數(shù)字圖像處理技術(shù)(ppt-72頁(yè))課件

1、數(shù) 字 圖 像 處 理（Digital Image Processing)主講人：唐朝飛數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)數(shù)字圖像處理概述Visual C+數(shù)字編程基礎(chǔ)兩種基本的運(yùn)算 點(diǎn)運(yùn)算 正交變換1.1 引言 視覺是人類從大自然獲取信息的最主要的手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在人類獲取的信息中，視覺信息占60%，聽覺信息占20%， 其它的如味覺信息、觸覺信息加起來約占20%。由此可見，視覺信息對(duì)人類的重要性，而圖像正是人類獲取視覺信息的重要手段。所謂“圖”，就是物體透射或反射光的分布；“像”是人的視覺系統(tǒng)接收視覺信息而在人的大腦中形成的印象或認(rèn)識(shí)。前者是客觀存在的，而后者是人的感覺，圖像應(yīng)是兩者的結(jié)合，在圖像處理中，僅僅把

2、圖像看成是二維平面或三維立體空間中具有明暗或第一章 數(shù)字圖像處理概述 色彩變化的光分布是不全面的。 圖像處理就是對(duì)圖像信息進(jìn)行加工，以滿足人的視覺或心理或應(yīng)用的需求的行為。圖像處理有兩種方法：光學(xué)法和電子學(xué)（數(shù)字）法。前者已經(jīng)有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，從簡(jiǎn)單的光學(xué)濾波到現(xiàn)在的激光全息技術(shù)，光學(xué)處理理論已經(jīng)日趨完善。它的特點(diǎn)是處理速度快，信息容量大，分辨率高，但是光學(xué)處理的精度不夠高，穩(wěn)定性差，操作不方便。數(shù)字圖像處理就是利用計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字硬件，對(duì)圖像信息轉(zhuǎn)換而得的電信號(hào)進(jìn)行某些數(shù)學(xué)運(yùn)算，以提高圖像的實(shí)用性。比如從衛(wèi)星圖片中獲取目標(biāo)物的特征參數(shù)。數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)是處理精度高，而且可以通過改進(jìn)處理軟件

3、來優(yōu)化處理效果，操作方便，但是數(shù)字圖像處理的數(shù)據(jù)量非常大，處理速度慢，從而限制了數(shù)字圖像處理的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高，這將大大促進(jìn)數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展。 1.2 數(shù)字圖像處理概述 數(shù)字圖像處理包括以下幾方面的內(nèi)容： 點(diǎn)運(yùn)算 點(diǎn)運(yùn)算主要是針對(duì)圖像的像素進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算。它能夠有效的改進(jìn)圖像的直方圖分布。幾何處理 幾何處理主要包括圖像的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、扭曲校正等。它是最常見的圖像處理手段。正交變換 正交變換的主要目的就是將圖像信息從空域轉(zhuǎn)到變換域進(jìn)行研究，包括離散傅立葉變換（DFT）、離散余弦變換（DCT）、沃爾什變換（DWT）、小波變換等。圖像的增強(qiáng)

4、圖像在轉(zhuǎn)換和傳送過程中，總要造成圖像的某些降質(zhì)。比如：在攝像時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)的失真、大氣流動(dòng)會(huì)使圖像模糊；在圖像的數(shù)字化過程中（掃描、采樣、量化），會(huì)引入噪聲；在傳輸過程中，由于噪聲污染，圖像的質(zhì)量會(huì)有所下降。為了改善圖像的質(zhì)量，有兩種方法：一類是不考慮圖像降質(zhì)的原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇的突出，而衰減次要信息；這種方法能提高圖像的可讀性，但改善后的圖像不一定逼近原始圖像，如衰減各種噪聲、突 出目標(biāo)的輪廓等。這種方法稱為圖像的增強(qiáng)。另一類方法是針對(duì)圖像降質(zhì)的原因，設(shè)法去補(bǔ)償降質(zhì)因素，從而使改善后的圖像盡可能的逼近原始圖像。這種方法稱為圖像的復(fù)原。圖像的復(fù)原圖像的形態(tài)學(xué)處理 圖像的形態(tài)學(xué)處理

