第二讲图像处理基础演示文稿

第二讲图像处理基础演示文稿当前1页，总共68页。优选第二讲图像处理基础当前2页，总共68页。人眼画面的组成视野：眼球不动时所能见到的范围把注视点作为中心可见的范围上方约65度下方约75度左右视角约为104度视力好的部位仅限于中央2~3度左右当前3页，总共68页。眼球视觉心理为了适应大的画面和立体景象的机理，眼球必须转动使视线移动。中心视力分辨率强，可以进行图像细节的认识。周边视力分辨率差，可以将视目标特征部分检出，利用检出的目标图像特征去控制眼球运动。另外周边视可以认识图像的全貌，而中心视只能认识图像的一小部分。要产生充分的临场感，画面尺寸应该产生30度以上视野。当前4页，总共68页。视觉的时空分辨率时间分辨力(视觉惰性)对亮度的响应有时延和残留，因而对景物亮度的变化也有分辨力，过快的变化无法分辨空间分辨力人眼对空间景物细节的分辨能力有限人眼对画面静止部分的分辨率高于活动部分，对静止部分减少时间分辨率，而对活动部分减少空间分辨率，可以达到数据压缩的效果走马灯，灯走马，灯熄马停步当前5页，总共68页。人眼的结构人眼的构造相当于一架摄像机或照相机。前面，是由角膜、晶状体、前房，后房、玻璃体所共同组成的具备镜头功能的组合，把物体发出的光线聚焦到后面的相当与胶卷的用于检测光线的视网膜上。

光—生物电成像系统当前6页，总共68页。视觉神经细胞当前7页，总共68页。视觉神经细胞1．视锥细胞与明视觉a．视锥细胞特性：包含感红，感绿，感蓝细胞主要感受颜色的差别，而对明暗的感觉比较低，对光的敏感性小，只有达到一定照度的情况下，视锥细胞才起作用。b．明视觉：指在光亮的条件下，由锥体细胞起作用的辩认物体细节和颜色的视觉。2．

视杆细胞与暗视觉a.

视杆细胞特性：感受物体的明暗，对光的敏感程度高，不能感受物体颜色的差别。b.

暗视觉：指视杆细胞的活动特性，可以在光线很暗的情况下工作，不能反映色光的差异。当前8页，总共68页。视觉神经细胞当前9页，总共68页。小节图像的视觉主观性视觉心理人眼的成像原理当前10页，总共68页。第二节颜色模型所以颜色都可看作3个基本颜色——红（R,red）、绿(G,green)和蓝(B,blue)的不同组合。国际照明委员会（CIE），1931年规定3种基本色的波长为R:700nm,G:546.1nm,B:435.8nm。当前11页，总共68页。三基色原理自然界中可见颜色都可以用三种基色按一定比例混合得到；反之，任意一种颜色都可以分解为三种基色；作为基色的三种颜色应该互相独立，即其中任何一种都不能用其他两种混合得到；三基色之间的比例直接决定混合色调的饱和度；混合色的亮度等于各基色的亮度之和。当前12页，总共68页。三基色原理C1

、C2

、C3为三基色（又称为三原色）a、b、c为三种基色的权值（即三基色的比例或浓度）C为所合成的颜色，可为任意颜色当前13页，总共68页。RGB颜色模型使用红、绿、蓝三基色的亮度来定量表示颜色加色混色模型以RGB三色光互相叠加来实现混色的方法适合于显示器等发光体的显示当前14页，总共68页。RGB颜色模型当前15页，总共68页。CMY颜色模型减色混色模型减色基：青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）是加色基R、G、B的补色颜色是从白光中减去一定成分得到的适合于彩色打印，印刷行业等青（C）=白色光

-红色光品红（M）=白色光

-绿色光黄（Y）=白色光

-蓝色光当前16页，总共68页。CMY颜色模型与RGB颜色模型的关系青（C）=（红色光+绿色光+蓝色光）-红色光=绿色+蓝色品红（M）=（红色光+绿色光+蓝色光）-绿色光=红色+蓝色黄（Y）=（红色光+绿色光+蓝色光）-蓝色光=红色+绿色当前17页，总共68页。CMYK颜色模型印刷时CMY模型不可能产生真正的黑色，因此在印刷业中实际上使用的是CMYK彩色模型，K为第四种颜色，表示黑色.当前18页，总共68页。颜色的要素色调（H）色调反应颜色的类别，如红，蓝，绿等，色调基本对应颜色在光谱中的主波长当前19页，总共68页。颜色的要素饱和度（S）饱和度是指色彩的鲜艳程度，也称色彩的纯度。饱和度取决于该色中含色成分和消色成分(灰色)的比例。含色成分越大，饱和度越大；消色成分越大，饱和度越小。当前20页，总共68页。颜色的要素明亮度（L）明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉，通常光线的能量越大就显得越亮，反之就越暗。当前21页，总共68页。HSI颜色模型色调H由角度表示，它反映了颜色最接近什么样的光谱波长，即光的不同颜色。通常假定0°表示的颜色为红色，120°的为绿色，240°的为蓝色。从0°到360°的色相覆盖了所有可见光谱的彩色饱和度S表征颜色的深浅程度，饱和度越高，颜色越深。饱和度参数是色环的原点（圆心）到彩色点的半径的长度。在环的边界上的颜色饱和度最高，其饱和度值为1；在中心的饱和度为0。

