湖南大學(xué)圖像處理課程課件ppt

1、第2頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)2.1視覺原理視覺原理2.2 光度學(xué)和亮度視覺光度學(xué)和亮度視覺2.3 圖像感知與獲取圖像感知與獲取2.4圖像采樣和量化圖像采樣和量化2.5 像素空間的關(guān)系像素空間的關(guān)系2.6圖像的運(yùn)算圖像的運(yùn)算2.7 BMP圖像文件圖像文件第3頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n視覺過程視覺過程 包括包括:光學(xué)過程光學(xué)過程;化學(xué)過程化學(xué)過程; 神經(jīng)處理過程神經(jīng)處理過程n光學(xué)過程光學(xué)過程 物體在視網(wǎng)膜上成像物體在視網(wǎng)膜上成像第4頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n化學(xué)過程化學(xué)過程 接受光的能量并形成視覺圖案（確定成像的亮度接受光的能量并形成視覺圖案（確定成像的亮度或顏色）或顏色） 錐細(xì)胞和柱細(xì)胞（視網(wǎng)膜表面）

2、錐細(xì)胞和柱細(xì)胞（視網(wǎng)膜表面） （1）錐細(xì)胞：數(shù)量少，對(duì)顏色很敏感）錐細(xì)胞：數(shù)量少，對(duì)顏色很敏感 錐細(xì)胞視覺：明視覺或亮光視覺錐細(xì)胞視覺：明視覺或亮光視覺 （2）柱細(xì)胞：數(shù)量多，分辨率比較低；不感受）柱細(xì)胞：數(shù)量多，分辨率比較低；不感受 顏色并對(duì)低照度較敏感顏色并對(duì)低照度較敏感 柱細(xì)胞視覺：暗視覺或微光視覺柱細(xì)胞視覺：暗視覺或微光視覺第5頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n神經(jīng)處理過程神經(jīng)處理過程 對(duì)光的感覺轉(zhuǎn)換為對(duì)景物的知覺對(duì)光的感覺轉(zhuǎn)換為對(duì)景物的知覺 每個(gè)視網(wǎng)膜接收單元都與一個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞借助突每個(gè)視網(wǎng)膜接收單元都與一個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞借助突觸（觸（synapse）相連）相連 每個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞借助其它的突觸與其它

3、細(xì)胞連接每個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞借助其它的突觸與其它細(xì)胞連接，從而構(gòu)成光神經(jīng)（，從而構(gòu)成光神經(jīng)（optical nerve）網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò) 光神經(jīng)進(jìn)一步與大腦中的側(cè)區(qū)域光神經(jīng)進(jìn)一步與大腦中的側(cè)區(qū)域(side region of the brain)連接，并到達(dá)大腦中的紋狀皮層連接，并到達(dá)大腦中的紋狀皮層(striated cortex） 對(duì)光刺激產(chǎn)生的響應(yīng)經(jīng)過一系列處理最終形成關(guān)對(duì)光刺激產(chǎn)生的響應(yīng)經(jīng)過一系列處理最終形成關(guān)于場(chǎng)景的表象，從而將對(duì)光的感覺轉(zhuǎn)化為對(duì)景物于場(chǎng)景的表象，從而將對(duì)光的感覺轉(zhuǎn)化為對(duì)景物的知覺的知覺第6頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n整體視覺過程整體視覺過程視覺視覺 “視視” “覺覺”第7頁第2章

4、數(shù)字圖像基礎(chǔ)2.1視覺原理視覺原理2.2 光度學(xué)和亮度視覺光度學(xué)和亮度視覺2.3 圖像感知與獲取圖像感知與獲取2.4圖像采樣和量化圖像采樣和量化2.5 像素空間的關(guān)系像素空間的關(guān)系2.6圖像的運(yùn)算圖像的運(yùn)算2.7 BMP圖像文件圖像文件第8頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n輻射度學(xué)輻射度學(xué) 研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科 光是一種電磁輻射光是一種電磁輻射n光度學(xué)光度學(xué) 研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科 光輻射的功率或光輻射量：光通量光輻射的功率或光輻射量：光通量 光通量的單位：光通量的單位：lm（流明）（流明）第9頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n點(diǎn)光源點(diǎn)光源 線度足夠小，或距離觀察者足

