工学图像获取与表示课件

图像获取与表示欢迎来到图像获取与表示课程！引言图像获取与表示图像获取与表示是计算机视觉、图像处理和计算机图形学的基础。重要性它为我们提供了将真实世界的信息数字化并进行处理的桥梁。应用广泛从医疗影像到遥感监测，图像获取与表示在各个领域都有着重要的应用价值。图像的定义视觉信息图像是一种由像素组成的二维数据结构，它以数字形式捕获和表示现实世界中的视觉信息。光强度每个像素表示一个图像区域的亮度或颜色，通常由一个或多个数值来表示，这些数值代表了该区域的光强度。信息载体图像可以被认为是人类视觉感知的一种数字化表达方式，它是一种重要的信息载体，广泛应用于各个领域。图像表示的基本概念像素数字图像由像素构成，每个像素代表图像中的一个点，拥有特定的颜色和亮度信息。分辨率分辨率指的是图像中像素的数量，通常以横向像素数量×纵向像素数量表示，例如1920×1080。位深位深决定每个像素可以表示的颜色数量，位深越高，颜色越丰富，图像质量越高。光的特性波粒二象性光具有波的特性，表现为波动性。同时，光也具有粒子的特性，表现为粒子性。电磁波谱光是一种电磁波，它在电磁波谱中占据可见光区域。不同波长的光具有不同的颜色。光的反射和折射光在不同介质界面上会发生反射和折射现象，这是相机成像的基础原理。相机成像原理1光线进入镜头场景中的光线通过相机镜头进入相机内部。2光线聚焦镜头将光线聚焦到成像传感器上，形成一个倒立的图像。3传感器捕捉光线传感器将光线转换为电信号，每个像素对应一个电信号强度值。数字图像采集1光学传感器将光信号转换为电信号2模拟-数字转换将电信号数字化3图像处理增强、压缩和存储图像分辨率像素数量图像分辨率是指图像中像素的数量，通常用宽度和高度表示，例如1920x1080像素。清晰度分辨率越高，图像的像素数量越多，图像就越清晰，细节也越丰富。色彩模型RGB红绿蓝(RGB)色彩模型是基于光的混合，是计算机显示器使用的标准颜色模型。HSV色调、饱和度和明度(HSV)色彩模型基于人类对颜色的感知，提供一种更直观的颜色表示方式。YCbCr亮度、色度(YCbCr)色彩模型用于视频压缩，将颜色信息分离，提高压缩效率。RGB色彩模型红、绿、蓝RGB代表红色(Red)、绿色(Green)和蓝色(Blue)。颜色混合通过组合不同比例的红、绿、蓝光，可以生成各种各样的颜色。数字表示每个颜色通道用0到255之间的数值表示，分别代表该通道的亮度。HSV色彩模型色调(H)色调指的是色彩的纯度，用角度表示，0°对应红色，120°对应绿色，240°对应蓝色。饱和度(S)饱和度指的是色彩的鲜艳程度，用百分比表示，0%表示灰色，100%表示最鲜艳的颜色。明度(V)明度指的是色彩的亮度，用百分比表示，0%表示黑色，100%表示最亮的白色。YCbCr色彩模型1亮度信息Y表示亮度，Cb和Cr表示色度信息。2视频压缩YCbCr模型适合于视频压缩，因为它可以分离亮度和色度信息，从而实现更高的压缩效率。3色彩还原YCbCr模型可以有效地还原原始图像的色彩信息，使其更接近人眼感知。图像的量化和编码1编码将量化后的数据进行压缩和存储2量化将连续的灰度值转换为离散的数字值3采样将模拟信号转换为数字信号灰度图像的表示像素值灰度图像每个像素用一个数值表示，范围通常为0到255，代表黑色到白色的强度。灰度级灰度级表示图像中可表示的不同灰度数量，通常为256级。灰度直方图直方图显示图像中每个灰度值出现的频率，用于分析图像的亮度分布。彩色图像的表示RGB模型每个像素由红、绿、蓝三色通道表示，每个通道的取值范围为0-255。HSV模型用色调、饱和度和明度来表示颜色，更符合人类感知色彩的方式。YCbCr模型用于图像压缩，其中Y表示亮度，Cb和Cr表示色度。图像文件格式JPEGJPEG是最常见的图像文件格式之一，它采用有损压缩技术，可以在保持图像质量的同时减小文件大小。PNGPNG是一种无损压缩图像文件格式，它可以保留图像的原始数据，不会造成任何质量损失，适用于需要高质量图像的场合。TIFFTIFF是一种灵活的图像文件格式，它可以存储各种类型的图像数据，包括灰度、彩色和多通道图像，广泛应用于专业图像处理领域。BMPBMP是一种未压缩的图像文件格式，它存储每个像素的原始数据，因此文件大小较大，但可以保留图像的最高质量。