數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)知識PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)知識數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)知識第2頁/共75頁第3頁/共75頁M像素N像素像素?cái)?shù)字圖像（MN像素）F=矩陣表示（M行N列矩陣）數(shù)字圖像的矩陣表示 N,M1 ,M2 , 21 , 2N, 12 , 11 , 1fffffff第4頁/共75頁第5頁/共75頁第6頁/共75頁1.抽樣（采樣，SAMPLING） 空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)（抽樣點(diǎn)，即像素，PIXEL）的集合的一種操作。即圖像空間坐標(biāo)(x,y)的數(shù)字化被稱為圖像抽樣。 NM 確定水平和垂直方向上的像素個數(shù)M、N 。第7頁/共75頁第8頁/共75頁第9頁/共75頁圖像的采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量265180133 9066

2、4533 222.1.2 圖像的數(shù)字化第10頁/共75頁第11頁/共75頁Zi+1ZZi-1Qi+1QQi-1連續(xù)的灰度值 量化值（整數(shù)值）量化黑色 灰色 白色 從白到黑的連續(xù)變化黑色灰色白色灰度標(biāo)度2552541281001128254255灰度級的分配把從白到黑的灰度值(gray level)量化成8比特2.1.2 圖像的數(shù)字化第12頁/共75頁第13頁/共75頁圖像的量化與數(shù)字圖像的質(zhì)量256灰度級16灰度級8灰度級4灰度級2.1.2 圖像的數(shù)字化第14頁/共75頁 3. 非均勻取樣和量化 非均勻取樣 在變化大細(xì)節(jié)多的區(qū)域較精（密）取樣 平坦變化緩慢區(qū)域較粗（稀）取樣 2.1.2 圖像的

3、數(shù)字化第15頁/共75頁2.1.2 圖像的數(shù)字化 非均勻量化 在邊界附近（灰度劇烈變化區(qū)）量化級少 灰度級變化比較平滑的區(qū)域量化級多,避免或減少由于量化的太粗糙，在灰度級變化比較平滑的區(qū)域出現(xiàn)假輪廓的現(xiàn)象第16頁/共75頁n需求相應(yīng)降低需求相應(yīng)降低2.1.2 圖像的數(shù)字化第17頁/共75頁第18頁/共75頁16個層次的圖像256個層次的圖像 64個層次的圖像第19頁/共75頁第20頁/共75頁亮度第21頁/共75頁對比度第22頁/共75頁尺寸大小第23頁/共75頁細(xì)微層次第24頁/共75頁顏色飽和度第25頁/共75頁第26頁/共75頁2.1.4 圖像的顏色2.1.4 圖像的顏色17世紀(jì)，牛頓通

4、過用三棱鏡研究對白光的折射發(fā)現(xiàn)，白光可被分解成一系列從紅到紫的連續(xù)光譜。證明白光是由不同顏色（這些顏色不能再進(jìn)一步分解）的光線相混合而組成的。一個物體反射的光若在所有的可見光波長范圍內(nèi)是平衡的，對觀察者來說顯示白色。若一個物體對有限的可見光譜范圍反射，則物體呈現(xiàn)某種顏色。第27頁/共75頁 可見光 無線電波 射線 X射線紫 外線 紅外線 微波 超短短波中波 長波0.01nm 1nm 0.1 10 0.1cm 10cm 10m 1km 100km 電磁波譜分布 紫 藍(lán) 青 綠 黃 橙 紅 0.38 0.43 0.47 0.5 0.56 0.59 0.62 0.76(m)2.1.4 圖像的顏色第2

5、8頁/共75頁2.彩色模型（也稱彩色空間或彩色系統(tǒng)） 彩色模型：抽象表示和描述顏色的方法 RGB模型 CMYK模型 CIE模型 HSI模型2.1.4 圖像的顏色第29頁/共75頁第30頁/共75頁400 450 500 550 600 650 700100806040200藍(lán)綠紅波長（nm)光吸收特性%三種不同頻率響應(yīng)的錐細(xì)胞，各對紅、綠、藍(lán)具有最強(qiáng)的響應(yīng)，彩色的識別功能2.1.4 圖像的顏色第31頁/共75頁 CIE模型2.1.4 圖像的顏色第32頁/共75頁紅青黃藍(lán)RGB模型綠洋紅(0,1,0)(0,0,1)(1,0,0)白黑第33頁/共75頁2.1.4 圖像的顏色 在RGB彩色空間的原點(diǎn)