5、夠遠(yuǎn)線度足夠小，或距離觀察者足夠遠(yuǎn) 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度I：點(diǎn)光源沿某個(gè)方向上單位立體角：點(diǎn)光源沿某個(gè)方向上單位立體角d 內(nèi)發(fā)出的光通量?jī)?nèi)發(fā)出的光通量d 單位：?jiǎn)挝唬篶d（坎）（坎） 1 cd = 1 lm / sr (球面度球面度)rd點(diǎn)光源QddI第10頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n亮度（亮度（brightness/lumiance） 單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度 單位：?jiǎn)挝唬篶d/m2第11頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n照度（照度（illumination） 一個(gè)被光源照射的表面上的照度定義為照射在單位面積一個(gè)被光源照射的表面上的照度定義為照射在單位面積上的光通量。設(shè)面元上的光通量。

6、設(shè)面元dS上的光通量為上的光通量為d ，則此面元上的，則此面元上的照度照度E為：為： 單位：?jiǎn)挝唬簂x（勒（勒克斯克斯），），1 lx = 1 lm / m2n說明說明 照度：是光源對(duì)物體輻射的一種量度照度：是光源對(duì)物體輻射的一種量度 表表2.3.2 亮度：觀察者看到的物體表面反射光強(qiáng)的量度亮度：觀察者看到的物體表面反射光強(qiáng)的量度 表表2.3.1 d dSE第12頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)第13頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)第14頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n成像模型成像模型 2-D亮度函數(shù)：亮度函數(shù)：f (x, y) 亮度是能量的量度，一定不為零且為有限值亮度是能量的量度，一定不為零且為有限值 光輻射形成物體

7、上能量分布：兩部分光輻射形成物體上能量分布：兩部分 (1) 入射到可見場(chǎng)景上的光量：照度成分入射到可見場(chǎng)景上的光量：照度成分 i (x, y) (2) 場(chǎng)景中目標(biāo)對(duì)入射光的反射比率：場(chǎng)景中目標(biāo)對(duì)入射光的反射比率： 反射成分反射成分 r (x, y),(0yxf第15頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n圖像成像模型圖像成像模型 f (x, y)與與 i (x, y)和和 r (x, y)都成正比都成正比 i (x, y)的值是由光源決定的的值是由光源決定的 r (x, y)的值是由場(chǎng)景中的目標(biāo)特性所決定的的值是由場(chǎng)景中的目標(biāo)特性所決定的 典型值：黑天鵝絨典型值：黑天鵝絨0.01;0.01;不繡鋼不繡鋼0.6

8、5;0.65; 粉刷的白墻平面粉刷的白墻平面0.80;0.80;白雪白雪0.930.93),(),(),(yxryxiyxf),(0yxi1),(0yxr第16頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)2.1視覺原理視覺原理2.2 光度學(xué)和亮度視覺光度學(xué)和亮度視覺2.3 圖像感知與獲取圖像感知與獲取2.4圖像采樣和量化圖像采樣和量化2.5 像素空間的關(guān)系像素空間的關(guān)系2.6圖像的運(yùn)算圖像的運(yùn)算2.7 BMP圖像文件圖像文件第17頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n圖像數(shù)字化圖像數(shù)字化 將代表圖像的連續(xù)將代表圖像的連續(xù)(模擬模擬)信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散(數(shù)字?jǐn)?shù)字)信信號(hào)的過程稱為圖像數(shù)字化號(hào)的過程稱為圖像數(shù)字化 步驟：采

9、樣和量化步驟：采樣和量化 主要技術(shù)主要技術(shù) 成像：光信息成像：光信息電信號(hào)電信號(hào) 模數(shù)轉(zhuǎn)換（模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D Converter ）n數(shù)字化（采集）設(shè)備數(shù)字化（采集）設(shè)備 基于圖像采集卡或圖像卡基于圖像采集卡或圖像卡 （掃描儀）（掃描儀） 本身帶有數(shù)字化部件本身帶有數(shù)字化部件 （數(shù)碼相機(jī)）（數(shù)碼相機(jī)）第18頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n關(guān)鍵部件：固體成像設(shè)備關(guān)鍵部件：固體成像設(shè)備 電荷耦合器件電荷耦合器件CCD (Charge Coupled Devices) 利用電荷存儲(chǔ)、傳送和讀取方式進(jìn)行工作利用電荷存儲(chǔ)、傳送和讀取方式進(jìn)行工作 特點(diǎn)：精確、尺寸小、靈敏度高、分辨率高特點(diǎn)：精確、尺寸小、靈敏度高

10、、分辨率高 主要設(shè)備：攝象機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)主要設(shè)備：攝象機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī) 互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor) 特點(diǎn)：集成性好，體積更小特點(diǎn)：集成性好，體積更小 主要設(shè)備：可攝像手機(jī)主要設(shè)備：可攝像手機(jī)第19頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)2.1視覺原理視覺原理2.2 光度學(xué)和亮度視覺光度學(xué)和亮度視覺2.3 圖像感知與獲取圖像感知與獲取2.4圖像采樣和量化圖像采樣和量化2.5 像素空間的關(guān)系像素空間的關(guān)系2.6圖像的運(yùn)算圖像的運(yùn)算2.7 BMP圖像文件圖像文件第20頁第2章