5、是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的延伸，利用圖像的形態(tài)學(xué)處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)圖像的腐蝕、細(xì)化和分割等。圖像的編碼 它的主要目的是利用圖像信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征及人類視覺特性對(duì)圖像進(jìn)行高效編碼，從而達(dá)到圖像壓縮的目的。 圖像的重建 圖像的重建起源于CT技術(shù)的發(fā)展，是一門新興的數(shù)字圖像處理技術(shù)，主要是利用采集的圖像數(shù)據(jù)重建出圖像。模式識(shí)別 模式識(shí)別也是圖像處理的一個(gè)新興的研究方向，目前模式識(shí)別的方法主要有三種：統(tǒng)計(jì)識(shí)別法、句法結(jié)構(gòu)模式識(shí)別法和模糊識(shí)別法。1.3 數(shù)字圖像處理的基本術(shù)語(yǔ)一、像素 在自然的形式下，圖像不能直接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信息，所以一幅圖像在由計(jì)算機(jī)處理之前必須先轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式。如何用一個(gè)數(shù)

6、字陣列來表示一個(gè)物理圖像？物理圖像首先被劃分為若干小的區(qū)域，最常見的劃分方案是劃分成小的方形的采樣網(wǎng)格。這些采樣方格被稱為圖像元素，簡(jiǎn)稱像素。將物理圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的處理過程稱為數(shù)字化。在數(shù)字化的過程中，每個(gè)像素位置，圖像的亮度被采樣和量化，從而得到圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)上表示亮暗程度的一個(gè)整數(shù)值。對(duì)所有的像素都完成轉(zhuǎn)化后，圖像就被表示成一個(gè)整數(shù)矩陣。由此可見，像素有兩個(gè)屬性：位置和灰度 數(shù)字圖像在顯示屏幕上顯示時(shí)，它的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)顯示器的一個(gè)點(diǎn)。顯示時(shí)采用掃描的方式：電子槍每次從左到右掃描一行，為每個(gè)像素著色，然后再?gòu)纳系瓜聮呙枵麄€(gè)屏幕，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)就可以顯示出一屏完整的圖像。為了防止閃爍，

7、每秒要重復(fù)上述過程及十次。我們常說的屏幕分辨率為 ，刷新頻率85Hz，每行掃描1024個(gè)像素，一共要掃描768行，每秒重復(fù)掃描屏幕85次。二、對(duì)比度 對(duì)比度是指圖像中灰度反差的大小。三、采樣密度 采樣密度是指在圖像單位長(zhǎng)度包含的采樣點(diǎn)數(shù)。采樣密度的倒數(shù)是像素間距。四、色彩系統(tǒng) 為了呈現(xiàn)五彩繽紛的圖像，我們必須對(duì)圖像的像素進(jìn)行著色。首先我們先討論常用的色彩系統(tǒng)。RGB色彩系統(tǒng) 眾所周知，自然界中的所有顏色都可以由紅、綠、藍(lán)（R、G、B）3原色組合而成。我們把3原色人為地分成從0到255共256個(gè)等級(jí)，比如R=0，表示不含紅色；R=255表示含有100%的紅色成分。這樣，根據(jù)紅、綠、藍(lán)各種不同的組

8、合我們可以表示出 （約1600萬(wàn)）種顏色。 當(dāng)一幅圖像中每個(gè)像素點(diǎn)被賦予不同的RGB值時(shí)，就能形成彩色圖像了。YIQ色彩系統(tǒng) YIQ色彩系統(tǒng)通常被北美的電視系統(tǒng)采用。Y不是指黃色，而是指顏色的亮度(Luminance)，即亮度(Brightness)。I和Q則是指色調(diào)(Chrominance)，描述圖像色彩及飽和度的屬性。 RGB與YIQ之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： YUV色彩系統(tǒng) YUV色彩系統(tǒng)被歐洲電視系統(tǒng)采用（屬于PAL）。Y指明視度，U和V雖然也是指色調(diào)，但是和I與Q的表達(dá)方式不同。 RGB色彩系統(tǒng)與YUV色彩系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：YCbCr色彩系統(tǒng) YCbCr色彩系統(tǒng)也是一種常見的色彩系統(tǒng)，JPE

9、G采用的就是該系統(tǒng)。它是從YUV色彩系統(tǒng)衍生出來的。Y是指明視度，Cb和Cr是將U和V作少量調(diào)整得到的。 RGB色彩系統(tǒng)與YCbCr色彩系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：五、調(diào)色板 如果一幅圖像的每個(gè)像素都用RGB分量表示，我們知道每個(gè)分量由256個(gè)等級(jí)，需要有1個(gè)字節(jié)表示。那么，一個(gè)像素的顏色信息需要用3個(gè)字節(jié)表示，圖像文件將灰變得非常大。實(shí)際上并不是這樣做的，我們先來看一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算。 對(duì)一幅 的16色圖像，它共有40000個(gè)像素，如果一個(gè)像素都用R、G、B三個(gè)分量來表示，一個(gè)像素需要3個(gè)字節(jié)，這樣保存整個(gè)圖像要用 ，即120000個(gè)字節(jié)！但是我們用下面的方法表示圖像，可以節(jié)省很多字節(jié)。 由于圖像只有16種