亮度I是指光波作用于感受器所发生的效应，其大小由物体反射系数来决定，反射系数越大，物体的亮度愈大，反之愈小。如果把亮度作为色环的垂线，那么H、S、I构成一个柱形彩色空间。灰度阴影沿着轴线自下而上亮度逐渐增大，由底部的黑渐变成顶部的白。圆柱顶部的圆周上的颜色具有最高亮度和最大饱和度。

当前22页，总共68页。HSI颜色模型和RGB颜色模型的关系当前23页，总共68页。小节三基色原理RGB模型CMY模型HSI模型当前24页，总共68页。第三节图像数字化CCD传感器电荷耦合器件（ChargedCoupledDevice），感应可见光的光强CMOS传感器互补性金属氧化物半导体（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）扫描仪的图像数字化过程原理图

当前25页，总共68页。数字图像的数学模型数学模型当前26页，总共68页。采样和量化采样：空间上的离散化量化：灰度上的离散化连续信号（抽样、量化）——数字信号当前27页，总共68页。采样数字化抽样：正方形点阵、三角形点阵、正六角形点阵等当前28页，总共68页。量化均匀量化非均匀量化:

a）基于视觉特性：对亮度值急剧变化部分无需过细分层，进行粗量化,对亮度值平缓变化部分需过细分层，进行细量化

b）先计算所有可能的亮度值出现的概率分布，对概率分布大的进行细量化,对概率分布小的进行粗量化,非均匀量化可以减少量化误差，又能用较少的比特数实现量化当前29页，总共68页。采样和量化的关系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。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。当前30页，总共68页。图像大小和采样量化的关系当前31页，总共68页。图像大小和采样量化的关系当前32页，总共68页。图像的数字化表示整数矩阵yx0g(x,y)当前33页，总共68页。小节图像的数学模型数字图像的采样和量化图像的数字化表示当前34页，总共68页。第四节图像编程基础VisualC++图像处理编程MATLAB图像处理编程基于开源库OpenCV的图像处理编程基于其他库的图像处理编程当前35页，总共68页。VC++编程环境简介VC编程需要的知识

C/C++语言；

对Windows操作系统的了解(底层编程)；

微软类库MFC(MicrosoftFoundationClass)VisualC++是一个可视化集成开发环境掌握‘工程’的概念菜单使用介绍、Debug/Release区别等等当前36页，总共68页。VC开发的两种方式1SDK(softwaredevelopmentkit)方式

又称WIN32API（应用程序接口）编程

即直接调用32位Windows(WIN32)操作系统提供的接口函数进行编程。SDK编程(VC中)使用的语言是C语言。适合底层编程和对速度要求较高的环境，比如游戏开发、驱动开发、数字图形等当前37页，总共68页。VC开发的两种方式2MFC方式

又称类库编程，即程序主要不再直接跟操作系统API打交道(在需要的时候也可以调用API)，而是使用封装好的C++类库。MFC编程的好处之一：可以使用MFC向导来生成程序框架，提高效率MFC编程的好处之一：类库封装清晰，功能明确易于理解当前38页，总共68页。MFC类库简介MFC：微软开发的C++程序的类库，在类库内集成了

Windows程序设计所经常使用到的类，如：窗口的管理、控件的管理、文件的管理、视的管理等。同时对类进行了树状的管理，通过封装和继承实现了简单实用的目的，而且功能强大，在Windows环境下编程和使用VC++编程应该对

MFC了解。当前39页，总共68页。当前40页，总共68页。计算机中的图像这是一张计算机桌面的图像：基本元素：图像空间的大小：1024＊768个像素。每个点的坐标（x,y）。颜色分辨率：32位彩色图像。00000000000000000000000011111111RBGA像素0，01024，7681024，00，768XY当前41页，总共68页。BMP位图文件颜色深度的不同，就产生不同种类的图像文件，在计算机中常使用如下类型的图像文件:

单色图像（黑白）灰度图像伪彩色图像（8位和16位位图）

24位真彩色图像

32位真彩色图像当前42页，总共68页。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。当前43页，总共68页。灰度图像(1)文件带有图像颜色表，共有256项，每一表项由红、绿、蓝三色分量组成。

fred(x，y)=fgreen(x，y)=fblue(x，y)(2)每个像素由8位组成，其值范围从0~255，像素值f(x，y)是图像颜色表的表项入口地址。当前44页，总共68页。伪彩色图像(1)图像颜色表中的红、绿、蓝颜色分量值不全相等。

fred(x，y)≠fgreen(x，y)≠fblue(x，y)(2)图像有256种颜色，像素值是图像颜色表的索引地址。当前45页，总共68页。BMP文件的标准格式位图文件的组成结构名称符号位图文件头(bitmap-fileheader)BITMAPFILEHEADERbmfh位图信息头(bitmap-informationheader)BITMAPINFOHEADERbmih彩色表(colortable)RGBQUADaColors[]图象数据阵列字节BYTEaBitmapBits[]BMP文件的标准格式：54个字节大小的文件头；（不包括调色板）。以字节为基本单位的图像数据。在VC++中有标准的格式定义，两个结构变量，可以直接使用。当前46页，总共68页。位图文件头当前47页，总共68页。位图信息头当前48页，总共68页。调色板调色板（Palette）调色板Palette针对的是需要调色板的位图，即单色、16色和256色位图。对于不以调色板方式存储的位图，则无此项信息。调色板是一个数组，共有biClrUsed个元素(如果该值为0，则有2biBitCount个元素)。数组中每个元素是一个RGBQUAD结构体，长度为4个字节，定义为：typedefstructtagRGBQUAD{

BYTErgbBlue;//蓝色分量

BYTErgbGreen;//绿色分量

BYTErgbRed;//红色分量

BYTErgbReserved;//保留值}RGBQUAD;当前49页，总共68页。单个像素的真彩色文件分析424D-BM3A000000-文件长度00000000-》保留字节36000000---》数据区起始地址28000000--》本结构长度40个字节01000000--》位图的宽度，以像素为单位01000000--》位图的高度，以像素为单位0100---》目标设备的级别，必须为11800--》每个像素所需的位数24位00000000---》位图压缩类型，必须是004000000---》位图的大小，以字节为单位00000000--》位图水平分辨率，每米像素数00000000---》位图垂直分辨率，每米像素数00000000---》位图实际使用的颜色表中的颜色数00000000---》位图显示过程中重要的颜色数WinHex软件文件标识文件头信息头数据区文件长度保留字节数据区起始地址信息头结构大小位图压缩类型颜色表颜色数当前50页，总共68页。BMP文件存储格式

（BMPVC中的描述）

BMP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:位图文件头结构BITMAPFILEHEADER位图信息头结构BITMAPINFOHEADER位图颜色表RGBQUAD位图像素数据VC6.0中用BITMAPFILEHEADER和BITMAPINFOHEADER两个结构变量来描述BMP文件的文件头。当前51页，总共68页。位图文件头（第一部分）第一部分为位图文件头BITMAPFILEHEADER，是一个结构，其定义如下： 这个结构的长度是固定的，为14个字节（WORD为无符号16位整数，DWORD为无符号32位整数）typedefstructtagBITMAPFILEHEADER{WORDbfType;//文件类型描述，必须为BMDWORDbfSize;//以字节为单位的图像文件大小。WORDbfReserved1;//保留为0WORDbfReserved2;//保留为0DWORDbfOffBits;//从这个结构末尾到图像数据开始的字节数。

}BITMAPFILEHEADER,*PBITMAPFILEHEADER;当前52页，总共68页。位图信息头（第二部分）typedefstructtagBITMAPINFOHEADER{DWORDbiSize;//这个结构的字节数（大小）

LONGbiWidth;//图像的宽度。

LONGbiHeight;//图像的高度

WORDbiPlanes;//目标设备的为平面数，指定为1。

WORDbiBitCount；//每个像素点的颜色位数。（0，1，4，8，16，24，32）

DWORDbiCompression;//图像是否压缩，压缩格式。

DWORDbiSizeImage;//图像数据的大小（字节）

LONGbiXPelsPerMeter;//每个像素点的空间分辨率（每米点的个数）水平方向；

LONGbiYPelsPerMeter;//每个像素点的空间分辨率（每米点的个数）垂直方向；

DWORDbiClrUsed;//描述实际使用到的颜色数，0DWORDbiClrImportant;//显示时使用的颜色数，0；}BITMAPINFOHEADER,*PBITMAPINFOHEADER;这个结构的长度是固定的，为40个字节（WORD为无符号16位整数，DWORD无符号32位整数,LONG为32位整数）当前53页，总共68页。biSizeImage字段biSizeImage

指定实际的位图数据占用的字节数，其实也可以从以下的公式中计算出来：

biSizeImage=biWidth‘*biHeight

要注意的是：上述公式中的biWidth‘必须是4的整倍数（所以不是biWidth，而是biWidth‘，表示大于或等于biWidth的，离4最近的整倍数。举个例子，如果biWidth=240，则biWidth‘=240；如果biWidth=241，biWidth‘=244）