11、數(shù)字圖像基礎(chǔ)n實(shí)例：數(shù)字化過程實(shí)例：數(shù)字化過程第21頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n采樣（采樣（Sampling） 空間坐標(biāo)的離散化稱為空間采樣，簡(jiǎn)稱采樣，確空間坐標(biāo)的離散化稱為空間采樣，簡(jiǎn)稱采樣，確定了圖像的空間分辨率定了圖像的空間分辨率 即用空間上部分點(diǎn)的灰度值代表圖像。這些點(diǎn)稱為采即用空間上部分點(diǎn)的灰度值代表圖像。這些點(diǎn)稱為采樣點(diǎn)樣點(diǎn) 兩種方式兩種方式 點(diǎn)陣采樣：直接對(duì)表示圖像的二維函數(shù)值進(jìn)行采樣，點(diǎn)陣采樣：直接對(duì)表示圖像的二維函數(shù)值進(jìn)行采樣，所得的結(jié)果就是一個(gè)樣點(diǎn)值序列所得的結(jié)果就是一個(gè)樣點(diǎn)值序列 正交系數(shù)采樣：先將圖像函數(shù)進(jìn)行某種正交變換，用正交系數(shù)采樣：先將圖像函數(shù)進(jìn)行某種正交變換，用其變

12、換系數(shù)作為采樣值其變換系數(shù)作為采樣值 第22頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n量化（量化（Quantization） 對(duì)采樣點(diǎn)亮度（灰度）值的離散化過程。確定了圖像對(duì)采樣點(diǎn)亮度（灰度）值的離散化過程。確定了圖像的灰（幅）度分辨率的灰（幅）度分辨率 兩種量化：均勻量化、非均勻量化兩種量化：均勻量化、非均勻量化 均勻量化均勻量化: 將樣點(diǎn)灰度級(jí)值等間隔分檔取整，稱為均勻量化將樣點(diǎn)灰度級(jí)值等間隔分檔取整，稱為均勻量化 非均勻量化非均勻量化: 將樣點(diǎn)灰度級(jí)值不等間隔分檔取整將樣點(diǎn)灰度級(jí)值不等間隔分檔取整n采樣和量化的級(jí)數(shù)采樣和量化的級(jí)數(shù) 假定圖像取假定圖像取MN個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)樣點(diǎn)值進(jìn)行個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)樣點(diǎn)值進(jìn)行G級(jí)分

13、檔級(jí)分檔取整取整 M,N,G 一般總是取成一般總是取成2的整數(shù)次冪的整數(shù)次冪 M=2m；N=2n；G=2k第23頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)第24頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n數(shù)字圖像表示數(shù)字圖像表示 函數(shù)：函數(shù)：2-D數(shù)組數(shù)組f (x, y) 矩陣矩陣 矢量矢量MNMMNNfffffffff212222111211FNfffF21NifffMiiii , 2, 1,T21f元素元素 稱稱為為像素像素(Pixel)第25頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ) 可視方式可視方式 像素區(qū)域中心像素區(qū)域中心 像素區(qū)域像素區(qū)域 幅度（灰度）值幅度（灰度）值第26頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)灰度圖像：?jiǎn)紊?，一元組彩色圖像：RGB三色，三

14、元組第27頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n圖像質(zhì)量圖像質(zhì)量 指標(biāo)：對(duì)比度、亮度和飽和度指標(biāo)：對(duì)比度、亮度和飽和度 對(duì)比度：是指一幅圖像中灰度反差的大小對(duì)比度：是指一幅圖像中灰度反差的大小第28頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n圖像質(zhì)量（續(xù)）圖像質(zhì)量（續(xù)） 亮度亮度 亮度是指顏色的明暗程度亮度是指顏色的明暗程度明度越高色彩越鮮亮明度越高色彩越鮮亮 飽和度飽和度 色飽和度表示光線的彩色色飽和度表示光線的彩色深淺度或鮮艷度，取決于彩深淺度或鮮艷度，取決于彩色中的白色光含量，白光含色中的白色光含量，白光含量越高，即彩色光含量就越量越高，即彩色光含量就越低，色彩飽和度即越低，反低，色彩飽和度即越低，反之亦然之亦然第29頁