10、顏色，我們可以創(chuàng)建一個(gè)顏色表：表中的每一行表示一種顏色的R、G、B值。這樣當(dāng)表示一個(gè)像素的顏色時(shí)，只需指出改顏色是在第幾行，即該顏色在表中的索引值。16種狀態(tài)可以用4位表示，所以一個(gè)像素要用半個(gè)字節(jié)，整個(gè)圖像要用 ，即20000個(gè)字節(jié)，再加上顏色表需要 個(gè)字節(jié)，共20048個(gè)字節(jié)。它是前面的 。 這里的RGB顏色表，就是通常所說的調(diào)色板。在Windows位圖中，就用到了調(diào)色板技術(shù)。但是，并不是所用的彩色圖像利用調(diào)色板技術(shù)，都可以節(jié)省字節(jié)。在真彩色圖像中（又稱24為圖像）共有 ，如果利用調(diào)色板技術(shù)，表示一個(gè)像素顏色在調(diào)色板中的索引值需要24位，這和直接用R、G、B三個(gè)顏色分量表示所需要的字節(jié)數(shù)一

11、樣，不但沒有節(jié)省任何空間，還要加上一個(gè) 個(gè)字節(jié)大的調(diào)色板。調(diào)色板示意圖RGBRGB共16行3個(gè)字節(jié)六、灰度圖 雖然我們討論了很多色彩系統(tǒng)，以及彩色圖像的表示方法，但是，為了將重點(diǎn)放在算法上，我們所討論的圖像處理主要以灰度圖為例?；叶葓D就是只含亮度信息，不含色彩信息的圖像。因此，要表示灰度圖，只需要將亮度值進(jìn)行量化。通常劃分成0到255共256個(gè)級(jí)別，0表示最暗（全黑），255表示最亮（全白）。我們?nèi)绾伪硎净叶葓D？方法就是利用256色的調(diào)色板，只不過這種調(diào)色板比較特殊，它的每一項(xiàng)的R、G、B分量都相同，也就是RGB從 到 。每一個(gè)像素的亮度值（灰度值）就是它在該調(diào)色板中的索引值。小結(jié)： 在第一章

12、中我們首先討論了什么是數(shù)字圖像處理以及它所研究的主要內(nèi)容。接下來我們討論了數(shù)字圖像處理中的基本術(shù)語(yǔ)，包括像素、對(duì)比度、色彩系統(tǒng)、灰度圖等一些概念。到目前為止，我們已經(jīng)能夠利用數(shù)字的形式來表示一幅圖像。第二節(jié) Visual C+數(shù)字編程基礎(chǔ)2.1 設(shè)備無關(guān)位圖（DIB） 前面介紹了一些有關(guān)圖像的基本概念，下面要介紹如何在Visual C+中使用圖像。 DIB是Device-Independent-Bitmap的縮寫，它自帶顏色信息，調(diào)色板管理非常容易。DIB是標(biāo)準(zhǔn)的Windows的位圖格式，它通常以BMP文件格式保存。一個(gè)BMP文件包含一個(gè)DIB位圖。一個(gè)BMP文件大體上分成如下4個(gè)部分。BIT

13、MAPFILEHEADER（位圖文件頭）BITMAPINFOHEADER（位圖信息頭）Palette（調(diào)色版）DIB Pixels （DIB圖像數(shù)據(jù)）.bmp文件結(jié)構(gòu)圖第一部分：位圖文件頭BITMAPFILEHEADER，它是一個(gè)結(jié)構(gòu) typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType; DWORD bfSize; WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; BITMAPFILEHEADER, FAR *LPBITMAPFILEHEADER; 該結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度是固定的，為14個(gè)字節(jié)，各參數(shù)說明如

14、下： bfType：指定文件類型，必須是0 x424D，即字符串“BM”。 也就是說所有的“.bmp”文件的頭兩個(gè)字節(jié)都是“BM” bfSize：指定文件大小； bfReserved1、bfReserved2：為保留字，不用考慮； bfOffBits：為文件頭到實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)的偏移字節(jié)數(shù)，也 就是前三部分長(zhǎng)度之和。第二部分：位圖信息頭BITMAPINFOHEADER typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD bfSize; LONG biWidth; LONG biHeight; WORD biPlanes; WORD biBitCount; DWORD