JPEG文件格式有损压缩JPEG采用有损压缩，压缩比高，但会造成一定程度的图像质量损失。色彩支持支持24位真彩色，适合存储照片、图像等。广泛应用JPEG是互联网上最常用的图像格式，广泛应用于网站、印刷等领域。PNG文件格式无损压缩PNG格式使用无损压缩算法，可以保留原始图像的所有信息，不会丢失任何图像数据。支持透明度PNG格式支持透明度，可以创建具有半透明效果的图像，这在网页设计和图像处理中非常有用。广泛应用PNG格式是一种广泛应用的图像格式，支持各种图像编辑软件，并且可以在大多数浏览器中显示。TIFF文件格式1标记图像文件格式TIFF（TaggedImageFileFormat）是一种灵活的位图图像文件格式，用于存储图像、图形和文本。2广泛应用广泛应用于印刷、出版、扫描和传真等行业，因为它支持高分辨率和高质量图像。3无损压缩TIFF文件格式支持无损压缩，这可以减少文件大小而不会损失图像质量。BMP文件格式Windows位图BMP格式由微软开发，是最早的图像文件格式之一，用于存储Windows系统中的图像。无压缩格式BMP文件通常不进行压缩，导致文件尺寸较大，但图像质量保持较高。颜色深度BMP格式支持多种颜色深度，从单色到24位真彩色，提供不同程度的色彩还原度。图像压缩技术概述1减少数据量图像压缩技术通过减少图像数据量来节省存储空间和传输带宽。2提高效率压缩后的图像可以更快地加载和传输，从而提高用户体验。3多种方法常用的图像压缩技术包括无损压缩和有损压缩。无损压缩原始数据保留无损压缩算法不会丢失任何原始数据信息，这意味着解压缩后的数据与原始数据完全相同。压缩率较低由于保留了所有数据，无损压缩的压缩率通常较低，压缩后的文件大小可能仍然很大。适用于关键数据适用于需要精确保留原始数据的应用场景，例如医学影像、科学数据和代码。有损压缩JPEG使用离散余弦变换（DCT）进行压缩，丢弃部分图像数据，以达到较高的压缩比。MP3使用心理声学模型进行压缩，丢弃人耳不易察觉的声音信息。图像的存储和传输文件格式图像数据通常存储在各种文件格式中，例如JPEG、PNG、TIFF和BMP，每个格式都有其优缺点。压缩为了减少存储空间和传输时间，图像数据通常经过压缩处理，既有无损压缩，也有有损压缩。传输协议网络传输协议，例如HTTP，用于在网络上有效地传输图像数据，确保图像的完整性和快速传输。图像的应用领域医疗影像医疗影像在诊断和治疗疾病方面至关重要，例如X光、CT扫描和MRI。遥感影像遥感影像用于监测环境变化、土地利用和自然灾害，例如卫星图像和航空摄影。工业检测工业检测使用图像处理技术检查产品缺陷、监控生产流程，例如机器视觉和质量控制。医疗影像诊断工具X射线、CT、MRI等影像技术可以帮助医生诊断疾病、制定治疗方案。精准治疗医疗影像提供更清晰的病灶信息，指导手术和放疗等治疗过程。疾病预防医疗影像可以进行早期筛查，帮助人们提前发现疾病，并进行预防。遥感影像地球观测遥感影像可以提供全球范围的陆地、海洋和大气信息，为气候变化、环境监测和自然灾害预警提供重要数据。地图绘制遥感影像可以用于创建地形图、地质图、土地利用图等，为城市规划、资源管理和交通建设提供基础数据。农业监测遥感影像可以监测农作物生长状况、病虫害发生情况和土壤墒情，为农业生产提供科学指导。工业检测质量控制图像处理可以帮助识别缺陷和异常，确保产品质量。维护保养通过图像分析，可以识别潜在的损坏和磨损，提前进行维护。效率提升图像处理可以自动化检测流程，提高效率，减少人工成本。图像处理技术概述1图像增强提高图像的视觉质量，使其更易于分析和理解。2图像分割将图像分解为不同的区域或目标，以便于识别和分析。3图像识别识别图像中的目标、场景或模式，为计算机提供理解和分析图像的能力。图像增强提高图像质量图像增强技术可以改善图像的视觉效果，使其更清晰、更易于理解。增强图像信息通过增强，可以突出图像中的重要细节，便于后续的图像处理和分析。改善图像对比度增强可以调整图像的亮度和对比度，使图像细节更加明显。图像分割定义图像分割是将图像分成多个区域的过程，每个区域对应于不同的物体或场景。方法常见的图像分割方法包括阈值分割、边缘检测、区域生长、聚类分析等。应用图像分割在图像识别、目标检测、医学