15、第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n空間分辨率和灰（幅）度分辨率空間分辨率和灰（幅）度分辨率 數(shù)字圖像數(shù)字圖像 圖像（水平）尺寸圖像（水平）尺寸 M： 圖像（垂直）尺寸圖像（垂直）尺寸 N： 像素灰度級(jí)數(shù)像素灰度級(jí)數(shù) G (k-bit)： 圖像所需的位數(shù)圖像所需的位數(shù) b：mM2nN2kG2)(2NMkNkNMb) 1, 1() 1 , 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()0 , 0(),(MNfNfNfMfffMfffyxf第30頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ) 例如：例如：存儲(chǔ)存儲(chǔ)1幅幅32 32，16個(gè)灰度級(jí)的圖需要個(gè)灰度級(jí)的圖需要 4,096 b

16、it存儲(chǔ)存儲(chǔ)1幅幅128 128，64個(gè)灰度級(jí)的圖需要個(gè)灰度級(jí)的圖需要 98,304 bit存儲(chǔ)存儲(chǔ)1幅幅512 512，256個(gè)灰度級(jí)的圖需要個(gè)灰度級(jí)的圖需要 2,097,152 bit 第31頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)第32頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)空間分辨率變化所產(chǎn)生的效果空間分辨率變化所產(chǎn)生的效果(a )512512(b )256256(c ) 128128(d ) 6464(e) 3232(f) 1616圖像質(zhì)量隨圖像質(zhì)量隨N的增加而增加的增加而增加第33頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ) 圖像灰度分辨率變化所產(chǎn)生的效果圖像灰度分辨率變化所產(chǎn)生的效果(a )256(b )64(c ) 16(d ) 8(

17、e) 4(f) 2圖像質(zhì)量隨圖像質(zhì)量隨G ( k )的增加而的增加而增加增加第34頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ) 空間和灰度分辨率同時(shí)變化空間和灰度分辨率同時(shí)變化(a ) 256256 ，128(b )181181，64(c ) 128128，32(d ) 9090，16(e) 6464，8(f) 4545，4第35頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)第36頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)2.1視覺原理視覺原理2.2 光度學(xué)和亮度視覺光度學(xué)和亮度視覺2.3 圖像感知與獲取圖像感知與獲取2.4圖像采樣和量化圖像采樣和量化2.5 像素空間的關(guān)系像素空間的關(guān)系2.6 圖像的運(yùn)算圖像的運(yùn)算2.7 BMP圖像文件圖像文件第37頁第2章

18、 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n2.5.1 像素的鄰域與連接像素的鄰域與連接n2.5.2 連通性連通性n2.5.3 距離度量距離度量 圖像由像素組成，像素在圖像空間上圖像由像素組成，像素在圖像空間上按規(guī)律排列，相互之間有一定的聯(lián)系按規(guī)律排列，相互之間有一定的聯(lián)系第38頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n像素的鄰域鄰接關(guān)系像素的鄰域鄰接關(guān)系 4鄰域鄰域N4(p)： p(x, y): (x+1, y); (x-1, y) (x, y+1); (x, y-1) 對(duì)角鄰域?qū)青徲騈D(p): p(x, y): (x-1, y-1); (x+1, y-1) (x-1, y+1); (x+1, y+1) 8-鄰域鄰域N8(p)：注意

19、：邊緣像素的鄰域注意：邊緣像素的鄰域第39頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n連接連接(connectivity) 鄰接僅考慮像素間的空間關(guān)系鄰接僅考慮像素間的空間關(guān)系 連接：空間上鄰接且像素灰度值相似連接：空間上鄰接且像素灰度值相似 兩個(gè)像素是否連接：兩個(gè)像素是否連接： (1) 是否接觸（鄰接）是否接觸（鄰接） (2) 灰度值是否滿足某個(gè)特定的相似準(zhǔn)則灰度值是否滿足某個(gè)特定的相似準(zhǔn)則 .灰度值相等灰度值相等 .同在一個(gè)灰度值集合中同在一個(gè)灰度值集合中第40頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ) 三種連接：三種連接： 假設(shè)假設(shè)V為灰度值集合為灰度值集合（1)4連接連接2個(gè)像素個(gè)像素 p 和和 r 在在V 中取值中取值且且

20、 r 在在N4(p)中中 (2)8連接連接2個(gè)像素個(gè)像素 p 和和 r 在在V 中取值中取值且且 r 在在N8(p)中中011100000011100000第41頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)例子：例子：V =1(a)(b)stst如何保證像素如何保證像素 s 到到 t 間存間存在一條不含回路的通路？在一條不含回路的通路？st第42頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)(3)m-連接（混合連接）連接（混合連接）2個(gè)像素個(gè)像素 p 和和 r 在在V 中取值，且滿足下列條件之一中取值，且滿足下列條件之一 r 在在N4(p)中中 r 在在ND(p)中且集合中且集合N4(p)N4(r)是空集是空集 （這個(gè)集合是由（這個(gè)集合是