15、 biCompression; DWORD biSizeImage; LONG biXPelsPerMeter; LONG biYPersPerMeter; DWORD biClrUsed; DWORD biClrImportant; BITMAPINFOHEADER, FAR *LPBITMAPINFOHEADER; 該結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為40個(gè)節(jié)，各參數(shù)的意義說明如下： biSize：指定這個(gè)結(jié)構(gòu)的大小，為40個(gè)字節(jié)； biWidth：指定圖像的寬度，單位是像素； biHeight：指定圖像的高度，單位是像素； biPlanes：必須是1； biBitCount：指定表示顏色要用到的位數(shù)，常用的值

16、1(黑白） 8（256色）、24（真彩色）； biCompression：指定位圖是否壓縮，有效值為BI_RGB BI_RLE4、BI_RLE8。其中BI_RGB為不壓 縮的情況。 biSizeImage；指定實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)。可以用下面的公式計(jì)算： 需要注意的是：上述公式中的 不一定總等于biWidth 必須是4的整數(shù)倍，表示大于或等于biWidth的離4 最近的整倍數(shù)。 biXPelsPerMeter：指定目標(biāo)設(shè)備的水平分辨率，單位是每 米的像素個(gè)數(shù)； biYPelsPerMeter；指定目標(biāo)設(shè)備的垂直分辨率，單位是每 米的像素個(gè)數(shù)； biClrUsed：指定本圖像實(shí)際用到的顏色

17、數(shù)，如果該值為0 則用到的顏色數(shù)為2的biBitCount次冪 biClrImportant：指定本圖像中重要的顏色數(shù)，如果該值為零， 則認(rèn)為所用的顏色都是重要的。第三部分：Palette（調(diào)色板） 調(diào)色板實(shí)際上是一個(gè)數(shù)組，共有biClrUsed個(gè)元素（如果該值為0，則為2的biBitCount次冪）。數(shù)組中每個(gè)元素的類型為一個(gè)RGBQUAD結(jié)構(gòu)，占4個(gè)字節(jié)。結(jié)構(gòu)定義如下： typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue; BYTE rgbGreen; BYTE rgbRed; BYTE rgbReserved; RGBQUAD; 注意：有些位圖，比如真彩色圖，沒

18、有調(diào)色板。他們的位圖信息頭（BITMAPINFOHEADER）后直接是DIB數(shù)據(jù)。第四部分：DIB圖像數(shù)據(jù) 分兩種情況：對(duì)于用到調(diào)色板的位圖，圖像數(shù)據(jù)就是該像素顏色在調(diào)色板中的索引值；對(duì)于真彩色圖，圖像數(shù)據(jù)就是實(shí)際的R、G、B值。 對(duì)于2色位圖，用1位就可以表示該像素的顏色，因此一個(gè)字 節(jié)可以表示8個(gè)像素； 對(duì)于16色位圖，用4位可以表示一個(gè)像素的顏色，所以1個(gè)字 節(jié)可以表示2個(gè)像素； 對(duì)于256色位圖，一個(gè)字節(jié)剛好表示一個(gè)像素； 對(duì)于真彩色圖，3個(gè)字節(jié)才能表示1個(gè)像素注意：1. 每一行的字節(jié)數(shù)必須是4的整倍數(shù)，如果不是，則需要 補(bǔ)齊； 2. 圖像數(shù)據(jù)是按照從上到下、從左到右的順序存儲(chǔ)；我 們

19、最先讀到的是圖像最下面一行的左邊第一個(gè)像素， 然后是左邊第二個(gè)像素 接下來是倒數(shù)第二行左邊 第一個(gè)像素，左邊第二個(gè)像素 依此類推，最后得 到的是最上面一行的最后一個(gè)像素。2.2 DIB訪問函數(shù) 下面介紹兩個(gè)常用的DIB訪問函數(shù)int SetDIBitsToDevice(HDC hdc,int XDest,int YDest,DWORD dwWidth,DWORD dwHeight,int XSrc,int YSrc,UINT uStartScan UINT cScanLines,CONST VOID *lpBits,CONST BITMAPINFO *lpbmi,UINT fuColorUse

