第2章數(shù)字圖像的基本知識ppt課件

1、第第2 2章章 數(shù)字圖像的基本知識數(shù)字圖像的基本知識 本章介紹數(shù)字圖像的描述方法。討論內(nèi)容如下：本章介紹數(shù)字圖像的描述方法。討論內(nèi)容如下：2.1 彩色計色體系彩色計色體系2.2 位圖圖像的組成位圖圖像的組成2.3 VC+下位圖文件數(shù)據(jù)的讀取與顯示下位圖文件數(shù)據(jù)的讀取與顯示2.4 灰度直方圖灰度直方圖 位圖文件的讀取與顯示是圖像處理和分析的最基本操作，必須熟位圖文件的讀取與顯示是圖像處理和分析的最基本操作，必須熟練掌握。練掌握。 直方圖是評價、處理和分析圖像效果的有力工具；是本章的重點直方圖是評價、處理和分析圖像效果的有力工具；是本章的重點之一。之一。 2.1 2.1 彩色計色體系彩色計色體系

2、2.1.1 2.1.1 像素像素 將一幅摸擬圖象劃分為很多逐行逐列排列的點，每一點稱為一個像將一幅摸擬圖象劃分為很多逐行逐列排列的點，每一點稱為一個像素。像素是組成圖像的最小單位。素。像素是組成圖像的最小單位。 對于一幅彩色圖象，每個像素需要用對于一幅彩色圖象，每個像素需要用3 3個量來描述。個量來描述。（1 1） 用用 RGB RGB 三基色描述像素三基色描述像素 R 紅色分量紅色分量 ，G 綠色分量，綠色分量，B 藍色分量藍色分量R、G、B按不同的比例混合，可得到不同的顏色。按不同的比例混合，可得到不同的顏色。例：例： 24位真彩色圖像，位真彩色圖像， 每個分量用一個字節(jié)表示，值范圍為每個

3、分量用一個字節(jié)表示，值范圍為0255。 能表達的顏色數(shù)目為能表達的顏色數(shù)目為 2563 = 16777216 種，足以描述自然界種，足以描述自然界中的絕大部分顏色。中的絕大部分顏色。 目前，目前，.BMP文件大部分都是這種格式。文件大部分都是這種格式。2.1.2 2.1.2 計色體系計色體系（2 2） 用用 YUV YUV 分量描述像素分量描述像素 Y 亮度分量亮度分量 ，U 藍差分量，藍差分量，V 紅差分量紅差分量已知已知RGB，可求出，可求出YUV：Y = 0.30R + 0.59G + 0.11BU = BY= 0.30R 0.59G + 0.89BV= RY = 0.7R 0.59G

4、0.11B矩陣形式：矩陣形式：BGRVUY11. 059. 070. 089. 059. 030. 011. 059. 030. 0 亮度分量代表像素的明暗程度，對于圖像的清晰度起決定性作用。亮度分量代表像素的明暗程度，對于圖像的清晰度起決定性作用。 由于由于U U、V V分量是三基色分量中扣除色度信號的結(jié)果，因此不包括分量是三基色分量中扣除色度信號的結(jié)果，因此不包括 亮度成分。亮度成分。 U U、V V分量代表像素的顏色，根據(jù)分量代表像素的顏色，根據(jù)“大面積著色原理大面積著色原理”，對圖像的，對圖像的清清 晰度影響不大。晰度影響不大。（3 3） 用用 YSC YSC 分量描述像素分量描述像素

5、 Y 亮度分量亮度分量 ，S 色飽和度分量，色飽和度分量，C 色調(diào)分量色調(diào)分量已知已知YUV ，可求出，可求出YSC：22VUSUVactgC 色飽和度色飽和度 S 代表顏色的深淺，代表顏色的深淺，色彩色彩 C 代表顏色的種類。代表顏色的種類。S和和C統(tǒng)稱為色度。統(tǒng)稱為色度。UVCS0建立直角坐標(biāo)系建立直角坐標(biāo)系U-V，那么，那么:S為色度的大小，為色度的大小，C為色度的輻角為色度的輻角例：純紅色像素，三基色值為例：純紅色像素，三基色值為 R=255，G=0，B=0。分別用。分別用YUV和和YSC 計色制表示該像素。計色制表示該像素。 Y=0.3255 + 0.590 + 0.110=76.5