21、由 p 和和 r 的在的在V中取值的中取值的4-連接像素組成的）連接像素組成的）假設(shè)假設(shè)V 1實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：當(dāng)像素間同當(dāng)像素間同時(shí)存在時(shí)存在4-連接和連接和8-連連接時(shí)，優(yōu)先采用接時(shí)，優(yōu)先采用4-連連接，屏蔽兩個(gè)和同接，屏蔽兩個(gè)和同一像素間存在一像素間存在4-連接連接的像素之間的的像素之間的8-連接連接第43頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n像素的連通像素的連通 反映兩個(gè)像素間的空間關(guān)系反映兩個(gè)像素間的空間關(guān)系（1）通路）通路 像素像素p(x, y)到像素到像素q(s, t)的一條通路的一條通路由一系列具有坐標(biāo)由一系列具有坐標(biāo)(x0,y0), (x1,y1) ,(xi, yi) ,(xn, yn)的獨(dú)立像

22、素組成。這里的獨(dú)立像素組成。這里 (x,y)= (x0,y0), (xn, yn) = (s, t),且且 (xi, yi)與與 (xi-1,yi-1)鄰接鄰接。其中。其中1in，n為為通路長(zhǎng)度通路長(zhǎng)度 通路種類：通路種類：4-通路；通路；8-通路；通路；m-通路通路pq第44頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n像素的連通（續(xù)）像素的連通（續(xù)）(2)連通：通路上的所有像素灰度值滿足相似準(zhǔn)則連通：通路上的所有像素灰度值滿足相似準(zhǔn)則 即：即： (xi,yi)與與 (xi-1,yi-1)連接連接 種類：種類：4-連通；連通；8-連通；連通；m-連通連通 實(shí)例：像素實(shí)例：像素p和和q間（右圖）間（右圖） 4-連通

23、：不存在連通：不存在 8-連通：兩條連通：兩條 m-連通：連通：1條條pq第45頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)像素集合的鄰接和連通像素集合的鄰接和連通 對(duì)對(duì)2個(gè)圖像子集個(gè)圖像子集 S 和和 T 來說，如果來說，如果S中的一個(gè)或一些像中的一個(gè)或一些像素與素與 T 中的一個(gè)或一些像素鄰接，則可以說中的一個(gè)或一些像素鄰接，則可以說2個(gè)圖像子集個(gè)圖像子集S 和和 T 是鄰接的是鄰接的 完全在一個(gè)圖像子集中的像素組成的通路上的像素集完全在一個(gè)圖像子集中的像素組成的通路上的像素集合構(gòu)成該圖像子集中的一個(gè)連通組元合構(gòu)成該圖像子集中的一個(gè)連通組元 如果如果 S 中只有中只有1個(gè)連通組元，即個(gè)連通組元，即 S 中所有像

24、素都互相中所有像素都互相連通，則稱連通，則稱 S 是一個(gè)連通集是一個(gè)連通集第46頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n距離距離 定義：對(duì)于像素定義：對(duì)于像素p, q和和z, 分別具有坐標(biāo)分別具有坐標(biāo)(x, y), (s, t), (u, v), 如果：如果： (a) D(p, q)0 D(p, q)= 0, 當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng) p=q (b) D(p, q)= D(q, p) (c) D(p, z) D(p, q) + D(q, z)則則D是距離函數(shù)或度量是距離函數(shù)或度量第47頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n歐氏距離歐氏距離De 定義定義 距點(diǎn)距點(diǎn) (x, y) 的的 De 距離小于或等于某一值距離小于或等于某一值

25、r的像素形成一個(gè)中心在的像素形成一個(gè)中心在 (x, y) 的半徑為的半徑為 r 的圓平面的圓平面2122)()(),(tysxqpDe第48頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)nD4距離（城市距離）距離（城市距離） 定義定義 距點(diǎn)距點(diǎn)(x, y)的的D4距離小于或等于某一值距離小于或等于某一值 r 的像素的像素形成一個(gè)中心在形成一個(gè)中心在(x, y)的菱形的菱形 D41的像素是的像素是(x, y)的的N4tysxqpD),(4第49頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)nD8距離（棋盤距離）距離（棋盤距離） 定義定義(x, y)的的D8距離小于或等于某一值距離小于或等于某一值 r的像素的像素形成一個(gè)中心在形成一個(gè)中心在(x