20、) 該函數(shù)可以直接在顯示器或打印機(jī)上顯示DIB，在顯示時(shí)不進(jìn)行縮放處理，即位圖的每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)于一個(gè)顯示像素或打印機(jī)的打印點(diǎn)。其中各參數(shù)的含義如下： HDC hdc：設(shè)備上下文句柄。它可以是CDC對(duì)象的公共成員 變量m_hDC。 int Xdest：指定繪圖區(qū)域的左上角x坐標(biāo)（邏輯單位） int Ydest：指定繪圖區(qū)域的左上角y坐標(biāo)（邏輯單位） DWORD dwWidth：指定DIB的寬度（邏輯單位） DWORD dwHeight：指定DIB的高度（邏輯坐標(biāo)） int Xsrc：指定原繪圖要繪制區(qū)域的左上角x坐標(biāo)（邏輯單位） int Ysrc：指定原繪圖要繪制區(qū)域的左上角y坐標(biāo)（邏輯單位）

21、UINT uStartScan：指定DIB掃描的起始行 UINT cScanLines：指定DIB掃描的行數(shù)（即DIB的高度） CONST VOID* lpBits：指向DIB圖像數(shù)據(jù)的指針 lpbmi：指向BITMAPINFO結(jié)構(gòu)的指針 fuColorUse：指定BITMAPINFO結(jié)構(gòu)中的bmiColors參數(shù)代表 真實(shí)的RGB值還是調(diào)色板中的索引值，它有兩種可能的取值： DIB_PAL_COLORS：代表索引值 DIB_RGB_COLORS：代表真實(shí)的RGB值 該函數(shù)如果調(diào)用成功，返回繪制的行數(shù)；失敗，則返回0。2. int StretchDIBits(HDC hdc,int XDest

22、,int YDest,int nDestWidth, int nDestHeight,int XSrc,int YSrc,int nSrcWidth,int nSrcHeight, CONST VOID *lpvBits,CONST BITMAPINFO *lpbmi,UINT iUsage,DWORD dwRo) HDC hdc：設(shè)備上下文句柄 int Xdest：指定繪圖區(qū)域的左上角x坐標(biāo)（邏輯單位） int Ydest：指定繪圖區(qū)域的左上角y坐標(biāo)（邏輯單位） int nDestWidth：指定DIB的寬度（邏輯單位） int nDestHeight：指定DIB的高度（邏輯單位） int

23、XSrc：指定原位圖要繪制區(qū)域的左上角x坐標(biāo)（邏輯單位） int Ysrc：指定原位圖要繪制區(qū)域的左上角y坐標(biāo)（邏輯單位） int nSrcWidth：指定要復(fù)制原圖像矩形區(qū)域的寬度（邏輯單位） int nSrcHeight：指定要復(fù)制原圖像矩形區(qū)域的高度（邏輯單位） lpBits：指向DIB圖像數(shù)據(jù)區(qū)的指針 lpBitsInfo：指向BITMAPINFO結(jié)構(gòu)的指針 iUsage：指定BITMAPINFO結(jié)構(gòu)中的bmiColors參數(shù)代表 真實(shí)的RGB值還是調(diào)色板中的索引值，它有兩種可能的取值： DIB_PAL_COLORS：代表索引值 DIB_RGB_COLORS：代表真實(shí)的RGB值 dwR

24、o：指定繪制方式；常用的值為SRCCOPY，表示將原位 圖復(fù)制到目標(biāo)位圖 該函數(shù)如果調(diào)用成功，返回繪制的行數(shù)；如果調(diào)用失敗，則返回GDI_ERROR。 下面我們編寫一個(gè)讀BMP文件以及以.bmp格式保存一幅圖像，以此為例來說明bmp文件的結(jié)構(gòu)。讀.bmp文件的函數(shù)原型 HDIB ReadDIBFile(CFile& file)函數(shù)的參數(shù)Cfile &file：為文件名；該函數(shù)的返回值是文件中的圖像數(shù)據(jù)的句柄。程序流程圖： 開始定義一個(gè)位圖文件頭結(jié)構(gòu)bmfHdr將文件的前14個(gè)字節(jié)讀到bmHdr中分配內(nèi)存區(qū)域，句柄為hDIB 是否.bmp？將信息頭、調(diào)色板、圖像數(shù)據(jù)copy到一個(gè)內(nèi)存區(qū)域hDIB

25、是否hDIB賦為NULL將圖像數(shù)據(jù)保存成.bmp文件，函數(shù)原型 BOOL WINAPI SaveDIB(HDIB hDib, CFile& file)第一個(gè)參數(shù)為hDIB表示保存圖像數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域的句柄第二個(gè)參數(shù)為保存圖像的文件名。程序流程圖： 創(chuàng)建位圖文件頭bmfHdr計(jì)算圖像數(shù)據(jù)的大小BitsSize修改位圖信息頭biSizeImag的大小計(jì)算bmfHdr結(jié)構(gòu)中biSize的大小設(shè)置其它四個(gè)參數(shù)將四部分的內(nèi)容分別寫入文件中第三章 點(diǎn)運(yùn)算3.1 灰度直方圖 灰度直方圖是灰度直方圖的函數(shù)，描述的是具有某灰度值像素的個(gè)數(shù)。其橫坐標(biāo)是像素的繪度級(jí)別（0到255），縱坐標(biāo)是某灰度值出現(xiàn)的頻率（像素的

