數(shù)字圖像處理第二章圖像數(shù)字化

1、第二章 數(shù)字圖像處理 的基本概念第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論主要內(nèi)容主要內(nèi)容v人眼的視覺(jué)原理v圖像數(shù)字化v灰度直方圖v數(shù)字圖像處理算法的形式v圖像文件格式v圖像的特征與噪聲第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論眼睛中圖像的形成眼睛中圖像的形成2.1 視覺(jué)原理及現(xiàn)象視覺(jué)原理及現(xiàn)象第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論黃斑區(qū)盲點(diǎn)一、人眼構(gòu)造一、人眼構(gòu)造第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論人眼構(gòu)造人眼構(gòu)造v錐狀細(xì)胞 負(fù)責(zé)彩色視覺(jué) 辨別細(xì)節(jié)和顏色（明視覺(jué)/白晝視覺(jué)） 數(shù)量600700萬(wàn)v桿狀細(xì)胞 負(fù)責(zé)黑白視覺(jué) 對(duì)低亮度敏感，辨別總體形象（暗視覺(jué)/夜視覺(jué)） 數(shù)量7600萬(wàn)1.5億第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論視網(wǎng)膜上桿狀體和錐狀體的分布視網(wǎng)膜上桿狀體和

2、錐狀體的分布盲點(diǎn)如何判斷？盲點(diǎn)如何判斷？第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論二、影響成像質(zhì)量的視覺(jué)因素二、影響成像質(zhì)量的視覺(jué)因素1、亮度適應(yīng)與鑒別v視覺(jué)范圍人眼能感知的亮度范圍（夜視強(qiáng)閃光） 百分之幾幾百萬(wàn)cd/m2 人眼適應(yīng)某平均亮度環(huán)境后，能夠感受的亮度范圍視覺(jué)范圍v亮度感覺(jué)相對(duì)亮度的變化 亮度感覺(jué)和亮度對(duì)數(shù)成線性關(guān)系 S=KlnB+K0 重現(xiàn)圖像的亮度只需保持實(shí)際圖像亮度對(duì)比 重現(xiàn)圖像時(shí)不必精確復(fù)制人眼感覺(jué)不到的亮度差別圖像對(duì)比度 最大亮度/最小亮度圖像相對(duì)對(duì)比度（最大亮度-最小亮度）/最小亮度第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論人的主觀亮度感覺(jué)與亮度對(duì)數(shù)成線性關(guān)系人的主觀亮度感覺(jué)與亮度對(duì)數(shù)成線性關(guān)系BACDb

3、lackwhite人眼適應(yīng)某平均亮度后，感受的亮度范圍視覺(jué)范圍第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論亮度感覺(jué)（亮度感覺(jué)（1 1）1.平均亮度 2.對(duì)比度第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論亮度感覺(jué)（亮度感覺(jué)（2）圖 A 圖B 圖C亮度感覺(jué)取決于亮度的對(duì)比亮度感覺(jué)取決于亮度的對(duì)比第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論亮度的適應(yīng)與鑒別亮度的適應(yīng)與鑒別v視覺(jué)適應(yīng)性人眼適應(yīng)明/暗環(huán)境的能力 暗適應(yīng)性從亮光處到暗處 2030s 桿狀細(xì)胞 明適應(yīng)性從暗處到亮光處 12s 錐狀細(xì)胞v人眼的分辨力人眼區(qū)分開(kāi)相鄰兩點(diǎn)的能力（視力） 用最小視角倒數(shù)描述 =d / l d兩點(diǎn)間最小距離，l為人眼到兩點(diǎn)連線的距離 如 E 非固定不變，與環(huán)境亮度和相對(duì)對(duì)比度

