数字图像处理PPT 第2章 图像获取

1DigitalImageProcessing

数字图像处理2第二章图像获取32.1概述4图像景物成像系统采样图像采样子系统数字图像量化器图2.1图像采集系统

52.2连续图像模型6连续图像的表达式代表像源的空间辐射能量分布

标准观察者对图像光函数的亮度响应——光场的瞬时光亮度计量相对光效函数，即人视觉的光谱响应

7蓝基色组的光谱三刺激值绿基色组的光谱三刺激值红基色组的光谱三刺激值连续图像的表达式标准观察者对图像的色响应82.4图像数字化

9采样量化数字图像的表示采样、量化参数与数字化图像的关系数字化设备图像数字化的两个具体过程：采样：空间上的离散化量化：灰度上的离散化10采样定理冲激串采样采样周期T采样频率采样函数11采样定理采样定理12图像采样空间采样函数空间采样频率空间采样函数13图像采样空间采样函数14图像采样采样后图像15图像采样二维采样定理奈奎斯特准则2.4图像数字化

一.图像的采样定义：空间坐标(x,y)的数字化被称为图像采样结果：确定水平和垂直方向上的像素个数M、N位图图像●图像由基本显示单元“像素”构成图像像点8bit(28=256色)16bit(216=65536色)24bit(224=16M色)●8位图像●16位图像●24位图像●

二进制位与图像之间存在严格的“位映射”关系●

像素由若干个二进制位进行描述●

二进制位代表图像颜色的数量●

具有位映射关系的图叫作“位图”●

“位图”特指图像●

Resolution(分辨率)单位图像分辨率●dpi的数值越大，图像越清晰dpi(displaypixels/inch)每英寸显示的线数300dpi96dpi21dpidpi视觉效果清晰度绝对清晰度2.4图像数字化

二.图像的量化定义：将像素灰度转换成离散的整数值的过程结果：将f映射到Z的处理Z的最大取值，确定像素的灰度级数G=2m，如256连续信号（采样、量化）——数字信号2.4图像数字化

三.数字图像的表示数字图像中的每一个像素对应于矩阵中相应的元素图像运算－－－矩阵运算2.4图像数字化

2.4图像数字化

四.采样、量化参数与数字化图像间的关系数字化方式：均匀采样、量化非均匀采样、量化所谓“均匀”，指的是采样、量化为等间隔。所谓“非均匀”，指的是采样、量化为非等间隔2.4图像数字化

四.采样、量化参数与数字化图像间的关系非均匀的图像采样在灰度级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平滑的区域，用粗糙的采样2.4图像数字化

四.采样、量化参数与数字化图像间的关系非均匀的图像量化在边界附近使用较少的灰度级。剩余的灰度级可用于灰度级变化比较平滑的区域避免或减少由于量化的太粗糙，在灰度级变化比较平滑的区域出现假轮廓的现象图像数字化一般采用均匀采样和均匀量化方式25图像采样自适应采样均匀采样，即上述讨论的等间隔采样。当对采样点数目有所限制时，比如说N×N个采样点，此时可以根据图像的特性采用自适应采样方案，有可能获得更好的效果。

自适应采样方案的基本思想是：在图像函数值变化较大的区域采用精细的采样，在相对平滑的区域采用粗糙的采样。这种自适应采样方案又称为非均匀采样。

例如，一幅在均匀背景上叠加了一幢房屋的图像。显然，该图像的背景只有极少的细节信息，用粗糙的采样来表示已经足够。另一方面，图像上的房屋含有大量的细节信息，在该区域增加采样点就可以改善整体效果，特别是当N较小时尤其如此。2.4图像数字化

四.采样、量化参数与数字化图像间的关系2.4图像数字化

四.采样、量化参数与数字化图像间的关系2.4图像数字化

四.采样、量化参数与数字化图像间的关系2.4图像数字化

四.采样、量化参数与数字化图像间的关系

一般来说，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。

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，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。但在极少数情况下对固定图像大小时，减少灰度级能改善质量，产生这种情况的最可能原因是减少灰度级一般会增加图像的对比度。例如对细节比较丰富的图像数字化。

32空间分辨率256256

12812864643232图像空间分辨率变化的典型效果33灰度级分辨率

L=16

L=8L=4L=2图像灰度分辨率变化的典型效果图像的质量1.平均亮度

2.对比度是指一幅图象中灰度反差的大小。对比度=最大亮度/最小亮度3.清晰度由图像边缘灰度变化的速度来描述。4.分解力或分辨率2.4图像数字化

五.数字化设备采样孔（Samplingaperture）图像扫描机构光传感器量化器输出存储体数字化器的类型很多，目前用得较多的图像数字化设备有扫描仪、数码相机和数码摄像机。2.4图像数字化