26、個(gè)數(shù)）。 灰度直方圖的另一種定義方法： 3.2 灰度的線性變換 灰度的線性變換就是指圖像的中所有點(diǎn)的灰度按照線性灰度變換函數(shù)進(jìn)行變換?；叶茸儞Q方程如下： 該方程為線性方程。式中參數(shù) 為輸入圖像的像素的灰度值，參數(shù) 為輸出圖像的灰度。輸出圖像的對(duì)比度將增大灰度值上移或下移，更亮或更暗輸入和輸出圖像相同輸出圖像的對(duì)比度將減小特殊的 ，輸出圖像灰度反轉(zhuǎn)3.3 灰度的閾值變換 灰度的域值變換可以將一幅灰度圖像轉(zhuǎn)換成黑白二色圖像。它的操作過程是先由用戶指定一個(gè)閾值，如果圖像中某像素的灰度值小于該閾值，則將該像素的灰度值設(shè)置為0（黑色）；如果圖像中某像素的灰度值大于閾值，則將該像素的灰度值設(shè)置為255（白

27、色）。變換函數(shù)表達(dá)式： 其中 為指定的閾值。3.4 灰度的窗口變換 灰度的窗口變換類似閾值變換，閾值變換設(shè)置一個(gè)閾值，作為分界點(diǎn)。窗口變換限定一個(gè)窗口范圍，該窗口內(nèi)的灰度值保持不變；小于該窗口下限的灰度值直接設(shè)置為0；大于該窗口上限的灰度值直接設(shè)置為255。窗口變換函數(shù)表達(dá)式：其中 為窗口的下限， 為窗口的上限?；叶鹊拇翱谧儞Q可以有效的消除圖像的背景。255 T2000上圖為雙峰直方圖，第一個(gè)峰值為物體，第二峰值為背景，雙峰之間的谷低在T處。當(dāng)該圖像進(jìn)行窗口變換時(shí)，窗口上限取T下限為0，變換后，背景將變成白色。3.5 灰度拉伸 灰度拉伸和線性變換類似，但它是分段進(jìn)行線性變換。它的灰度變換函數(shù)表

28、達(dá)式如下： 灰度拉伸可以更加靈活的控制輸出圖像灰度值放圖的分布，它可以有選擇的拉伸某段灰度區(qū)間，以改善輸出圖像的質(zhì)量。3.6 灰度均衡 灰度均衡，有時(shí)也稱直方圖均衡，目的是通過點(diǎn)運(yùn)算使輸入圖像轉(zhuǎn)換為在每一灰度級(jí)上都有相同的像素點(diǎn)數(shù)的輸出圖像。也就是輸出圖像的直方圖是平的。圖像的概率密度函數(shù)（PDF），歸一化的直方圖 其中 為歸一化的直方圖， 為原直方圖。設(shè)轉(zhuǎn)換前圖像的概率密度函數(shù)為 ，轉(zhuǎn)換后圖像的概率密度函數(shù)為 ，轉(zhuǎn)換函數(shù)為 ，由概率論的知識(shí) 如果想使轉(zhuǎn)換后圖像的概率密度函數(shù)為1，則 對(duì)于離散圖像，轉(zhuǎn)換公式為： 式中 為輸入圖像的灰度級(jí)， 為第k級(jí)灰度的像素個(gè)數(shù)。 為圖像總像素點(diǎn)數(shù)。小結(jié)：在本

29、章中我們主要討論了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容 圖像的統(tǒng)計(jì)特征灰度直方圖； 圖像的線性變換； 圖像的閾值變換； 圖像的窗口變換； 圖像的灰度拉伸； 圖像的均衡；第四章 圖像的正交變換4.1 離散傅立葉變換我們首先來看一維的離散傅立葉變換對(duì)： 其中：二維離散函數(shù) 的傅立葉變換為：4.2 離散傅立葉變換的性質(zhì)可分性 一個(gè)二維離散傅立葉變換可以用二次一維的離散傅立葉變換來實(shí)現(xiàn)。線性 對(duì)稱性比例變換特性平移特性 上式表明： 1. 空間域圖像的平移只影響頻域中的相位，不影響幅度； 2. 周期性共軛性 說明離散 函數(shù)的傅立葉變換 是以原點(diǎn)為中心對(duì)稱的，只要求出半個(gè)周期內(nèi)的值就可以得到真?zhèn)€周期的值。旋轉(zhuǎn)特性 平均值能