4、有關(guān) 人眼能感知最高能達(dá)到700萬(wàn)像素分辨率的圖像第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論2、色彩的鑒別、色彩的鑒別日光-由各種顏色混合而成第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論視覺(jué)三基色假說(shuō)視覺(jué)三基色假說(shuō)v任何顏色都可以由相互獨(dú)立的三基色得到v假如三基色的混合比相當(dāng)，則色調(diào)和飽和度也相同v混合光的亮度是原分量光亮度之和v任何兩種顏色混合成的新顏色與合成原顏色的三基色混合成的顏色相同第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論錐狀細(xì)胞對(duì)不同光波的感光靈敏度錐狀細(xì)胞對(duì)不同光波的感光靈敏度第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論三基色的選擇三基色的選擇v1931年國(guó)際照明委員會(huì)CIE規(guī)定了物理三原色的波長(zhǎng)。第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論兩種基色系統(tǒng)兩種基色系統(tǒng)v加法系

5、統(tǒng)RGBv減法系統(tǒng)CMYK第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論RGB模型模型vRGB模型（相加混色模型） 有色光照射到消色物體產(chǎn)生加法效應(yīng) 主動(dòng)產(chǎn)生顏色光源，如顯示器第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論CMYK模型v青色Cyan，洋紅Magenta，黃色Yellow，K為真正黑色。v采用CMYK模式的原因：有色光照射到有色物體上產(chǎn)生減法效應(yīng)v用于印刷、繪畫。R G B紅紅Y YM M紙紙R G B綠綠Y YC C紙紙R G B白白紙紙R G B黑黑C CY YM M紙紙R G B藍(lán)藍(lán)C CM M紙紙白光入射白光入射第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論CMYK與RGB對(duì)應(yīng)關(guān)系第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論HSI模型v HSI模型基于人類

6、對(duì)顏色的感覺(jué)，描述顏色的三個(gè)基本特征。用于調(diào)整顏色分量。 色相（或色度Hue） 是從物體反射或透過(guò)物體傳播的顏色。在 0 到 360 度的標(biāo)準(zhǔn)色輪上按位置度量的。由顏色名稱標(biāo)識(shí)，如紅、橙或綠。 飽和度（Saturation） 也稱色品，是指顏色的強(qiáng)度或純度。飽和度表示色相中灰成分所占的比例，用從 0%（灰色）到 100%（完全飽和）的百分比來(lái)度量。在標(biāo)準(zhǔn)色輪上，飽和度從中心向邊緣遞增。 亮度（Intensity ） 是顏色的相對(duì)明暗程度，通常用從 0%（黑）到 100%（白）的百分比來(lái)度量。第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論常見(jiàn)彩色模型常見(jiàn)彩色模型第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論三、視覺(jué)現(xiàn)象三、視覺(jué)現(xiàn)象v馬赫帶

7、：由幾個(gè)亮度逐漸減弱且連著一起的窄帶組成的圖像，每個(gè)窄帶內(nèi)的亮度是均勻分布的。 第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論亮度過(guò)沖亮度過(guò)沖馬赫帶效應(yīng)：由于人眼視覺(jué)系統(tǒng)有邊緣增強(qiáng)的作用，在亮度突馬赫帶效應(yīng)：由于人眼視覺(jué)系統(tǒng)有邊緣增強(qiáng)的作用，在亮度突變出會(huì)出現(xiàn)亮度過(guò)沖現(xiàn)象，即明暗邊界處亮的更亮，暗的更暗變出會(huì)出現(xiàn)亮度過(guò)沖現(xiàn)象，即明暗邊界處亮的更亮，暗的更暗。第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論視覺(jué)殘留視覺(jué)殘留v人眼對(duì)亮度的感覺(jué)不會(huì)隨亮度消失而立即消失第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論兩線段一樣長(zhǎng)？?jī)删€段一樣長(zhǎng)？錯(cuò)視現(xiàn)象錯(cuò)視現(xiàn)象v人眼對(duì)物體的形狀、大小感覺(jué)隨背景、布置條件不同而不同，會(huì)產(chǎn)生不存在的信息或錯(cuò)誤的物體幾何特性。第一章第一章 導(dǎo)