数字照相机镜头、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微处理器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡（可移动存储器）和接口（计算机接口、电视机接口）等部分组成

2.4图像数字化

数字照相机CompactFlash存储卡MemoryStick

PCMCIA存储设备

2.4图像数字化

扫描仪常见分辨率●平板扫描仪：1200dpi●底片扫描仪

4800dpi●

印刷图片普通：300dpi

高精度：600dpi●显示器：96dpi●

显示用图片：96dpi●

动画、视频：96dpi●喷墨打印机：720～2880dpi●激光打印机：600~1200dpi2.4图像数字化

数字化设备的性能评价项目内容空间分辨率单位尺寸能够采样的像素数。由采样孔径与间距的大小和可变范围决定灰（色）度分辨率量化为多少等级（位深度），颜色数（色深度）图像大小仪器允许扫描的最大图幅量测特征数字化器所测量和量化的实际物理参数及精度扫描速度采样数据的传输速度噪声数字化器的噪声水平（应当使噪声小于图像内的反差）其他黑白/彩色，价格，操作性能等422.5数字图像的基本概念

43数字图像的表示M和N为正整数矩阵中的每个元素称为图像单元，又称为图像元素，或简称像素

44数字图像的表示(1)二进制图像在一幅二进制图像中，每一个像素将取两个离散数值（0或1）中的一个。二进制图像使用uint8或双精度类型的数组来存储。(2)索引图像索引图像是一种把像素直接作为RGB调色板下标的图像。在MATLAB中，索引图像包含一个数据矩阵X和一个颜色映射（调色板）矩阵map。数据矩阵可以是unit8、unit16或双精度类型的。颜色映射矩阵map是一个m3的数据阵列，其中每个元素的值均为[0,1]之间的双精度浮点型数据，map矩阵中的每一行分别表示红色、绿色和蓝色的颜色值。索引图像可把像素的值直接映射为调色板数值，每个像素的颜色通过使用X的像素值作为map的下标来获得，如值1指向map的第一行，值2指向第二行，以此类推。MATLAB图像类型45数字图像的表示(3)灰度图像灰度图像通常由一个unit8、unit16或双精度类型的数组来描述，其实质是一个数据矩阵I，如式(2.6.1)。该矩阵中的数据均代表了在一定范围内的灰度级，每一个元素对应于图像的一个像素点，通常0代表黑色，1、255或65535（针对不同的存储类型）代表白色。(4)多帧图像多帧图像是一种包含多幅图像或帧的图像文件，又称为多页图像或图像序列，主要用于需要对时间或场景上相关图像集合进行操作的场合。例如，磁谐振图像切片或电影帧等。在MATLAB中，它是一个四维数组，其中第四维用来指定帧的序号。MATLAB图像类型46数字图像的表示(5)RGB图像RGB图像又称为真彩图像，它是利用R、G、B三个分量表示一个像素的颜色，R、G、B分别代表红、绿、蓝三种不同的基本颜色，通过三基色可以合成出任意颜色。所以对一个尺寸为MN的真彩图像来说，在MATLAB中则存储为一个MN3的多维数据矩阵。RGB图像不使用调色板，每一个像素的颜色直接由存储在相应位置的红、绿、蓝颜色分量的组合来确定。每个像素的三个颜色分量都存储在矩阵的第三维中，如坐标(16,36)处的红、绿、蓝颜色值分别保存在元素(16,36,2)、(16,36,4)和(16,36,6)中。MATLAB图像类型47象素间的基本关系邻域N4(p)——象素(x,y)的4邻域(x+1,y)，(x-1,y)，(x,y+1)，(x,y-1)ND(p)——象素(x,y)的对角邻域(x+1,y+1)，(x+1,y-1)，(x-1,y+1)，(x-1,y-1)N8(p)——象素(x,y)的8邻域

N4(p)+ND(p)48象素间的基本关系连通性V是用于定义连接性的灰度值集合在二值图像中，如果把具有1值的像素归入连接的，则V=｛1｝

4连接：2个像素p和r在V中取值，且r在N4(p)中，则它们为4连接；8连接：2个像素p和r在V中取值，且r在N8(p)中，则它们为8连接；49象素间的基本关系连通性从具有坐标(x,y)的像素p到具有坐标(s,t)的像素q的通路（或曲线）是特定像素序列，其坐标为(x0,y0)，(x1,y1)