26、, y)的正方形的正方形(x, y),max(),(8tysxqpD第50頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)距離量度函數(shù)距離量度函數(shù)距離計(jì)算示例距離計(jì)算示例DE = 5 D4 = 7 D8 = 4第51頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)wwwwtysxqpD/1),(范數(shù)和距離范數(shù)和距離 wwwdxxff/1)(第52頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)用距離定義鄰域用距離定義鄰域考慮在空間點(diǎn)考慮在空間點(diǎn) (xp, yp)的象素的象素 p4-鄰域鄰域N4(p)8-鄰域鄰域N8(p)1),( )(44rpDrpN1),( )(88rpDrpN第53頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n注意注意 D距離與像素的點(diǎn)坐標(biāo)相關(guān)距離與像素的點(diǎn)坐標(biāo)相關(guān) 與像

27、素間的連通性無關(guān)與像素間的連通性無關(guān) D4和和D8距離可以看作是通路上連接的數(shù)目最小值距離可以看作是通路上連接的數(shù)目最小值n考慮連通性考慮連通性 D距離為通路上的最少連接數(shù)距離為通路上的最少連接數(shù) D4、D8和和Dm 如果像素如果像素p和和q間無連接，則距離是無窮大間無連接，則距離是無窮大 以后的距離隱含連通性以后的距離隱含連通性第54頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n例：已知例：已知 p=q=1，計(jì)算，計(jì)算p，q間的間的D4，D8和和Dm3, 2, 1, 03, 2, 0, 14, 2, 4, 12, 2, 084848484mmmmDDDtsDDDtsDDDtsDDDts則若則若則若則若第55頁第2

28、章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)2.1視覺原理視覺原理2.2 光度學(xué)和亮度視覺光度學(xué)和亮度視覺2.3 圖像感知與獲取圖像感知與獲取2.4圖像采樣和量化圖像采樣和量化2.5 像素空間的關(guān)系像素空間的關(guān)系2.6 圖像的運(yùn)算圖像的運(yùn)算2.7 BMP圖像文件圖像文件第56頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n算術(shù)運(yùn)算：加法算術(shù)運(yùn)算：加法 定義：定義： C(x, y) = A(x, y) + B(x, y) 主要應(yīng)用主要應(yīng)用 去除去除“疊加性疊加性”噪音噪音 生成圖像疊加效果生成圖像疊加效果 去除去除“疊加性疊加性”噪音噪音 對(duì)于原圖像對(duì)于原圖像f(x，y)，有一個(gè)噪音圖像集，有一個(gè)噪音圖像集 gi(x, y) i =1,2,.M其

29、中：其中：gi(x, y) = f(x, y) + h(x, y)iM個(gè)圖像的均值定義為：個(gè)圖像的均值定義為：g(x, y) = (g0(x, y)+g1(x, y)+ gM(x, y) /M當(dāng)：噪音當(dāng)：噪音h(x，y)i為互不相關(guān)，且均值為為互不相關(guān)，且均值為0時(shí)，時(shí)，上述圖像均值將降低噪音的影響。上述圖像均值將降低噪音的影響。第57頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)噪聲圖像噪聲圖像1 噪聲圖像噪聲圖像2 噪聲圖像噪聲圖像3 噪聲圖像噪聲圖像4噪聲圖像噪聲圖像5 噪聲圖像噪聲圖像6 噪聲圖像噪聲圖像7 噪聲圖像噪聲圖像8第58頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ) 原始圖像原始圖像 降噪后圖像降噪后圖像第59頁第2章

30、數(shù)字圖像基礎(chǔ)n算術(shù)運(yùn)算：加法算術(shù)運(yùn)算：加法 生成圖像疊加效果生成圖像疊加效果對(duì)于兩個(gè)圖像對(duì)于兩個(gè)圖像f(x, y)和和h(x, y)的均值有：的均值有：g(x, y) = 1/2f(x, y) + 1/2h(x, y)會(huì)得到二次暴光的效果。推廣這個(gè)公式為：會(huì)得到二次暴光的效果。推廣這個(gè)公式為：g(x, y) = f(x, y) + h(x, y)其中其中+= 1 可以得到各種圖像合成的效果可以得到各種圖像合成的效果 也可以用于兩幅圖像的銜接也可以用于兩幅圖像的銜接+=第60頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n算術(shù)運(yùn)算：減法算術(shù)運(yùn)算：減法 定義定義: C(x, y) = A(x, y) - B(x, y)