8、導(dǎo) 論論圓圈一樣大？圓圈一樣大？第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論一樣的月亮？一樣的月亮？第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論會(huì)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論波動(dòng)波動(dòng)第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論下不完的階梯下不完的階梯第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論數(shù)數(shù)有幾根柱子？數(shù)數(shù)有幾根柱子？第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論酒杯？人像？酒杯？人像？第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論數(shù)數(shù)多少個(gè)人像？數(shù)數(shù)多少個(gè)人像？第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論兩畫并存兩畫并存第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論畫中畫畫中畫第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論跑酷跑酷+錯(cuò)視錯(cuò)視第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論制作錯(cuò)視效果制作錯(cuò)視效果第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論2.2 圖像的表示圖像的表示v函數(shù)描述 二維平面靜止灰度

9、圖像 二維平面靜止彩色圖像 坐標(biāo)點(diǎn)（x，y）處像素的亮度用灰度表示，亮度范圍【Lmin,Lmax】或【0，L-1】( , )0( , )gf x yf x y ( , ),( , ),( , )rgbgfx yfx yfx y第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論函數(shù)描述圖像f（x，y）由照射分量i （x，y）和反射分量r （x，y）兩個(gè)光分量構(gòu)成，可表示為兩者之積。( , )( , )( , )0( , ),0( , )1gf x yi x yr x yi x yr x y 第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論矩陣表示矩陣表示一幅圖像若每行（即橫向）像素為N個(gè)，每列（即縱向）像素為M個(gè)，則圖像大小為MN個(gè)像素，從而f

10、(x,y)構(gòu)成一個(gè)MN實(shí)數(shù)矩陣： ) 1, 1() 0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 () 0 , 1 () 1, 0 () 1 , 0 () 0 , 0 (),(NMfMfNfffNfffyxfxy第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像坐標(biāo)圖像坐標(biāo)v矩陣是按照行列的順序來(lái)定位數(shù)據(jù)的，但是圖像是在平面上定位數(shù)據(jù)的，所以有一個(gè)坐標(biāo)系定義上的特殊性。v為了編程方便起見(jiàn)，我們這里以矩陣坐標(biāo)系矩陣坐標(biāo)系來(lái)定義圖像的坐標(biāo)。行（i）列（j）矩陣 A(i,j)矩陣坐標(biāo)系X軸（i）Y軸（j）圖像 f(i,j)直角坐標(biāo)系第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論 數(shù)字圖像根據(jù)灰度級(jí)數(shù)的差異可分為：黑白圖像、灰度圖像和彩色圖像。黑

11、白圖像黑白圖像 圖像的每個(gè)像素只能是黑或白，沒(méi)有中間的過(guò)渡，故又稱為二值圖像。二值圖像的像素值為0或1。例如011100001I不同種類圖像的矩陣表示不同種類圖像的矩陣表示第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論灰度圖像灰度圖像灰度圖像是指灰度級(jí)數(shù)大于2的圖像。但它不包含彩色信息。100220250180501202001500I第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論彩色圖像彩色圖像 彩色圖像是指每個(gè)像素由R、G、B分量構(gòu)成的圖像，其中R、B、G是由不同的灰度級(jí)來(lái)描述。00255800255240240255R02550160255255801600G25525525524000160800B第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論灰度圖

12、像矩陣表示示例灰度圖像矩陣表示示例灰度圖象灰度圖象(128x128)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值矩陣（僅列出一部分及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值矩陣（僅列出一部分(26x31)）125,153,158,157,127, 70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133, 60,133,154,158,100,116,120, 97, 74, 54, 74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115, 88, 49,155,163, 95,112,12

13、3,101,137,108, 81, 71, 63, 81,137,142,146,152,159,161,159,154,138, 81, 78, 84,114, 95,第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論彩色圖像矩陣表示示例彩色圖像矩陣表示示例(207,137,130) (220,179,163) (215,169,161) (210,179,172) (210,179,172) (207,154,146) (217,124,121) (226,144,133) (226,144,133) (224,137,124) (227,151,136) (227,151,136) (226,159,142)

