数字图像处理第一章

1、山东工商学院计算机学院 数字图像处理技术实践姓名：赵峰Email：第一章：概 述主要介绍一下数字图像的概念、研究范畴及基本的术语等数字图像处理的概念数字图像处理的主要内容数字图像处理的应用数字图像的获取（图像数字化）数字图像的分类数字图像的文件格式像素间的基本关系1.1 数字图像处理的概念 图像 人类视觉上能够感觉到的信息，都可以称为图像。如照片、画、影视、光学成像、电信号图 图像包含的内容 -视频、图形、动图、符号与文字 数字图像 一幅图像可以定义为二维函数 f(x,y)。其中x,y是空间坐标，f(x,y)幅值称为强度或者灰度，如果空间离散，幅值离散，则称该图像为数字图像 像素1841691

2、80175169172183181167172186187169175185185像素 数字图像处理（ Digital Image Processing ）借用计算机对数字图像进行处理，称为数字图像处理。图像采集系统计算机图像输出设备模拟图像数字图像处理系统图像数字化数字图像处理处理结果输出 初级处理：输入输出都是图像，如降噪、对比度增强和图像尖锐化。 中级处理：分割、检测、特征提取等，输入是图像，输出是图像特征。 高级处理：对图像里各目标的性质和它们之间相互关系的研究，了解把握图像内容， 解释客观场景， 指导和规划行为。 图像处理技术的层次图像理解图像分析图像处理符号目标像素高层中层底层语义

3、操作对象抽象程度数据量低高大小图像处理层次图1.2 图像处理的主要内容图像获取、表示图像复原图像增强图像分割图像分析内容图像重建压缩编码图像理解图像识别1.3 图像处理的应用 遥感航天中的应用 生物医学中的应用 工业应用 军事公安领域中的应用 其它应用医学领域：X射线、胃镜、造影(a)胎儿 (b)胎儿另一侧 (c)甲状腺 (d)肌肉层有损害 计算机视觉 地理信息系统西藏东南山区航天器拍摄的雷达图像可见光与红外波段成像地震模型横截面图像，箭头指示碳氢化合物 交通领域指纹识别 军事应用其他应用数字化一幅图像1.4 图像数字化采样：数字化坐标值量化：数字化幅度值采样与量化对图像的影响？采样对图像的影

4、响(对空间的离散化)3232采样对图像的影响1616采样对图像的影响88采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应；采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。采样对图像的影响图 不同采样点数对图像质量的影响 （a）(256256)；（b）(128128)；（c） (6464)； （d）(3232)； （e）(1616)； （f） (88) 量化对图像的影响(对函数值的离散化)256个灰度值 量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨率高，图像质量好，但数据量大； 量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，会出现假轮

5、廓现象，图像质量变差，但数据量小。量化对图像的影响（a） (256色)； （b） (64色)； （c） (32色)； （d） (16色)； （e） (4色)； （f） (2色) 分辨率空间分辨率：是指每英寸图像含有多少个点或像素. -分辨率的单位为dpi。例如，250 dpi表示的就是该图像每英寸含有250个点或像素。-它和采样间隔紧密相关.灰度级分辨率：是指图像灰度变化的层次.-它和量化层次密切相关 对一幅图像采样时，若每行（即横向）像素为M个，每列（即纵向）像素为N个，则图像大小为MN个像素。图像大小 图像数据量：像素点总数像素点所需字节数 -如分辨率640480，图像深度为8位，数据量为

6、300K图像分为矢量图和位图主要讨论位图（BMP），它是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素具有颜色属性和位置属性。其可分为单色图像、灰度图像、伪彩色图像、真彩色图像。1.5 图像分类单色图像：单色图像中每个像素点仅占一位，其值只有0或1，0代表黑，1代表白或相反。灰度图像：像素灰度级用8 bit表示，所以每个像素都是介于黑色和白色之间的256（28=256）种灰度中的一种。真彩色图像：每一像素由RGB三个分量组成，每个分量各占8 bit ，取值范围为0255，每个像素24位。共1670万种不同的颜色。伪彩色图像：每一像素由RGB三个分量组成，每个分量小于8 bit ，图像有256种颜色，像素