一定要注意：每行所占字节长度始终是4的倍数，或者每行所占位长度是32的倍数。如果不是，则需要补齐

当前54页，总共68页。调色板/颜色表（第三部分）调色板实际上是一个四元数组，则有2的biBitCount次方个元素。数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构，占4个字节。typedefstructtagRGBQUAD{ BYTE rgbBlue; //蓝色分量

BYTE rgbGreen; //绿色分量

BYTE rgbRed; //红色分量

BYTE rgbReserved;//保留值

} RGBQUAD;

注意：24位真彩色图中没有调色板数据！！当前55页，总共68页。位图信息-BITMAPINFO结构 位图信息头和颜色表组成位图信息，BITMAPINFO结构定义如下:structtagBITMAPINFO{

BITMAPINFOHEADERbmiHeader;RGBQUADbmiColors[1];//颜色表}BITMAPINFO;当前56页，总共68页。位图数据

结构数据域含义BITMAPFILEHEADERbfType字节“BM”bfSize文件总字节数BfReserved10BfReserved10bfOffBit位图数据距文件头的偏移量BITMAPINFOHEADERbiSize本结构大小的字节数biWidth位图的宽度，单位为像素点biHeight位图的高度，单位为像素点biPlanes1biBitCount像素的位数（1，4，8，24）biCompression压缩方式（0表示不压缩）bisizeImage位图数据的字节数biXpelsPerMeter水平分辨率（像素点/米）biYpelsPerMeter垂直分辨率（像素点/米）biClrUsed图像中使用的颜色数biClrImportant图像中重要的颜色数RGBQUADrgbBlue蓝色的比例rgbGreen绿色的比例rgbRed红色的比例rgbReserved0当前57页，总共68页。实际的位图数据区（第四部分）第四部分就是实际的图象数据了。对于用到调色板的位图，图象数据就是该像素颜在调色板中的索引值。对于真彩色图，图象数据就是实际的R,G,B值。下面就2色，16色，256色位图和真彩色位图分别介绍。 对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色（一般0表示黑，1表示白），所以一个字节可以表示8个像素。 对于16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所以一个字节可以表示2个像素。 对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个像素。 对于真彩色图，三个字节才能表示1个像素。注意：BMP文件的数据从下到上，从左到右的。当前58页，总共68页。获得文件路径名打开位图文件读取BITMAPFILEHEADER结构读取BITMAPINFOHEADER结构得到位图大小，分配内存空间BMP格式？获得数据的起始位置,保存起始位置指针结束开始打开BMP文件的流程图当前59页，总共68页。对文件的读取通过CFile类来完成对文件的读取和写入，CFile类是MFC类库中专门完成文件读取的类，该类内部封装类WindowsAPI流式文件存取函数。使用简单、易懂。当前60页，总共68页。各结构体内存的分配为BITMAPFILEHEADER申请一块内存空间，用来保存图像文件的文件头的结构信息；BITMAPFILEHEADER＊pbmfile=newBYTE[sizeof(BITMAPFILEHEADER)];为BITMAPINFO申请一块内存空间，用来保存图像文件的图像结构信息；BITMAPINFO＊pbmfile=newBYTE[sizeof(BITMAPINFO)];为图像的点阵数据申请一块内存空间，用来保存图像点阵数据，当进行算法运算时，此数组中的数据用新的数据来替换。BYTE*＝newBYTE[m_nWidth*m_nHeight];当前61页，总共68页。得到数据起始位置指针，并得到图象的宽、高等信息信息使用文件中颜色表创建调色板调色板调入设备环境设定参数，显示位图恢复原调色板设定参数显示位图带有颜色表？结束开始图像显示的流程图当前62页，总共68页。显示图像数据 图像数据的显示在视图的类中CView中进行，在视图的CPP文件中的OnDraw(CDC*pDC)函数中可以完成这一绘制任务。应用程序的创建中当创建到视的客户区时既是调用改函数的默认格式完成对视区的绘制。我们只要将视区重新绘制一次即可完成绘制工作。当前63页，总共68页。调色板的基本应用调色板的原理调色板的创建与实现显示函数当前64页，总共68页。调色板的原理调色板就是在256色显示系统中,将图像中出现的256种颜色组成颜色表,对这些颜色按8位,即0至255进行编号,每一编号代表其中的一种颜色,在这种颜色中颜色编号叫做颜色的索引号。当前65页，总共68页。显示函数在VisualC++环境中用于显示的主要有BitBlt函数、StretchBlt函数和StretchDIBits函数。BitBlt函数和StretchBlt函数属于CDC类，而StretchDIBits函数为API函数。当前66页，总共68页。BitBlt()函数该函数的结构如下：

BOOLBitBlt(intx,in