14、(227,151,136) (230,170,154) (231,178,163) (231,178,163) (231,178,163) (236,187,171) (236,187,171) (239,195,176) (239,195,176) (240,205,187) (239,195,176) (231,138,123) (217,124,121) (215,169,161) (216,179,170) (216,179,170) (207,137,120) (159, 51, 71) (189, 89,101) (216,111,110) (217,124,121) (227,1

15、51,136) (227,151,136) (226,159,142) (226,159,142) (237,159,135) (237,159,135) (231,178,163) (236,187,171) (231,178,163) (236,187,171) (236,187,171) (236,187,171) (239,195,176) (239,195,176) (236,187,171) (227,133,118) (213,142,135) (216,179,170) (221,184,170) (190, 89, 89) (204,109,113) (204,115,118

16、) (189, 85, 97) (159, 60, 78) (136, 38, 65) (160, 56, 75) (204,109,113) (227,151,136) (226,159,142) (237,159,135) (227,151,136) 第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論2.3 圖像數(shù)字化圖像數(shù)字化第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像數(shù)字化圖像數(shù)字化第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像數(shù)字化過(guò)程圖像數(shù)字化過(guò)程 采樣采樣 空間數(shù)字化，將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)的操作 量化量化 函數(shù)值（像素灰度）數(shù)字化，將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值的過(guò)程第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像采樣圖像采樣v采樣是對(duì)圖像空間坐標(biāo)的

17、離散化。 用一個(gè)網(wǎng)格把待處理的圖像覆蓋，然后把 每一小格上模擬圖像的各個(gè)亮度取平均值， 作為該小方格中點(diǎn)的值。v重要參數(shù) 采樣間隔 根據(jù)采樣定理確定，反映細(xì)節(jié)的變化 采樣孔徑 大小、形狀 采樣方式 有縫、無(wú)縫、重疊采樣采 樣 行采 樣 列像 素行 間 隔采 樣 間 隔第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖像采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量v采樣對(duì)圖像的空間分辨率有較大影響。 空間分辨率指圖像單位范圍里像素的個(gè)數(shù)，影象清晰度的度量標(biāo)準(zhǔn)。單位 ppi 像素/英寸和dpi 點(diǎn)/英寸 可簡(jiǎn)化成橫向和縱向像素的數(shù)量，表示成水平點(diǎn)數(shù)垂直點(diǎn)數(shù)的形式。 圖片640480，分辨率307，200即30萬(wàn)像素 v采

18、樣間隔過(guò)大可導(dǎo)致像素塊狀的棋盤效應(yīng) 第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖像采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量相同清晰度下，圖像采樣間隔不同，圖片大小也會(huì)變化。采樣間隔越小，采樣像素越多，圖像越大。采樣間隔越小，采樣像素越多，圖像越大。第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖像采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖片大小一樣，圖像采樣間隔不同，圖片清晰度也會(huì)變化。采樣間隔越小，采樣像素越多，圖像越清晰。采樣間隔越小，采樣像素越多，圖像越清晰。第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖像采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量265x180133x9066x4533x22第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論采樣間隔與圖像質(zhì)量的

19、關(guān)系采樣間隔與圖像質(zhì)量的關(guān)系 第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像量化圖像量化v把采樣后所得的各像素灰度值轉(zhuǎn)換成離散整數(shù)量的過(guò)程稱為量化。v主要參數(shù) 灰度級(jí)（或灰度值）-像素明暗程度的整數(shù)。 灰度級(jí)數(shù)（或灰度級(jí)分辨率）-一幅數(shù)字圖像中不同灰度級(jí)的個(gè)數(shù)G。 256級(jí)灰度級(jí)數(shù)（8位） 64級(jí)灰度級(jí)數(shù)（6位）n位深g是表示存儲(chǔ)圖像像素灰度值所需的比特位數(shù)， G=2g 。第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像量化圖像量化對(duì)圖像質(zhì)量的影響對(duì)圖像質(zhì)量的影響v灰度級(jí)數(shù)代表數(shù)字圖像的層次,層次越多視覺(jué)效果越好 一般取大于6bit的量化灰度級(jí)別，若小于3bit會(huì)出現(xiàn)偽輪廓現(xiàn)象v灰度級(jí)數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)量成正比。 一幅大小為MN、灰度級(jí)數(shù)為

