图像处理基础知识1PPT教案

1、图像处理基础知识图像处理基础知识1第2页/共62页第1页/共62页.逐行扫描采样量化数字化像素对应扫描线的行扫描行像素灰度整数值扫描仪的图像数字化过程原理图 第3页/共62页第2页/共62页第4页/共62页第3页/共62页第5页/共62页第4页/共62页,fx yfx yx yfx yAfx y模拟图像的数学模型是一个二元函数，的函数值是能量的记录，是非负有界的实数，同时，一幅实际图像的尺寸是有限的，一般定义在某一矩形域中模拟图像数字化后得到数字图像。数字图像的数学模型仍用二元函数来表示，但此时的坐标值和函数值是离散的，是整数值 0第6页/共62页第5页/共62页图像的数字化图像的数字化 一般

2、的图像（即模拟图像）是不能直接用数字计算机来处理的。为使图像能在数字计算机内进行处理，首先必须将各类图像（如照片，图形，X光照片等等）转化为数字图像。 所谓将图像转化为数字图像或图像数字化，就是把图像分割成如图所示的称为象素的小区域每个象素的亮度或灰度值用一个整数来表示。 把图像分割成象素的方法可以是多种多样的，如图所示。即每个象素所占小区域可以是正方形的，六角形的或三角形的。与之相对应的象素所构成的点阵则分别为正方形网格点阵、正三角形网格与正六角形点阵。上述各象素分割方案中，正方形网格点阵是实际常用的。 对一个正方形点阵，若任一象素沿水平与垂直方向上与相邻象素间距为1，则该象素沿斜线方向上的

3、间距为1.414.第7页/共62页第6页/共62页图像数字化第8页/共62页第7页/共62页第9页/共62页第8页/共62页(0,0)(0,1)( , )(1,0)(1,1)nTffnf x yf nf nn抽样T连续信号（抽样、量化）数字信号xy(0,0)第10页/共62页第9页/共62页 采样点阵：正方形、正三角0( ,)fx y 第11页/共62页第10页/共62页oxyyx( , )(,)( , )( , ) ( , )smns x yxm x yn yf x yf x y s x y 2.1.2 数字化原理1122ccxyuv采样间隔满足条件和，此时模拟图像的采样结果可以精确地，无失

4、真地重建原图像3. 采样定理第12页/共62页第11页/共62页 采样（Sampling）:是对图像空间坐标的离散化， 它决定了图像的空间分辨率。 用一个网格把待处理的图像覆盖，然后把每一小格上模拟图像的各个亮度取平均值，作为该小方格中点的值。 采样行采样列像素行间隔采样间隔图像的采样图像的采样2.1.2 数字化原理第13页/共62页第12页/共62页对一幅图像采样时，若每行（即横向）像素为N个，每列（即纵向）像素为M个，则图像大小为MN个像素，从而f(x,y)构成一个MN实数矩阵： ) 1, 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()

5、0 , 0(),(NMfMfNfffNfffyxf 每个元素为图像f(x,y)的离散采样值，称之为像元或像素。 第14页/共62页第13页/共62页均匀采样均匀采样非均匀采样非均匀采样第15页/共62页第14页/共62页12345624681012SamplingandQuantizationExample量化(信号测量的精度)采样 第16页/共62页第15页/共62页(a) 量化量化 (b) 量化为量化为8 bit量化示意图量化示意图第17页/共62页第16页/共62页第18页/共62页第17页/共62页(a) 256(a) 256级灰度图象级灰度图象 ( (b) b) 子图子图 ( (c)

6、 c) 子图对应的量化数据子图对应的量化数据 图像量化实例图像量化实例第19页/共62页第18页/共62页图像量化实例图像量化实例第20页/共62页第19页/共62页T量化和采样是两个不同的概念，量化是在每个采样 点上进行的，所以必须先采样后量化。T量化和采样是图像数字化的不可或缺的两个操作， 二者紧密相关，同时完成。2.1.2 数字化原理5. 采样和量化的关系,f x yf x y采样 空间离散的像素矩阵量化 对信号的幅度进行离散分层的过程第21页/共62页第20页/共62页第22页/共62页第21页/共62页222128 128 698304 (12)512 512 82097152 (2

7、56)mnkkMNGMNGNNGGkBMNK 图像尺寸每个像素所具有的离散灰度级数（不同灰度值的个数） =2点采样，每点灰度级 级，占 位。存一幅图像所需的位数（bit）、 第23页/共62页第22页/共62页NNkNkNkkNkNkN总数据量位二进制数据当总存储容量一定时， 与 怎么分配效果才最佳？解：无一般方法，取决于具体图像。当纹理细节多时 大， 小。当层次要求多时，则 大， 小。例如：人头像要照顾层次？ 大， 小（频带窄平滑，采样间隔可大）。群众场面纹理丰富？ 小， 大（频带宽，采样间隔要小，不丢细节）。第24页/共62页第23页/共62页T非均匀采样和量化细节部分，分配较多的采样灰度

8、突变部分，可用较少的灰度级数第25页/共62页第24页/共62页High Frequency ImageLow Frequency Image第26页/共62页第25页/共62页High Frequency ImageLow Frequency Image第27页/共62页第26页/共62页灰度图像：单色，一元组彩色图像：RGB三色，三元组第28页/共62页第27页/共62页 数字图像数字图像图像（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：mM2nN2kG2kNkNMb2) 1, 1() 1 , 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1