6、 77 U=BY=0 77= 77 V=RY=255 77= 178 S= (-77)2 + (178) 2 0.5 = 193.9 C=arctg ( 178 /77) = arctg(2.31 ) = 113UVC=113S=193.90771788 種標(biāo)準(zhǔn)顏色的種標(biāo)準(zhǔn)顏色的 YSC 值如下表：值如下表：名稱名稱白白紅紅綠綠藍藍黃黃青青品品黑黑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無意義無意義 1131356173293 45無意義無

7、意義UV紅紅113將標(biāo)準(zhǔn)顏色畫在將標(biāo)準(zhǔn)顏色畫在U-V坐標(biāo)系中，稱為彩色坐標(biāo)系中，稱為彩色矢量圖。矢量圖。青青293品品45綠綠225藍藍354黃黃173例：有一像素，三基色值為例：有一像素，三基色值為 R=100，G=50，B=200。試判斷該像素的顏色。試判斷該像素的顏色。 Y=0.3100 + 0.5950 + 0.11200 = 81.5 （較暗）（較暗） U=BY=50 81.5= 31.5 V=RY=100 81.5= 19.5 S= ( 31.5)2 + (19.5) 2 0.5 = 37 (顏色深淺中等）顏色深淺中等） C=arctg ( 19.5 / 31.5) = arctg

8、(0.62 ) = 32（紫偏藍）（紫偏藍）若知一個像素的三基色值，由彩色矢量圖，很容易判斷該若知一個像素的三基色值，由彩色矢量圖，很容易判斷該像素的顏色。像素的顏色。R=100，G=50，B=200UV紅紅113青青293品品45綠綠225藍藍354黃黃1732.2 位圖圖像的組成位圖圖像的組成位圖位圖BITMAP）：）： 由逐行逐列的像素排列構(gòu)成的圖像。由逐行逐列的像素排列構(gòu)成的圖像。 各像素的存儲順序與像素在圖像中的坐標(biāo)位置成一定的影射關(guān)系。各像素的存儲順序與像素在圖像中的坐標(biāo)位置成一定的影射關(guān)系。 沒有經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮，圖像質(zhì)量高。但數(shù)據(jù)量大。沒有經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮，圖像質(zhì)量高。但數(shù)據(jù)量大。 顯

9、示時不存在解壓縮過程，顯示速度快。顯示時不存在解壓縮過程，顯示速度快。圖像文件：圖像文件： 圖像文件的格式主要有：圖像文件的格式主要有： 位圖文件位圖文件 .BMP。 Windows系統(tǒng)定義的一種圖像文件，直接記錄系統(tǒng)定義的一種圖像文件，直接記錄 三基色，未壓縮，圖像質(zhì)量高。三基色，未壓縮，圖像質(zhì)量高。 .JPG文件。采用專門方法進行壓縮，壓縮是有損的，圖像質(zhì)量有文件。采用專門方法進行壓縮，壓縮是有損的，圖像質(zhì)量有 一定的損失。允許損失越大，能獲得的壓縮比越高。一定的損失。允許損失越大，能獲得的壓縮比越高。 其他格式。如其他格式。如 .GIF、.TIFF等。等。 本節(jié)將重點介紹本節(jié)將重點介紹.

10、BMP文件的結(jié)構(gòu)。文件的結(jié)構(gòu)。2.2.1 2.2.1 基本概念基本概念 BMP文件由文件由4部分組成：部分組成： 文件頭、信息頭、彩色表調(diào)色板）、位圖點陣文件頭、信息頭、彩色表調(diào)色板）、位圖點陣2.2.2 BMP2.2.2 BMP文件的結(jié)構(gòu)文件的結(jié)構(gòu)文件頭文件頭信息頭信息頭彩色表彩色表位圖位圖點陣點陣（1文件頭，共文件頭，共14字節(jié)。在字節(jié)。在VC中用一個結(jié)構(gòu)類型描述：中用一個結(jié)構(gòu)類型描述：tydef sturct WORD bfType; /.BMP文件的標(biāo)志文件的標(biāo)志,必須為必須為“BM的的ASC碼碼 DWORD bfSize; /.BMP文件的大小以字節(jié)為單位）文件的大小以字節(jié)為單位）