6、上，任一基色均沒有亮度，即原點(diǎn)為黑色。三基色都達(dá)到最高亮度時則表現(xiàn)為白色。亮度較低的等量的三種基色產(chǎn)生灰色的影調(diào)。所有這些點(diǎn)均落在彩色立方體的對角線上，該對角線被稱為灰色線。彩色立方體中有三個角對應(yīng)于三基色紅、綠和藍(lán)色。剩下的三個角對應(yīng)于黃色，青色和洋紅（品紅）。 最直接的方法是使用紅，綠，藍(lán)的亮度值，大小限定到一定范圍，如0到1或0到255。我們把這種約定稱為RGB格式。每個像素（任何可能要量化的顏色）都能用三維空間中第一象限的一個點(diǎn)來表示，如上頁圖中的彩色立方體所示。 第34頁/共75頁2.1.4 圖像的顏色RGB圖像R分量圖像G分量圖像B分量圖像第35頁/共75頁 CMY(青、洋紅、黃)

7、、CMYK (青、洋紅、黃、黑） 運(yùn)用在大多數(shù)在紙上沉積彩色顏料的設(shè)備，如彩色打印機(jī)和復(fù)印機(jī)。 CMYK 打印中的主要顏色是黑色 等量的CMY原色產(chǎn)生黑色，但不純 在CMY基礎(chǔ)上，加入黑色，形成CMYK彩色空間2.1.4 圖像的顏色紅青黃藍(lán)綠洋紅白黑第36頁/共75頁第37頁/共75頁白紅綠藍(lán)S0I黑240120H柱形彩色空間0紅藍(lán)240綠120HS色環(huán)HSI模型第38頁/共75頁HSI（色調(diào)、飽和度、亮度） 兩個特點(diǎn)： I分量與圖像的彩色信息無關(guān) H和S分量與人感受顏色的方式是緊密相連的 將亮度(I)與色調(diào)（H）和飽和度（S）分開 避免顏色受到光照明暗(I)等條件的干擾 僅僅分析反映色彩本質(zhì)

8、的色調(diào)和飽和度 廣泛用于計(jì)算機(jī)視覺、圖像檢索和視頻檢索2.1.4 圖像的顏色第39頁/共75頁3) 彩色空間轉(zhuǎn)換2.1.4 圖像的顏色第40頁/共75頁 彩色空間轉(zhuǎn)換2.1.4 圖像的顏色注意：有關(guān)RGB與HIS之間的轉(zhuǎn)換公式的推導(dǎo)請參見數(shù)字圖像處理（K.R.Castleman著，朱志剛等翻譯，電子工業(yè)出版社），第21章。第41頁/共75頁2.1.4 圖像的顏色H分量圖像S分量圖像I分量圖像RGB圖像第42頁/共75頁第43頁/共75頁第44頁/共75頁第45頁/共75頁第46頁/共75頁 把圖像存儲到能按比特進(jìn)行存取的二維數(shù)組即比特面（bit plane）中的方式。對于n個比特的濃淡圖像，要

9、準(zhǔn)備n個比特面。在比特面k中（k=0，1，.，n-1），存儲的是以二維形式排列著的各個像素值的第k比特（0或者1）的數(shù)據(jù)。另一方面，也有n個同樣大小的二維數(shù)組，把它作為n個比特面考慮，從而把二維圖像存儲到各比特面中。比特面方式 以比特面作為單位進(jìn)行處理時，其優(yōu)點(diǎn)是能夠在各面間進(jìn)行高效率的邏輯運(yùn)算，存儲設(shè)備利用率高等，但也存在對濃淡圖像的處理上耗費(fèi)時間的問題。 面 面 n-1 2 1 0 2 1 0 1*(i,j)1*1*1*(i,j)11 0 1n-1n比特第(i,j)像素的灰度值MN（如：灰度100與01100100對應(yīng)）第47頁/共75頁M行12:J:(i,j)N像素地址 (i-1)*M+

10、j一維數(shù)組 行 1 2 3 j MM 把圖像數(shù)據(jù)存儲到一維數(shù)組中第48頁/共75頁第49頁/共75頁4像素灰度值的平均值I088錐形結(jié)構(gòu)II 22I1 44第50頁/共75頁第51頁/共75頁二值圖像（0，1的分布）圖像的4杈樹第52頁/共75頁第53頁/共75頁5. 多波段圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在彩色圖像（紅、綠、藍(lán)），或把同一對象用多個不同的波長拍攝的多波段圖像（多譜圖像）中，各個像素包含著多個圖像的信息。這類圖像數(shù)據(jù)的處理，以多譜圖像為例，有下列方法： 按每個波段存儲圖像， 按每個掃描線存儲各個波段的數(shù)據(jù)， 按每個像素存儲各個波段的數(shù)據(jù)。第54頁/共75頁第55頁/共75頁 D-鄰域定義 像素p(x,y)的D-鄰域是：(x+1,y+1) ；(x+1,y-1)； (x-1,y+1)； (x-1,y-1) 用ND(p)表示p的D-鄰域。第56頁/共75頁 8-鄰域定義 像素p(x,y)的8-鄰域是：4-鄰域的點(diǎn)加上對角上的點(diǎn)(x+1,y+1)；(x+1,y-1) ；(x-1,y+1)； (x-1,y-1)。 用N8(p)表示p的8-鄰域。2.1.6 像素間的一些基本關(guān)系第57頁/共75頁第