7、值是图像颜色表的索引地址。伪彩色真彩色其他分类方式-运动分类：静态图像与动态图像-时空分类：二维图像和三维图像1.6 图像文件格式 数字图像有多种存储格式，每种格式一般由不同的开发商支持。如BMP、GIF、 JPEG、TIF等GIF（图像交换格式） 最适合显示色调不连续或具有大面积单一颜色图像，例如导航条、按钮、图表、徽征或其他具有同一色彩和色调的图像标准。JPEG（联合图像专家组标准） 用于摄影或连续色调图像的高级格式，因此JPEG可以包含数百万种颜色。PNG（可移植网络图形） 一种可以代替GIF格式的无专利权限制的格式，包括对索引色、灰度、真彩色图像以及Alpha透明通道的支持。GIFJP

8、EGPNG1.7 像素间的基本关系 什么是像素163163164161160162166162163162161161165164162162164162164164163164161162165163163164160160165165162161163162 像素 邻域1631631641611601621661621631621611611651641621621641621641641631641611621651631631641601601651651621611631621631631641611601621661621631621611611651641621621641621

9、641641631641611621651631631641601601651651621611631624-邻域(x-1,y-1)(x-1,y)(x-1,y+1)(x,y-1)P (x,y)(x,y+1)(x+1,y-1)(x+1,y)(x+1,y+1)8-邻域163163164161160162166162163162161161165164162162164162164164163164161162165163163164160160165165162161163162(x-1,y-1)(x-1,y)(x-1,y+1)(x,y-1)P (x,y)(x,y+1)(x+1,y-1)(x+1,

10、y)(x+1,y+1)(x-1,y-1)(x-1,y)(x-1,y+1)(x,y-1)P (x,y)(x,y+1)(x+1,y-1)(x+1,y)(x+1,y+1)边界像素的邻域怎么办？ 连通性两个像素连通的条件：相邻灰度值相近 四连接：当前像素为红，其四个近邻像素中至少有一个为红；四近邻定义：2个像素p和r满足: 灰度取值在V中r在 中 八连接：当前像素为红，其八个近邻像素中至少有一个为红。八近邻定义：2个像素p和r满足: 灰度取值在V中r在 中 m连接（混合连接）：当前像素为红，其八个近邻像素中满足下列条件。八近邻xxxxxxxx定义：2个像素p和r满足: 灰度取值在V中r在 中,或者 r

11、在 且 说明：混合连接的目的是消除8连接的二义性011010001令 ,试求中心像素的连接0110100014连接0110100018连接混合连接011010001通路：像素 的通路满足： n表示通路的长度，如果p=q,则为闭合通路0110100018通路0110100018通路m通路011010001 连通域将相互连在一起的红色像素的集合称为一个连通域。 四接连意义下为6个连通域。 八接连意义下为2个连通域。 距离的概念距离的定义：距离是描述像素间关系的基本参数，也是目标物几何特征和相似性的重要测度数字图像处理中，常用的距离度量有三种： 设一个像素点p，坐标为（m，n） ,另一个像素点q，坐

12、标为（i,，j） ,则有欧几里德距离：市区距离（4邻域距离）棋盘距离 （8邻域距离 ） 举例：分别计算下面两点的三类距离 欧几里德距离: 5 市区距离：7 棋盘距离:4 举例：求到中心点为距离为1、2、3的点。4邻域距离11011222222223323321233210123321233233 举例：求到中心点为距离为1、2、3的点。08邻域距离11110111122222211122101221112222223333333322222332111233210123321112332222233333333 关于图像数据量的说明： 图像数据量：像素点总数像素点所需字节数-例如：分辨率640480，图像深度为8位，数据量为300K说明： 计算机存储信息的最小单位，称之为位（bit，又称比特） 存储器中所包含存储单元的数量称为存储容量，其计量基本单位是