20、G的圖像所需的存儲(chǔ)空間，即圖像的數(shù)據(jù)量，大小為MNg （bit）第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論與數(shù)字圖像的質(zhì)量與數(shù)字圖像的質(zhì)量第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論 圖（a）（c） 極少數(shù)情況下對(duì)固定圖像大小時(shí)，減少灰度級(jí)能改善質(zhì)量，產(chǎn)生這種情況的最可能原因是減少灰度級(jí)一般會(huì)增加圖像的對(duì)比度。例如對(duì)細(xì)節(jié)比較豐富的圖像數(shù)字化。故量化級(jí)別不易過(guò)多，也不能過(guò)少故量化級(jí)別不易過(guò)多，也不能過(guò)少量化級(jí)別與圖像質(zhì)量的關(guān)系量化級(jí)別與圖像質(zhì)量的關(guān)系 第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系v 采樣 采樣間隔越大，圖像像素?cái)?shù)越少，空間分辨率越低，圖像質(zhì)量越差，但數(shù)據(jù)量??；反之亦然。

21、 細(xì)節(jié)豐富的圖像應(yīng)采用較小的采樣間隔。細(xì)節(jié)豐富的圖像應(yīng)采用較小的采樣間隔。v 量化 量化等級(jí)越多，得到圖像層次越豐富，灰度分辨率越高，圖像質(zhì)量越好，但數(shù)據(jù)量大；反之亦然。 灰度層次豐富的圖像應(yīng)采用較大的量化等級(jí)?；叶葘哟呜S富的圖像應(yīng)采用較大的量化等級(jí)。第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論思考：思考：1）對(duì)于人臉圖像（有大面積灰度變化緩慢的平滑區(qū)域），對(duì)于采樣間隔與灰度級(jí)數(shù)兩個(gè)參數(shù)，數(shù)字化時(shí)應(yīng)側(cè)重于哪個(gè)參數(shù)的選擇呢？ 粗采樣，細(xì)量化 側(cè)重灰度級(jí)數(shù)的增加第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論思考：思考：2）一幅圖像反映足球場(chǎng)上觀眾，將其數(shù)字化時(shí)又應(yīng)該側(cè)重于哪個(gè)參數(shù)的選擇？ 細(xì)節(jié)繁多 側(cè)重采樣間隔 的減少第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo)

22、論論2.3.5 圖像數(shù)字化設(shè)備的組成與性能圖像數(shù)字化設(shè)備的組成與性能v數(shù)字化設(shè)備的雙重功能：圖像輸入和數(shù)字化第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像數(shù)字化設(shè)備的組成圖像數(shù)字化設(shè)備的組成v組成部分： 采樣孔 圖像掃描機(jī)構(gòu) 光傳感器 CCD（光電耦合感應(yīng)器） CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體） 量化器 輸出存儲(chǔ)體第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論圖像數(shù)字化器的性能指標(biāo)圖像數(shù)字化器的性能指標(biāo)v空間分辨率：每英寸能采樣的像素?cái)?shù)，主流2400dpiv位深/色深：顏色數(shù) 真彩色24位，主流48位v圖像大?。篈3，A4等v掃描速度：采樣數(shù)據(jù)的傳輸速度第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論2.4 2.4 圖像灰度直方圖圖像灰度直方圖v反映了圖像灰