31、主要應(yīng)用主要應(yīng)用 去除不需要的疊加性圖案去除不需要的疊加性圖案 檢測(cè)同一場(chǎng)景兩幅圖像之間的變化檢測(cè)同一場(chǎng)景兩幅圖像之間的變化 計(jì)算物體邊界的梯度計(jì)算物體邊界的梯度 去除不需要的疊加性圖案去除不需要的疊加性圖案 設(shè)：背景圖像設(shè)：背景圖像b(x, y)，前景背景混合圖像，前景背景混合圖像f(x, y)g(x, y) = f(x, y) b(x, y)g(x, y) 為去除了背景的圖像。為去除了背景的圖像。第61頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)鄉(xiāng)村公路鄉(xiāng)村公路第62頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)打破寧靜的不速之客打破寧靜的不速之客第63頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)模糊的影像模糊的影像第64頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)第65頁第2

32、章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n算術(shù)運(yùn)算：減法算術(shù)運(yùn)算：減法 檢測(cè)同一場(chǎng)景兩幅圖像之間的變化檢測(cè)同一場(chǎng)景兩幅圖像之間的變化 設(shè)：設(shè)： 時(shí)間時(shí)間1的圖像為的圖像為T1(x, y)， 時(shí)間時(shí)間2的圖像為的圖像為T2(x, y) g(x, y) = T2 (x, y) - T1(x, y) = =- -第66頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)例例 用圖象求差檢測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息用圖象求差檢測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息圖(a)到圖(c)為一個(gè)視頻序列中的連續(xù)三幀，圖(d)給出第1幀和第2幀的差，圖(e)給出第2幀和第3幀的差，圖(f)給出第1幀和第3幀的差。 (a)(c)(b) (d)(e)(f)第67頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)22,max,1,1

33、f x yf x yijxyffxyf x yf xyf x yf x y定義梯度圖象f x, yf x, yf x, y嚴(yán)格意義上：求梯度嚴(yán)格意義上：求梯度運(yùn)算是鄰域運(yùn)算的一運(yùn)算是鄰域運(yùn)算的一種應(yīng)用。種應(yīng)用。第68頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)肺癌穿刺細(xì)胞病理涂片圖象肺癌穿刺細(xì)胞病理涂片圖象第69頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)肺癌穿刺細(xì)胞病理涂片圖象肺癌穿刺細(xì)胞病理涂片圖象的梯度圖像的梯度圖像第70頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n算術(shù)運(yùn)算：乘法算術(shù)運(yùn)算：乘法 定義：定義：C(x, y) = A(x, y) * B(x, y) 主要應(yīng)用主要應(yīng)用 圖像的局部顯示圖像的局部顯示用二值蒙板圖像與原圖像做乘法用二值蒙板圖像與

34、原圖像做乘法可用于去除圖像中部分影像。首先構(gòu)造一副掩膜圖像，在需要保留區(qū)域，圖像灰度值為1；而在被去除區(qū)域，圖像灰度值為0；然后將掩膜圖像乘原始圖像。第71頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算:求反求反 定義：定義：g(x, y) = 255 - f(x, y) 主要應(yīng)用舉例主要應(yīng)用舉例獲得一個(gè)反圖像獲得一個(gè)反圖像獲得一個(gè)子圖像的補(bǔ)圖像獲得一個(gè)子圖像的補(bǔ)圖像第72頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算:異或異或 定義：定義： g(x, y) = f(x, y) h(x, y) 主要應(yīng)用舉例主要應(yīng)用舉例 獲得相交子圖像獲得相交子圖像 = =第73頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算:或

35、運(yùn)算或運(yùn)算 定義：定義： g(x, y) = f(x, y) v h(x, y) 主要應(yīng)用主要應(yīng)用 合并子圖像合并子圖像 = =第74頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算: 與運(yùn)算與運(yùn)算 定義定義: g(x, y) = f(x, y) h(x, y) 主要應(yīng)用主要應(yīng)用 求兩個(gè)子圖像的相交子圖求兩個(gè)子圖像的相交子圖 = =第75頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)與、或可用于從一幅圖像中提取子圖像。第76頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)2.1視覺原理視覺原理2.2 光度學(xué)和亮度視覺光度學(xué)和亮度視覺2.3 圖像感知與獲取圖像感知與獲取2.4圖像采樣和量化圖像采樣和量化2.5 像素空間的關(guān)系像素空間的關(guān)系2.6 圖像的