30、量保持定理微分特性 定義二為離散函數(shù) 的拉普拉斯算子為： 那么 卷積定理 為了防止交疊誤差（Wraparound Error），將擴(kuò)展為 ，其二維離散卷積定義為： 則二維離散傅立葉卷積如下： 13. 相關(guān)定理4.3 快速傅立葉變換 在一維傅立葉變換公式中，令 ，寫成矩陣形式系數(shù) 由兩個(gè)性質(zhì)： 對(duì)稱性周期性 由此可見，系數(shù)矩陣的系數(shù)重復(fù)是很多的，如果把序列分解成若干短序列，并與系數(shù)矩陣元素巧妙的結(jié)合起來，可以大大的簡(jiǎn)化運(yùn)算。這是FFT的基本思路。 按照序列的分解方法，F(xiàn)FT分為： 1. 時(shí)域抽選：輸入序列奇偶分解，特征是輸入碼位倒序排列，輸出按照自然順序排列； 2. 頻與抽選：輸入序列前后分解，

31、特征是輸入按照自然順序排列，輸出按照碼位倒序排列； 下面是8點(diǎn)時(shí)域抽選、頻域抽選的蝶形圖-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-18點(diǎn)時(shí)域抽選FFT變換 8點(diǎn)頻域抽選圖與時(shí)域抽選圖類似，將時(shí)域抽選圖右端作為輸入，左端作為輸出即可。 下面以頻域抽選為例，編寫FFT變換函數(shù)。：需要三級(jí)循環(huán)： （1）控制級(jí)別； （2）每一級(jí)中不同組的控制； （3）每一組中不同 的控制。快速傅立葉反變換IFFT的算法： 求F(u)的共軛FFT求共軛并除N4.4 離散余弦變換（DCT） 傅立葉變換的缺點(diǎn)是要進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算。如果我們不采用正、余弦函數(shù)構(gòu)成的完備正交函數(shù)系，而又其他合適的完備正交函數(shù)系，就可以避免這種復(fù)

32、數(shù)運(yùn)算。離散余弦變換就是基于實(shí)數(shù)的正交變換。一維的離散余弦變換：反變換 二維的離散余弦變換：反變換： 利用FFT算法求DCT的方法：從上式我們得到啟發(fā)，利用下式如果將 進(jìn)行擴(kuò)展到2N點(diǎn) 則：即可利用FFT求DCT .同樣，將 進(jìn)行擴(kuò)展 并且：即可利用IFFT求IDCT . 圖像的離散余弦變換4.5 沃爾什變換 沃爾什變換主要優(yōu)點(diǎn)在于其需要的空間小，運(yùn)算速度快。4.5.1 沃爾什函數(shù) 沃爾什函數(shù)系，是一個(gè)完備的正交函數(shù)系， 其取值只能是1和-1。沃爾什函數(shù)按照排列次序分：沃爾什排列、自然排列哈達(dá)碼排列。這里我們主要討論最后一種。 按照哈達(dá)碼排列的沃爾什函數(shù)是從哈達(dá)碼矩陣得到的。哈達(dá)碼矩陣的形式如

33、下：按照哈達(dá)碼排列的沃爾什函數(shù)有以下規(guī)律： （1） 從 解哈達(dá)碼矩陣中可以得到 個(gè)沃爾什函數(shù) （2） 從不同階數(shù)的哈達(dá)碼矩陣得到的沃爾什函數(shù)排列順序是不同的。4.5.2 沃爾什變換 其中寫成矩陣表達(dá)式 4.5.3 離散沃爾什哈達(dá)碼變換 為N階哈達(dá)碼矩陣 下面以8階離散沃爾什哈達(dá)碼變換為例，討論其快速算法那么， ，把 代入，用蝶形表示-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1快速沃爾什哈達(dá)碼變換蝶形圖圖像的沃爾什變換（第14講）考場(chǎng)作文開拓文路能力分解層次(網(wǎng)友來稿)江蘇省鎮(zhèn)江中學(xué) 陳乃香說明：本系列稿共24講，20XX年1月6日開始在資源上連載【要義解說】文章主旨確立以后，就應(yīng)該恰當(dāng)?shù)胤?/p>