23、度分布的情況，圖像的基本統(tǒng)計(jì)特征之一。某灰度級(jí)頻率某灰度級(jí)頻率= =某灰度級(jí)像素個(gè)數(shù)某灰度級(jí)像素個(gè)數(shù)/ /像素總數(shù)像素總數(shù)【0 0，1 1】第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論灰度直方圖的兩種表示方法灰度直方圖的兩種表示方法v歸一化的直方圖v簡(jiǎn)化形式：縱坐標(biāo)直接表示為圖像中灰度級(jí)為i的像素個(gè)數(shù)，灰度級(jí)范圍【0，L-1】第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論0132132105762567160635122675365032272416225627601232121231231221v0=5/64v1=12/64v2=18/64v3=8/64已知某圖像矩陣表示，試畫出其灰度直方圖。1、圖像像素總數(shù)為8*8=64 灰度級(jí)范

24、圍為i=0,72、統(tǒng)計(jì)每個(gè)灰度級(jí)別的數(shù)量 分別計(jì)算每個(gè)灰度級(jí)別的頻率灰度直方圖的畫法灰度直方圖的畫法v4=1/64v5=5/64v6=8/64v7=5/64ivi0 1 2 3 4 5 6 718/64第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論練習(xí)：畫出以下圖像矩陣直方圖練習(xí)：畫出以下圖像矩陣直方圖解：圖像像素總數(shù)為 4*4=16 灰度級(jí)范圍為i=0,3第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論灰度圖像的直方圖灰度圖像的直方圖直方圖與圖像的什么特征有關(guān)系直方圖與圖像的什么特征有關(guān)系第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論灰度直方圖的性質(zhì)灰度直方圖的性質(zhì)1、灰度直方圖反映圖像特征 明、暗、對(duì)比度不同暗：左暗：左明：右明：右對(duì)比度低：對(duì)比度低： 中

25、中對(duì)比度高：對(duì)比度高：平均分布平均分布第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論灰度直方圖的性質(zhì)灰度直方圖的性質(zhì)圖（a） （b） （c） （d）直方圖第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論2、丟失了像素的空間信息。3、一幅圖像對(duì)應(yīng)唯一的灰度直方圖，但一副直方圖可對(duì)應(yīng)不同的圖像。4、一幅圖像分成多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的直方圖之和為原圖像的直方圖。灰度直方圖的性質(zhì)灰度直方圖的性質(zhì)a b直方圖b a第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論v用于判斷圖像量化是否恰當(dāng)用于判斷圖像量化是否恰當(dāng) 直方圖應(yīng)該利用全部灰度級(jí)范圍，否則相當(dāng)于增加了量化級(jí)別。超出處理范圍丟失的信息無(wú)法復(fù)原。 (a) 恰當(dāng)量化 (b)未能有效利用 (c)超過(guò)了動(dòng)態(tài)范圍直方圖的應(yīng)用直方

26、圖的應(yīng)用第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論v用于確定圖像二值化的閾值用于確定圖像二值化的閾值 直方圖具有二峰性，表明圖像較明與較暗區(qū)域可以很好的分離，取谷值作為閾值，可以得到很好的二值效果。TyxfTyxfyxg),(1),(0),(直方圖的應(yīng)用直方圖的應(yīng)用第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論具有二峰性的灰度圖象具有二峰性的灰度圖象第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論選擇146為閾值具有二峰性的灰度圖象具有二峰性的灰度圖象第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論v 當(dāng)影像上目標(biāo)的灰度值比其它部分灰度值大或者灰度區(qū)間已知時(shí)，可利用直方圖統(tǒng)計(jì)圖像中物體的面積統(tǒng)計(jì)圖像中物體的面積。 A =v 計(jì)算圖像平均信息量計(jì)算圖像平均信息量H（熵） Tiivn

