数字图像的基本知识课件

第2章数字图像的基本知识

本章介绍数字图像的描述方法。讨论内容如下：2.1彩色计色体系2.2位图图像的组成2.3VC++下位图文件数据的读取与显示2.4灰度直方图位图文件的读取与显示是图像处理和分析的最基本操作，必须熟练掌握。直方图是评价、处理和分析图像效果的有力工具；是本章的重点之一。

2.1彩色计色体系2.1.1像素将一幅摸拟图象划分为很多逐行逐列排列的点，每一点称为一个像素。像素是组成图像的最小单位。对于一幅彩色图象，每个像素需要用3个量来描述。（1）用RGB三基色描述像素R——红色分量，G——绿色分量，B——蓝色分量R、G、B按不同的比例混合，可得到不同的颜色。例：24位真彩色图像，每个分量用一个字节表示，值范围为0~255。能表达的颜色数目为2563=16777216种，足以描述自然界中的绝大部分颜色。目前，.BMP文件大部分都是这种格式。2.1.2计色体系（2）用YUV分量描述像素Y——亮度分量，U——蓝差分量，V——红差分量已知RGB，可求出YUV：Y=0.30R+0.59G+0.11BU=B－Y=－0.30R－0.59G+0.89BV=R－Y=0.7R－0.59G－0.11B矩阵形式：亮度分量代表像素的明暗程度，对于图像的清晰度起决定性作用。由于U、V分量是三基色分量中扣除色度信号的结果，因此不包括亮度成分。

U、V分量代表像素的颜色，根据“大面积着色原理”，对图像的清晰度影响不大。例：纯红色像素，三基色值为R=255，G=0，B=0。分别用YUV和YSC计色制表示该像素。Y=0.3×255+0.59×0+0.11×0=76.5≈77U=B－Y=0－77=－77V=R－Y=255－77=178S=[(-77)2+(178)2]0.5=193.9C=arctg(－178/77)=arctg(－2.31)=113°UVC=113°S=193.90－771788种标准颜色的YSC值如下表：名称白红绿蓝黄青品黑R,G,B1,1,11,0,00,1,00,0,11,1,00,1,11,0,10,0,0Y1.00.30.590.110.890.70.410S00.760.830.90.90.760.830C无意义113°－135°－6°173°293°45°无意义UV红113°将标准颜色画在U-V坐标系中，称为彩色矢量图。青293°品45°绿225°蓝354°黄173°例：有一像素，三基色值为R=100，G=50，B=200。试判断该像素的颜色。Y=0.3×100+0.59×50+0.11×200=81.5（较暗）U=B－Y=50－81.5=－31.5V=R－Y=100－81.5=19.5S=[(－31.5)2+(19.5)2]0.5=37(颜色深浅中等）C=arctg(－19.5/31.5)=arctg(－0.62)=32°（紫偏蓝）若知一个像素的三基色值，由彩色矢量图，很容易判断该像素的颜色。R=100，G=50，B=200UV红113°青293°品45°绿225°蓝354°黄173°BMP文件由4部分组成：文件头、信息头、彩色表（调色板）、位图点阵2.2.2BMP文件的结构文件头信息头彩色表位图点阵（1）文件头，共14字节。在VC中用一个结构类型描述：tydefsturct{WORDbfType;//.BMP文件的标志,必须为“BM”的ASC码DWORDbfSize;//.BMP文件的大小（以字节为单位）WORDbfReserved1;//保留，必须为0X0000WORDbfReserved2;//保留，必须为0X0000DWORDbfOffBits;//从文件开头到位图数据开始的字节数}BITMAP;文件头信息头彩色表位图点阵（2）信息头，共40个字节。在VC中用一个结构类型描述：tydefsturct{DWORDbiSize；//本信息头占用的字节数:0x28LONGbiWidth；//图像的宽度（以像素点为单位）LONGbiHeight；//图像的高度（以像素点为单位）WORDbiPlanes；//彩色表。24位.BMP文件为0x1，无彩色表WORDbiBitCount；//一个像素点数据的位数DWORDbiCompression；//压缩方式，0x0为未压缩

DWORDbiSizeImage；//图象尺度LONGbiXPelsPerMeter；//水平分辨率LONGbiYPelsPerMeter；//垂直分辨率DWORDbiClrUsed； //使用的颜色数DWORDbiClrImportant;//重要颜色数}BITMAPINFOHEADER；文件头信息头彩色表位图点阵（3）彩色表对于24位BMP图像，每像素的三基色分别用3个字节记录，不需要彩色表。对于256色BMP图像，每像素用一个字节记录，该字节表示颜色的编号。什么编号代表什么颜色，由彩色表决定。通过像素编号查找彩色表，从而获得该像素的RGB值。B0G0R0B1G1R1…B255G255R2550号颜色1号颜色255号颜色…2.3VC++下位图文件数据的读取与显示BITMAP;//存放文件头BITMAPINFOHEADERInfoHead;//存放信息头LPBYTElpImage;//存放位图点阵，显示时需要//存放像素的三基色值，480列，640行struct{BYTEB;//红色分量BYTEG;//蓝色分量BYTER; //绿色分量}C3[480][640];//存放像素的YSC值，480列，640行struct{BYTEY;//亮度BYTES;//色饱和度BYTEC;//色调}YSC[480][640];（1）定义全局变量。一般在类的头文件中定义（2）打开BMP文件，读取像素。关键代码如下:CFilef;BOOLOK=f.Open(PathName,//PathName=BMP文件名C,NULL );if(!OK)return;

//如果打开失败f.Read(&());

//读取文件头f.Read(&InfoHead,sizeof(InfoHead));//读取信息头shortx,y,z;//计算每行字节数z=(InfoHead.biWidth/4)*4+(InfoHead.biWidth%4==0?0:4);f.Seek();

//移动文件指针，指向像素点存放的开始位置f.Read(lpImage,InfoHead.biHeight*z*3);//读取全部像素f.Close();//关闭文件

（3）显示图像。调用下面的程序断可显示位图:CClientDCdc(this);//建立客户区绘图对象dc.SetStretchBltMode(COLORONCOLOR);//按可延伸的彩色影射模式绘图::StretchDIBits(dc.GetSafeHdc(),//得到绘图对象的句柄0,0,640,480,//客户区中的矩形（左上角坐标，右下角坐标）0,0,InfoHead.biWidth,InfoHead.biHeight,//源图像中的矩形lpImage,//存放位图点阵的内存区(LPBITMAPINFO)&InfoHead,

//存放信息头的内存区DIB_RGB_COLORS,//按三基色格式SRCCOPY//将图像拷贝到显存);2.4灰度直方图灰度直方图是一种表达图像的灰度分布概率的图示方法，它描述了各种灰度值在图像中所占的比例。设图像有总共n个像素点，灰度值为i的像素点有ni个。则灰度值为i的像素点在图像中出现的概率（频度）p(i)为：p(i)=ni/ni=0,1,…,L－1L为灰度级。对于24位位图，L=256。以灰度i为横坐标，p(i)为纵坐标，绘制p(i)曲线，就得到灰度直方图2.4.1概念2.4.2灰度直方图的性质（1）不含像素点的位置信息。（2）一幅图像的直方图是唯一的，反之不成立。（3）叠加性。把一幅图像分成多个区域，则全图像的直方图为各区域直方图的叠加。区域1区域2区域1的直方图区域2的直方图全图象