11、WORD bfReserved1; /保管，必須為保管，必須為0X0000 WORD bfReserved2; /保管，必須為保管，必須為0X0000 DWORD bfOffBits; /從文件開頭到位圖數(shù)據(jù)開始的字節(jié)數(shù)從文件開頭到位圖數(shù)據(jù)開始的字節(jié)數(shù) BITMAPFILEHEADER;文件頭文件頭信息頭信息頭彩色表彩色表位圖位圖點陣點陣（2信息頭，共信息頭，共40個字節(jié)。在個字節(jié)。在VC中用一個結(jié)構(gòu)類型描述：中用一個結(jié)構(gòu)類型描述：tydef sturct DWORD biSize； /本信息頭占用的字節(jié)數(shù)本信息頭占用的字節(jié)數(shù): 0 x28 LONG biWidth；/圖像的寬度以像素點為單位

12、）圖像的寬度以像素點為單位） LONG biHeight；/圖像的高度以像素點為單位）圖像的高度以像素點為單位） WORD biPlanes；/彩色表。彩色表。24位位.BMP文件為文件為0 x1，無彩色表，無彩色表 WORD biBitCount； /一個像素點數(shù)據(jù)的位數(shù)一個像素點數(shù)據(jù)的位數(shù) DWORD biCompression；/壓縮方式，壓縮方式，0 x0為未壓縮為未壓縮 DWORD biSizeImage； /圖象尺度圖象尺度 LONG biXPelsPerMeter； /水平分辨率水平分辨率 LONG biYPelsPerMeter； /垂直分辨率垂直分辨率 DWORD biClr

13、Used； /使用的顏色數(shù)使用的顏色數(shù) DWORD biClrImportant; /重要顏色數(shù)重要顏色數(shù) BITMAPINFOHEADER； 文件頭文件頭信息頭信息頭彩色表彩色表位圖位圖點陣點陣（3彩色表彩色表 對于對于24位位BMP圖像，每像素的三基色分別用圖像，每像素的三基色分別用3個字節(jié)記錄，個字節(jié)記錄，不需要彩色表。不需要彩色表。 對于對于256色色BMP圖像，每像素用一個字節(jié)記錄，該字節(jié)表示圖像，每像素用一個字節(jié)記錄，該字節(jié)表示顏色的編號。什么編號代表什么顏色，由彩色表決定。顏色的編號。什么編號代表什么顏色，由彩色表決定。 通過像素編號查找彩色表，通過像素編號查找彩色表，從而獲得該

14、像素的從而獲得該像素的RG B值。值。B0G0R0B1G1R1B255G255R2550號顏色號顏色1號顏色號顏色255號顏色號顏色文件頭文件頭信息頭信息頭彩色表彩色表位圖位圖點陣點陣（4位圖點陣位圖點陣 24位位BMP圖像，逐行逐列記錄各像素的三基色值：圖像，逐行逐列記錄各像素的三基色值： 每像素點占用每像素點占用3個個BYTE，分別為，分別為B，G，R。則一行像素至。則一行像素至少要占用少要占用3n個字節(jié)。位圖電陣用一維數(shù)組存放，順序為：個字節(jié)。位圖電陣用一維數(shù)組存放，順序為： （1從最下面的一行開始，逐行存放，直到第從最下面的一行開始，逐行存放，直到第0行；行； （2當(dāng)一行占用的字節(jié)數(shù)不

15、是當(dāng)一行占用的字節(jié)數(shù)不是4的整數(shù)倍時，應(yīng)補充的整數(shù)倍時，應(yīng)補充13個個無效字節(jié)，使一行占用的字節(jié)數(shù)能被無效字節(jié)，使一行占用的字節(jié)數(shù)能被4整除。所補充的無效整除。所補充的無效字節(jié)可為任意值，不會影響圖像內(nèi)容。字節(jié)可為任意值，不會影響圖像內(nèi)容。 例：設(shè)圖像為例：設(shè)圖像為638480寬寬高），則每行占用的有效高），則每行占用的有效字節(jié)數(shù)為字節(jié)數(shù)為6383=1914。但。但1914不能被不能被4整除，應(yīng)補充兩個無整除，應(yīng)補充兩個無效字節(jié)，即每行占用的字節(jié)數(shù)為效字節(jié)，即每行占用的字節(jié)數(shù)為1916。那么：。那么： 第第i行、第行、第j 列像素的藍色分量在一維數(shù)組中的下標(biāo)為列像素的藍色分量在一維數(shù)組中的下標(biāo)