27、102logLiiiPPH直方圖的應(yīng)用直方圖的應(yīng)用n為圖像像素總數(shù)vi為灰度級(jí)i的像素出現(xiàn)頻率圖像的灰度范圍為【0,L-1】Pi表示各灰度像素出現(xiàn)的概率各像素信息量為-log2Pi第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論P(yáng)hotoshop示例示例v圖像-調(diào)整-色階第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論MATLAB 命令命令I(lǐng)mread函數(shù)函數(shù)v讀寫圖像文件讀寫圖像文件v用于讀入各種圖像文件用于讀入各種圖像文件 如：如：a=imread(e:w01.tif)第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論MATLAB 命令命令 imshow函數(shù)函數(shù)v用于圖像文件的顯示用于圖像文件的顯示 如：如： i=imread(e:w01.tif); imsho

28、w(i);第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論MATLAB 命令命令 imhist函數(shù)函數(shù)v直方圖計(jì)算及顯示 vimhist(I, n)計(jì)算和顯示圖像I的直方圖，n為指定的灰度級(jí)數(shù)目，默認(rèn)為256。如果I是二值圖像，那么n僅有兩個(gè)值。vcounts,x = imhist(.)返回直方圖數(shù)據(jù)向量counts，相應(yīng)的灰度向量x。 如： i=imread(e:w01.tif); imhist(i);第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論2.5 2.5 圖像處理算法的形式圖像處理算法的形式 圖像處理基本功能的形式按圖像處理的輸出形式，圖像處理的基本功能可分為三種形式。1）單幅圖像 單幅圖像 ,如圖 (a)。 2）多幅圖像 單幅

29、圖像, 如圖 (b)。3）單（或多）幅圖像 數(shù)字或符號(hào)等，如圖 (c)。第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論1.局部處理局部處理v鄰域的概念鄰域的概念：對(duì)于任一像素（i，j），該像素周圍的像素構(gòu)成的集合（i+p,j+q），p、q取合適的整數(shù)，叫做該像素的鄰域。v常用的去心鄰域有4-鄰域、8-鄰域、D-領(lǐng)域。v局部處理：對(duì)輸入圖像IP（i,j）處理時(shí)，某一輸出像素JP(i,j)值由輸入圖像像素（i,j)及其鄰域N(IP(i,j)中的像素值確定。v如圖像平滑、濾波 圖像處理的具體算法圖像處理的具體算法),(),(jiIPNjiJPN第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論相鄰像素相鄰像素4鄰域鄰域v4鄰域：像素p(x,y)的

30、4鄰域是：(x+1, y)；(x-1, y)；(x, y+1)；(x, y-1)v用N4(p)表示像素p的4鄰域（x+1，y）（x-1，y）（x，y+1）（x，y-1）第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論相鄰像素相鄰像素D鄰域鄰域vD鄰域定義：像素p(x, y)的D鄰域是：對(duì)角上的點(diǎn)(x+1, y+1)；(x+1, y-1)；(x-1,y+1)；(x-1, y-1)v用ND(p)表示像素p的D鄰域（x-1，y+1）（x+1，y+1）（x-1，y-1）（x+1，y-1）（x，y）第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論相鄰像素相鄰像素8鄰域鄰域v8鄰域定義：4鄰域的點(diǎn) D鄰域的點(diǎn)v用N8(p)表示像素p的8鄰域（x-1，y

31、-1） （x-1，y） （x-1，y+1）（x+1，y-1） （x+1，y） （x+1，y+1）（x，y-1） （x，y+1）第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論v點(diǎn)處理點(diǎn)處理 輸出值JP(i,j)僅與IP(i,j)有關(guān)。 如圖像二值化v大局處理大局處理 輸出像素JP(i,j)的值取決于輸入圖像大范圍或全部像素的值 如傅里葉變換局部處理分類局部處理分類TyxfTyxfyxg),(1),(0),(第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論2.2.迭代處理迭代處理 反復(fù)對(duì)圖像進(jìn)行某種運(yùn)算直至滿足給定的條件，從而得到輸出圖像的處理形式稱為迭代處理。如圖的細(xì)化處理過(guò)程。 圖像處理的具體算法圖像處理的具體算法第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論