34、解層次，使幾個(gè)層次構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，形成一篇完整的文章。如何分解層次主要取決于表現(xiàn)主旨的需要?！静呗越庾x】一般說來，記人敘事的文章常按時(shí)間順序分解層次，寫景狀物的文章常按時(shí)間順序、空間順序分解層次；說明文根據(jù)說明對(duì)象的特點(diǎn)，可按時(shí)間順序、空間順序或邏輯順序分解層次；議論文主要根據(jù)“提出問題分析問題解決問題”順序來分解層次。當(dāng)然，分解層次不是一層不變的固定模式，而應(yīng)該富于變化。文章的層次，也常常有些外在的形式：1小標(biāo)題式。即圍繞話題把一篇文章劃分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，再給它們加上一個(gè)簡(jiǎn)潔、恰當(dāng)?shù)男?biāo)題。如世界改變了模樣四個(gè)小標(biāo)題：壽命變“長(zhǎng)”了、世界變“小”了、勞動(dòng)變“輕”了、文明變“綠”了。

35、 2序號(hào)式。序號(hào)式作文與小標(biāo)題作文有相同的特點(diǎn)。序號(hào)可以是“一、二、三”，可以是“A、B、C”，也可以是“甲、乙、丙”從全文看，序號(hào)式干凈、明快；但從題目上看，卻看不出文章內(nèi)容，只是標(biāo)明了層次與部分。有時(shí)序號(hào)式作文，也適用于敘述性文章，為故事情節(jié)的展開，提供了明晰的層次。 3總分式。如高考佳作人生也是一張答卷。開頭：“人生就是一張答卷。它上面有選擇題、填空題、判斷題和問答題，但它又不同于一般的答卷。一般的答卷用手來書寫，人生的答卷卻要用行動(dòng)來書寫。”主體部分每段首句分別為：選擇題是對(duì)人生進(jìn)行正確的取舍，填空題是充實(shí)自己的人生，判斷題是表明自己的人生態(tài)度，問答題是考驗(yàn)自己解決問題的能力。這份“試

36、卷”設(shè)計(jì)得合理而且實(shí)在，每個(gè)人的人生都是不同的，這就意味著這份人生試卷的“答案是豐富多彩的”。分解層次，應(yīng)追求作文美學(xué)的三個(gè)價(jià)值取向：一要?jiǎng)蚍Q美。什么材料在前，什么材料在后，要合理安排；什么材料詳寫，什么材料略寫，要通盤考慮。自然段是構(gòu)成文章的基本單位，恰當(dāng)劃分自然段，自然就成為分解層次的基本要求。該分段處就分段，不要老是開頭、正文、結(jié)尾“三段式”，這種老套的層次顯得呆板。二要波瀾美。文章內(nèi)容應(yīng)該有張有弛，有起有伏，如波如瀾。只有這樣才能使文章起伏錯(cuò)落，一波三折，吸引讀者。三要圓合美。文章的開頭與結(jié)尾要遙相照應(yīng)，把開頭描寫的事物或提出的問題，在結(jié)尾處用各種方式加以深化或回答，給人首尾圓合的感覺

37、。【例文解剖】 話題：忙忙，不亦樂乎 忙，是人生中一個(gè)個(gè)步驟，每個(gè)人所忙的事務(wù)不同，但是不能是碌碌無為地白忙，要忙就忙得精彩，忙得不亦樂乎。 忙是問號(hào)。忙看似簡(jiǎn)單，但其中卻大有學(xué)問。忙是人生中不可缺少的一部分，但是怎么才能忙出精彩，忙得不亦樂乎，卻并不簡(jiǎn)單。人生如同一張地圖，我們一直在自己的地圖上行走，時(shí)不時(shí)我們眼前就出現(xiàn)一個(gè)十字路口，我們?cè)撓蚰膬海鎸?duì)那縱軸橫軸相交的十字路口，我們?cè)撛鯓舆x擇?不急，靜下心來分析一下，選擇適合自己的坐標(biāo)軸才是最重要的。忙就是如此，選擇自己該忙的才能忙得有意義。忙是問號(hào)，這個(gè)問號(hào)一直提醒我們要忙得有意義，忙得不亦樂乎。 忙是省略號(hào)。四季在有規(guī)律地進(jìn)行著冷暖交替，大自然就一直按照這樣的規(guī)律不停地忙，人們亦如此。為自己找一個(gè)目標(biāo)，為目標(biāo)而不停地忙，讓這種忙一直忙下去。當(dāng)目標(biāo)已達(dá)成，那么再找一個(gè)目標(biāo)，繼續(xù)這樣忙，就像省略號(hào)一樣，毫無休止地忙下去，翻開歷史的長(zhǎng)卷，我們看到牛頓在忙著他的實(shí)驗(yàn)；愛