16、為: (480-1-i)1916+j3 第第i行、第行、第j 列像素的綠色分量在一維數(shù)組中的下標(biāo)為列像素的綠色分量在一維數(shù)組中的下標(biāo)為: (480-1-i)1916+j3 + 12.3 VC+下位圖文件數(shù)據(jù)的讀取與顯示下位圖文件數(shù)據(jù)的讀取與顯示BITMAPFILEHEADER FileHead; /存放文件頭存放文件頭BITMAPINFOHEADER InfoHead; /存放信息頭存放信息頭LPBYTE lpImage; /存放位圖點陣，顯示時需要存放位圖點陣，顯示時需要/存放像素的三基色值，存放像素的三基色值，480列，列，640行行struct BYTE B; /紅色分量紅色分量 BYT

17、E G; /藍色分量藍色分量 BYTE R; /綠色分量綠色分量 C3480640; /存放像素的存放像素的YSC值，值， 480列，列，640行行struct BYTE Y; /亮度亮度 BYTE S; /色飽和度色飽和度 BYTE C; /色彩色彩 YSC480640; （1定義全局變量。一般在類的頭文件中定義定義全局變量。一般在類的頭文件中定義（2打開打開BMP文件，讀取像素。關(guān)鍵代碼如下文件，讀取像素。關(guān)鍵代碼如下:CFile f;BOOL OK=f.Open( PathName, / PathName= BMP文件名文件名 CFile:modeRead|CFile:typeBinar

18、y|CFile:shareExclusive, NULL );if(!OK) return; /如果打開失敗如果打開失敗f.Read(&FileHead,sizeof(FileHead); /讀取文件頭讀取文件頭f.Read(&InfoHead,sizeof(InfoHead); /讀取信息頭讀取信息頭short x,y,z; /計算每行字節(jié)數(shù)計算每行字節(jié)數(shù)z=(InfoHead.biWidth/4)*4+(InfoHead.biWidth%4 = = 0 ? 0 : 4); f.Seek(FileHead.bfOffBits,0); /移動文件指針，指向像素點存放的開始位置移

19、動文件指針，指向像素點存放的開始位置f.Read(lpImage,InfoHead.biHeight*z*3); /讀取全部像素讀取全部像素f.Close(); /關(guān)閉文件關(guān)閉文件 （3顯示圖像。調(diào)用下面的程序斷可顯示位圖顯示圖像。調(diào)用下面的程序斷可顯示位圖:CClientDC dc(this); /建立客戶區(qū)繪圖對象建立客戶區(qū)繪圖對象dc.SetStretchBltMode(COLORONCOLOR); /按可延伸的彩色影射模式繪圖按可延伸的彩色影射模式繪圖:StretchDIBits ( dc.GetSafeHdc(), /得到繪圖對象的句柄得到繪圖對象的句柄 0,0,640,480, /客戶區(qū)中的矩形左上角坐標(biāo)，右下角坐標(biāo)）客戶區(qū)中的矩形左上角坐標(biāo)，右下角坐標(biāo)） 0,0,InfoHead.biWidth,InfoHead.biHeight, /源圖像中的矩形源圖像中的矩形 lpImage, /存放位圖點陣的內(nèi)存區(qū)存放位圖點陣的內(nèi)存區(qū) (LPBITMAPINFO) &InfoHead, /存放信息頭的內(nèi)存區(qū)存放信息頭的內(nèi)存區(qū) DIB_RGB_COLORS, /按三基色格式按三基色格式 SRCCOPY /將圖像拷貝到顯存將圖像拷貝到顯存);（3從位圖點陣中提取各像素的從位圖點陣中提取各像素