36、運(yùn)算圖像的運(yùn)算2.7 BMP圖像文件圖像文件第77頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n說明說明 BMP圖像文件格式是圖像文件格式是Windows所采用的圖像文件格式，幾乎所采用的圖像文件格式，幾乎所有的所有的Windows上的應(yīng)用軟件上的應(yīng)用軟件都支持這種圖像文件都支持這種圖像文件 BMP文件結(jié)構(gòu)可以分成文件信文件結(jié)構(gòu)可以分成文件信息、圖像信息、調(diào)色板數(shù)據(jù)和息、圖像信息、調(diào)色板數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)四個(gè)部分。圖像數(shù)據(jù)四個(gè)部分。文件信息文件信息圖像信息圖像信息調(diào)色板數(shù)據(jù)調(diào)色板數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)第78頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n文件信息文件信息偏移偏移(字節(jié)字節(jié))長(zhǎng)度長(zhǎng)度（字節(jié)）（字節(jié)）名稱名稱描述描述02bfType

37、ASCII碼碼“BM”， BMP文件標(biāo)文件標(biāo)記記24bfSize文件長(zhǎng)度，文件長(zhǎng)度， 以字節(jié)為單位以字節(jié)為單位62bfReserved082bfReserved0104bfOffbits圖像數(shù)據(jù)開始偏移量（相對(duì)頭）圖像數(shù)據(jù)開始偏移量（相對(duì)頭）第79頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)偏移偏移 長(zhǎng)度長(zhǎng)度 名稱名稱 描述描述 14 4 biSize 頭的大小，頭的大小，40字節(jié)字節(jié) 18 4 biWidth 圖像寬度（像素）圖像寬度（像素） 22 4 biHeight 圖像高度圖像高度 26 2 biPlanes 圖像位平面數(shù)目，圖像位平面數(shù)目，1 28 2 biBitCount 像素位數(shù)目：像素位數(shù)目：1，4

38、，8，24 30 4 biCompressin 壓縮類型壓縮類型0 34 4 biSizeImage 壓縮圖像大小壓縮圖像大小 38 4 biXPelsPerMeter 水平分辨率水平分辨率(每米像素?cái)?shù)每米像素?cái)?shù)) 42 4 biYPelsPerMeter 垂直分辨率垂直分辨率(每米像素?cái)?shù)每米像素?cái)?shù)) 46 4 biClrUsed 彩色數(shù)目彩色數(shù)目( 50 4 biClrImportant “重要顏色重要顏色”數(shù)目數(shù)目第80頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n調(diào)色板數(shù)據(jù)調(diào)色板數(shù)據(jù) 調(diào)色板數(shù)據(jù)緊接在圖像信息之后，用于說明位圖調(diào)色板數(shù)據(jù)緊接在圖像信息之后，用于說明位圖的顏色，它有若干個(gè)表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)是的顏色，

39、它有若干個(gè)表項(xiàng)，每個(gè)表項(xiàng)是4個(gè)域組個(gè)域組成的結(jié)構(gòu)體，確定了一種顏色成的結(jié)構(gòu)體，確定了一種顏色 組成組成 BYTE rgbBlue;藍(lán)色的亮度值。此值藍(lán)色的亮度值。此值0255 BYTE rgbGreen;綠色的亮度值。此值綠色的亮度值。此值0255 BYTE rgbRed;紅色的亮度值。此值紅色的亮度值。此值0255 BYTE rgbReserved;此值必須此值必須0 調(diào)色板中表項(xiàng)的個(gè)數(shù)由圖像所使用的顏色數(shù)決定調(diào)色板中表項(xiàng)的個(gè)數(shù)由圖像所使用的顏色數(shù)決定第81頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n調(diào)色板數(shù)據(jù)調(diào)色板數(shù)據(jù) 若不是真彩色圖像，表項(xiàng)的個(gè)數(shù)與圖像使若不是真彩色圖像，表項(xiàng)的個(gè)數(shù)與圖像使用的顏色數(shù)相同，每個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)了一種顏用的顏色數(shù)相同，每個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)了一種顏色色 若圖像為真彩色，若圖像為真彩色， 每個(gè)像素所占的位數(shù)每個(gè)像素所占的位數(shù)biBitCount=24，則圖像數(shù)據(jù)的每，則圖像數(shù)據(jù)的每3個(gè)字節(jié)代個(gè)字節(jié)代表一個(gè)像素，這表一個(gè)像素，這3個(gè)字節(jié)分別定義了像素顏個(gè)字節(jié)分別定義了像素顏色中藍(lán)、綠、紅的亮度，因而就省去了調(diào)色中藍(lán)、綠、紅的亮度，因而就省去了調(diào)色板。色板。第82頁第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)n圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù) 圖像數(shù)據(jù)也叫位圖陣列，它記錄了圖像的每一個(gè)圖像數(shù)據(jù)也叫位圖陣列，它記錄了圖像的每一個(gè)像素值，在生成圖像文件時(shí)，像素值，