9、 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()0 , 0(),(MNfNfNfMfffMfffyxf 一幅数字化后的图像其总数据量是： 每行象素数（M）每列象素数（N）灰度量所占用位数(Bits)。几种常用的图像大小如下： 汉字：取决于字的大小，每个字可以从1616到256256象素； 显微镜图像：256256或512512象素； 电视图像：500700480象素； 卫星图像：（单波殷）32402340象素； CRT显示器：一般640480或10241024象素，20482048象素等第29页/共62页第28页/共62页图像空间分辨率变化所产生的效果图像空间分辨率变化所产生的效果图像幅度

10、分辨率变化所产生的效果图像幅度分辨率变化所产生的效果空间和幅度分辨率同时变化所产生的效果空间和幅度分辨率同时变化所产生的效果第30页/共62页第29页/共62页空间分辨率空间分辨率210 x 250105 x 12570 x 8352 x 6242 x 50所有图片均是 256灰度级第31页/共62页第30页/共62页灰度级灰度级2563216842图片大小为 210 x 250第32页/共62页第31页/共62页 ( (a) a) 采样点采样点256256256256时的图像时的图像 ( (b) b) 采样点采样点64646464时的图像时的图像( (c) c) 采样点采样点323232 2

11、时的图像时的图像( (d) d) 采样点采样点161616 6时的图像时的图像 采样点数与图像质量之间的关系采样点数与图像质量之间的关系第33页/共62页第32页/共62页( (a) a) 量化为量化为2 2级的级的LenaLena图像图像 ( (b) b) 量化为量化为1616级的级的LenaLena图像图像( (c) c) 量化为量化为256256级的级的LenaLena图像图像 量化级数与图像质量之间的关系量化级数与图像质量之间的关系第34页/共62页第33页/共62页第35页/共62页第34页/共62页第36页/共62页第35页/共62页 第37页/共62页第36页/共62页2.2.1

12、 图像模式第38页/共62页第37页/共62页第39页/共62页第38页/共62页2.2.1 图像模式第40页/共62页第39页/共62页第41页/共62页第40页/共62页第42页/共62页第41页/共62页 R G B R G BLrgbrgbL、为其 中 ，彩 色 光的 三 基 色 分 量 或百 分 比 。LRGB加色系统第43页/共62页第42页/共62页2.2.2 彩色空间第44页/共62页第43页/共62页第45页/共62页第44页/共62页 以品红、青、黄(Cyan,Magenta,Yellow)作为三基色所构成的颜色模型也是一种常用的颜色表示系统。它是一种减色系统。CMY减色系

13、统和RGB加色系统颜色互为补色。所谓某颜色的补色是从白色中减去这种颜色后所得的颜色。品红是绿色的补色，青色是红色的补色，黄色是蓝色的补色。即相加系统的补色就是相减系统的基色(R+G=黄，G+B=青，R+B=品红）。下图示出了CMY和RGB的关系。减法系统第46页/共62页第45页/共62页 与彩色光栅显示器RGB三支电子枪轰击屏幕荧光粉组合光颜色不同，打印机和绘图仪之类的硬拷贝设备是通过往纸上涂颜料来生成彩色图片。我们通过反射光来看见颜色，这是一种减色处理。正如白色光经过品红色物体表面的反射或透射后，光谱中绿色部分被吸收和减去，人们看到物体呈现品红色，是一个减色过程。摄影的滤光镜也是利用这一原

14、理。打印、绘图、印刷、胶卷以及非发光显示器等反射体通常采用CMY减色系统。 使用CMY减色系统的打印处理通过四个墨点的集合来产生颜色点。三种基色（品红、青和黄）各使用一点，黑色也使用一点。因为品红色、青色和黄色墨水的混合通常生成深灰色而不是黑色，所以黑色单独包括在其中，使颜色效果更好。通过三种基色的墨水相互混合，产生不同颜色的组合。加上黑墨水后的颜色系统也称为CMYB模型。第47页/共62页第46页/共62页第48页/共62页第47页/共62页RGB到到HIS模型的转换模型的转换.,2;, ,)()()()(5 . 0cos);,min(31 ; 3/ )(21BGBGHBGBRGRBRGRB

15、GRISBGRI第49页/共62页第48页/共62页N 列 行2.2.3 图像存储的数据结构MMN) 1, 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()0 , 0(),(NMfMfNfffNfffyxf第50页/共62页第49页/共62页1）按扫描行存储红 绿 蓝 第1行2）按各个像素存储 红 绿 蓝 （1，1）（1，2）2.多波段图像数据结合结构第51页/共62页第50页/共62页第52页/共62页第51页/共62页第53页/共62页第52页/共62页第54页/共62页第53页/共62页2.3 图像文件格式第55页/共62页第54页/共

16、62页第56页/共62页第55页/共62页211211 ( , )( , ) ( , )JKjkJKjkf j kf j kNMSEf j k1 1 1 111111 1 1 11221( , ) ( , )1 1 1 112211 1 1 11111f j kf j kNMSE第57页/共62页第56页/共62页T等效信噪比 21121() ( , )( , ) JKjkfj kfj kJKPMSEA1010log ()PSNRPMSE PSNRPMSEf(j,k)被变换的图像场，Af(j,k )的最大值第58页/共62页第57页/共62页T 图像质量评价的研究是图像信息工程的基本技术之一。 光电变换传输处理记录其他变换T图像增强：就是为了改善图像的主观视觉显示质量 T图像复原：是用于补偿图像的降质，使复原后的图像接近原像 T图像编码技术 :在保持被编码图像一定质量的前提下， 以尽量少的码字来表示图像，以节省信道和储存器容量2.4.2 图像质量的主观评价第59页/共62页第58页/共62页图像可懂度（Intelligibility) 表示图像能向 人或机器提供信息的能力2.4.2