32、3.3.跟蹤處理跟蹤處理 選擇滿足適當(dāng)條件的像素作為起始像素起始像素，檢查輸入圖像和已得到的輸出結(jié)果，求出求出下一步應(yīng)該處理的像素下一步應(yīng)該處理的像素，進(jìn)行規(guī)定的處理，然后決定是繼續(xù)處理下面的像素，還是終止處理。這種處理形式稱為跟蹤處理。 如邊界線、等高線等的跟蹤。圖像處理的具體算法圖像處理的具體算法第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論4.4.窗口處理和模板處理窗口處理和模板處理 對(duì)圖像的處理，一般采用對(duì)整個(gè)畫面進(jìn)行處理，但也有只對(duì)畫面中特定的部分進(jìn)行處只對(duì)畫面中特定的部分進(jìn)行處理理的情況。這種處理方式的代表有窗口處理和模板處理。圖像處理的具體算法圖像處理的具體算法單獨(dú)對(duì)圖像中選定的矩形矩形區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)的

33、像素進(jìn)行處理的方式叫做窗口處理 第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論模板：任意形狀任意形狀的區(qū)域模板平面：一個(gè)和處理圖像相同大小的二維數(shù)組，用來(lái)存儲(chǔ)模板信息。一般是一幅二值圖像 若模板成矩形區(qū)域，則與窗口處理具有相同的效果，但窗口 處理與模板處理不同之處是后者必須設(shè)置一個(gè)模板平面。 圖像處理的具體算法圖像處理的具體算法 模板處理模板處理：對(duì)圖像中任意形狀區(qū)域進(jìn)行處理第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論5 5、串行處理和并行處理、串行處理和并行處理v 串行處理： 輸出像素的值的計(jì)算依賴于之前像素的結(jié)果，且只能依次處理而不能同時(shí)對(duì)所有像素同樣處理。 輸入領(lǐng)域+以前輸出像素-輸出像素值。 順序進(jìn)行v 并行處理：對(duì)圖像內(nèi)各像

34、素同時(shí)進(jìn)行相同運(yùn)算的處理方式。 輸入領(lǐng)域-輸出像素 各輸出值獨(dú)立計(jì)算 圖像處理的具體算法圖像處理的具體算法第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論v 圖像文件一般包括 文件大小，圖像長(zhǎng)、寬、大小等物理特征 彩色定義 色深、色平面數(shù)或調(diào)色板 描述圖像的位圖數(shù)據(jù)體 矩陣2.6 2.6 圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征 第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論常見(jiàn)的圖像文件格式常見(jiàn)的圖像文件格式vRAW格式 最簡(jiǎn)單的文件格式，無(wú)文件頭vBMP格式 WINDOWS綁定文件格式vPCX格式 適用時(shí)間最長(zhǎng)vGIF格式 文件頭包含標(biāo)志信息，可以存儲(chǔ)多幅圖像，多種壓縮方法vTIFF格式 多個(gè)位圖數(shù)據(jù)區(qū)，LZW壓縮算法，適用動(dòng)畫vJE

35、PG 格式 聯(lián)合圖像專家小組 壓縮算法第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論BMP（bitmap）格式）格式1. 位圖文件頭14字節(jié) 類型、大小、存放位置2. 位圖信息信息頭 40字節(jié) 尺寸、分辨率等彩色表 每種顏色8字節(jié) 3. 位圖數(shù)據(jù)第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論BMP格式格式: 位圖文件頭位圖文件頭 14字節(jié)字節(jié)vtypedef struct tagBITMAPFILEHEADERWORD bfType; /文件類型，必須是字符串”BM”DWORD bfSize; /指定文件大小WORD bfReserved1; /保留字，不考慮WORD bfReserved2; /保留字，不考慮DWORD bfOffBits; /從文件頭到位圖數(shù)據(jù)的偏移字節(jié)數(shù) BITMAPFILEHEADER;第一章第一章 導(dǎo)導(dǎo) 論論BMP格式格式:位圖信息頭位圖信息頭 40個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)v typedef struct tagBITMAPINFOHEADERDWOR