第5章-数字图像处理技术(上)

数字图像处理技术(上）本章内容数字图像处理概述数字图像处理研究的主要内容图像与图像数字化的过程数字化处理中的色彩学知识位图绘画与编辑图像文件格式与图像处理软件数字图像处理概述图像处理图像处理就是将客观世界中的物体映射成数字化图像，然后用数学方法通过编程在计算机中进行处理、存储和显示。与数字音频类似，数字图像的数据量一般都比较大，在存储时会占用大量的空间，因此需要对图像进行压缩编码。数字图像处理概述现代图像的范围可见光范围内的图像，不可见光范围内的图像（红外成像技术）可见图像和不可见图像可见图像：照片、图、画不可见图像：主要是物理图像，如温度、气压、地势图等，还包括医学影像数字图像处理概述连续图像和离散图像连续图像：模拟图像离散图像：数字图像，可以用计算机处理的图像。图片和图形红外成像数字图像处理概述位图图像位图图像，亦称为点阵图像或绘制图像，是由称作像素（图片元素）的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。图像面积越大，文件的字节数越多

文件的色彩越丰富，文件的字节数越多位图图象矢量图形特征能较好表现色彩浓度与层次可展示清楚线条或文字用途照片或复杂图象文字、商标等相对规则的图形图影缩放效果易失真不易失真制作3D影象不可以可以文件大小较大较小常用的文件格式BMP、PSD、TIFF、GIF、JPEGEPS、DXF、PS、WMF、SWF数字图像处理概述图像的数字化物理图像数字化的三个步骤扫描采样量化数字图像处理概述数字图像处理系统处理图像的计算机图像数字化设备：数码相机等图像显示设备数字图像处理与其它相关学科的关系数字图像处理的研究内容图像数字化图像增强图像几何变换图像复原图像重建数字图像处理的研究内容图像隐藏图像变换图像编码图像识别与理解数字图像处理的研究内容图像数字化：将图像以数字的形式进行表示。（哪些步骤？）图像增强：不考虑图像质量下降的原因，只将图像中感兴趣的特征有选择的突出，而衰减不需要的特征，它的目的主要是提高图像的可懂度。

数字图像处理的研究内容图像复原：图像复原技术与增强技术不同，它需要了解图像质量下降的原因，首先要建立“降质模型”，再利用该模型，恢复原始图像

如对遥感图像资料进行大气影响的校正、几何校正以及对由于设备原因造成的扫描线漏失、错位等的改正，将降质图像重建成接近于或完全无退化的原始理想图像的过程。同义词：图像恢复

数字图像处理的研究内容图像几何变换：包括图像的平移、旋转、缩放等图像重建：由二维平面图像数据构造出三维物体图像图像隐藏：将一幅图像或可视化的媒体信息隐藏在另一幅图像中，防伪技术数字图像处理的研究内容图像转换：将图像从空域转化到频域图像编码图像识别与理解：主要用于计算机犯罪侦查等方面图像增强图像增强图像重建图像与图像数字化过程比较模拟图像和数字图像模拟图像：如：照片、海报、书中的插图等都可以称为模拟图像。如果将模拟图像用电信号表示，所显示的波形是连续变化的信号波形。数字图像：将模拟图像经过特殊设备的处理，如量化、采样等就可以转化成计算机可以识别的二进制表示的数字图像。用电信号表示波形是方波。特点模拟图像数字图像处理速度相对较快，拍照、录像、投影等闭合的系统内很快完成处理（如扫描）相对较慢灵活性较差，处理方式很少，往往只能简单的放大缩小等可以精确的灵活多样的进行处理传输由于以实物为载体，受到外界因素的制约，传输较难以电子数字信息为载体，传输方便，特别是网络上再现性保存性较差，胶片等会受时间、环境等影响，复制多次效果不同不会因为保存、传输或复制而产生图像质量上的变化图像与图像数字化过程图像数字化图像的数字化过程分为采样、量化和编码三个步骤图像与图像数字化过程图像的采样：采样是指将空间域或时域上连续的图像（模拟图像）变换为离散采样点（像素）集合的一种操作图像与图像数字化过程采样的实质是用多少点来描述一张图像，点数的多少就是通常所说的分辨率计算机把图像分割成离散的小区域即像素图像与图像数字化过程在计算机中，像素点的特征数据是以行列组织显示的图像的采样就是将二维空间上模拟的连续亮度和色彩信息转化为一系列有限的离散数值来表示水平方向M，垂直方向N，则图像就被表示成M*N个像素构成的像素点的集合图像与图像数字化过程图像与图像数字化过程采样频率：一秒钟内采样的次数，决定采样点之间间隔的大小，原始图像中的画面越复杂，色彩越丰富，则采样频率应越大，满足奈奎斯特定理图像与图像数字化过程图像的量化把采样后得到的用连续量表示的像素值离散化为整数值的操作叫做量化图像与图像数字化过程在量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量化的色彩之所需的二进制位数称为量化字长一般采用8位、16位、24位或更高的量化字长图像与图像数字化过程图像的编码与压缩采用编码技术来压缩信息编码压缩技术是实现图像传输与存储的关键图像与图像数字化过程常用的编码技术有预测编码、变换编码、分形编码、小波变换图像压缩编码等序号图像数字化的途径特点1扫描仪扫描方便快捷，需用扫描仪2

