式”的变换使小于灰度级的变换使小于灰度级L L和大和大于等于灰度级于等于灰度级U U的像素强行压缩为的像素强行压缩为0 0和和255255。这种变换叫灰度的窗口变换。这种变换叫灰度的窗口变换。灰度的窗口变换也是一种常见的点运算。它限定一个窗口范围，该窗灰度的窗口变换也是一种常见的点运算。它限定一个窗口范围，该窗口中的灰度值保持不变；小于该窗口下限的灰度值直接设置为口中的灰度值保持不变；小于该窗口下限的灰度值直接设置为0 0；大于；大于该窗口上限的灰度值直接设置为该窗口上限的灰度值直接设置为255255。窗口灰

60、度变换处理结合了双固定。窗口灰度变换处理结合了双固定阀值法，与其不同之处在于窗口内的灰度值保持不变。阀值法，与其不同之处在于窗口内的灰度值保持不变。灰度窗口变换的变换函数表达式如下：灰度窗口变换的变换函数表达式如下： 0 x L0 x U 255 x U 式中式中L L表示窗口的下限，表示窗口的下限，U U表示窗口的上限。表示窗口的上限。 594.4 4.4 窗口灰度变换处理窗口灰度变换处理 效果对比图效果对比图 (a) (a) 改变窗口变换参数改变窗口变换参数 （b b）窗口变换效果图）窗口变换效果图604.5 4.5 分段线性变换分段线性变换n 1 1理论基础理论基础将图像灰度区间分成两段