数码相机拍摄方便快捷，需用数码相机3网上搜索并下载方便快捷4抓图工具抓拍方便快捷5利用图像编辑软件自己加工或创作专业性强，较慢图像与图像数字化过程图像处理中的色彩学知识色彩单色光：通过三棱镜也不会再分解为其它的色光由单色光所混合的光称为复色光包含全部颜色光谱的光是白色没有光线照射时，人眼感觉是黑色色彩由光、物体特性与人眼视觉机构三大因素涵盖图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识物体呈现的颜色：光射到物体上时，一部分光被物体反射，一部分光被物体吸收。如果物体是透明的，还有一部分光透过物体。不同物体，对不同色光的反射、吸收和透过的情况不同，因此呈现出不同的颜色。

图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识图像的表示景象：人眼所看到的客观世界，物体所发出的光线进入人眼，在人眼的视网膜上成的像人们用各种方法记录下这些象，称为图像图像是记录下来的象，是人眼所见的再现象反映了客观景物的亮度和颜色随空间位置和方向变化的特征，是空间坐标的函数图像处理中的色彩学知识光强：光的强度，光源单位时间内辐射的光通量景深：在摄影过程中，当我们让镜头聚焦在某一个物体上时，我们会发现这个物体的前后一段距离内的景物也都相当清晰，这个清晰的范围我们称之为景深。图像处理中的色彩学知识色彩三要素亮度：光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，是发射光或物体反射光明亮度程度的量度，与光强、光功率有关色调：反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性，与光波的波长有关图像处理中的色彩学知识色彩三要素色调：反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性，与光波的波长有关色调是由于某种波长的颜色光使观察者产生的颜色感觉，每个波长代表不同的色调。它反映颜色的种类，决定颜色的基本特性，例如红色、棕色等都是指色调。某一物体的色调，是指该物体在日光照射下所反射的各光谱成分作用于人眼的综合效果，对于透射物体则是透过该物体的光谱综合作用的结果。图像处理中的色彩学知识色相环图像处理中的色彩学知识饱和度：颜色的纯度，即颜色的深浅程度，也就是掺入白光的程度，掺入彩色引起色调变化，掺入白色引起饱和度变化图像处理中的色彩学知识饱和度是颜色强度的度量。对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或者越纯。例如红色和粉红色的区别，虽然这两种颜色有相同的主波长，但一种也许是混合了更多的白色在里面，因此显得不太饱和。通常把色调、饱和度统称为色度，上述内容总结为亮度表示某彩色光的明亮程度，而色度则表示颜色的类别与深浅程度。

图像处理中的色彩学知识色彩模型色彩空间：为了使各种颜色能按照一定的排列次序并容纳在一个空间内，将三维坐标轴与颜色的三个独立参数对应起来，使每一种颜色都有一个对应的空间位置，反过来，在空间的任何一点都能代表一个特定的颜色，这个空间称为色彩空间三维色彩空间图像处理中的色彩学知识色彩模型：色彩空间是三维的，作为色彩空间三维坐标的三个独立参数可以是色彩心理的三属性，用不同的三个色彩参数就代表不同的色彩模型图像处理中的色彩学知识色域一个色彩系统能够显示或打印的色彩范围色域由宽到窄的顺序：人眼所看到的色谱Lab色域RGB色域CMY色域图像处理中的色彩学知识RGB模型三基色：基色是指互为独立的三色，任一色彩都不能有其他两种色彩混合而成红色、绿色、蓝色，按照不同的比例组合可以配出自然界大部分的颜色配色关系式

F=R[R]+G[G]+B[B]图像处理中的色彩学知识RGB模型三基色原理相加混色法图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识HSL模型H代表色调、S代表饱和度、L代表亮度该模型描述颜色更自然，更适合于色彩设计图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识CMY模型C代表青，M代表品红，Y代表黄，因为该三种颜色无法产生完善的黑或灰色，所以加入B黑色，构成CMYK模型减色混色法图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识四色印刷并非所有RGB颜色都能打印出来图像处理中的色彩学知识LAB模型可以用来模拟黑白照片效果黑白模式采用1位来表示一个像素，只能显示黑色和白色无法表示层次复杂的图像图像处理中的色彩学知识图像处理中的色彩学知识LAB模型RGB模式是一种发光屏幕的加色模式，CMYK模式是一种颜色反光的印刷减色模式。而Lab模式既不依赖光线，也不依赖于颜料，它是CIE组织确定的一个理论上包括了人眼可以看见的所有色彩的色彩模式。Lab模式弥补了RGB和CMYK两种色彩模式的不足。

图像处理中的色彩学知识LAB模型Lab模式由三个通道组成，但不是R、G、B通道。它的一个通道是亮度，即L。另外两个是色彩通道，用A和B来表示。A通道包括的颜色是从深绿色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉红色（高亮度值）；B通道则是从亮蓝色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黄色（高亮度值）。因此，这种色彩混合后将产生明亮的色彩。

图像处理中的色彩学知识LAB模型在表达色彩范围上，处于第一位的是Lab模式，第二位的是RGB模式，第三位是CMYK模式

图像处理中的色彩学知识颜色深度与位平面位图图像中像素的颜色信息是由若干个二进制数据位来表示的，这些数据的个数称为图像颜色的深度四位和八位色彩图像称为索引彩色图像，因为它的色彩要通过一个颜色表查找来决定，它显示的颜色不是图像本身真正的颜色，称为伪彩色图像处理中的色彩学知识对于单色灰度图像只有一