數(shù)字圖像處理-基礎(chǔ)課件

1、數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)什么是圖像？圖像是物體在平面坐標(biāo)上的直觀再現(xiàn)，是其所表示物體的信息的直接描述和概況表示。什么是數(shù)字圖像？像素組成的二維或三維排列，可以用矩陣表示。數(shù)字化像素7667522572277667用二維矩陣表示灰度信息數(shù)字化對于單色（灰度）圖像而言，每個像素的亮度用一個數(shù)值來表示，通常數(shù)值范圍在0到255之間，0表示黑、255表示白，其它值表示處于黑白之間的灰度。彩色圖像可以用紅、綠、藍三元組的二維矩陣來表示。通常三元組的每個數(shù)值也是在0到255之間，0表示相應(yīng)的基色在該像素中沒有，而255則代表相應(yīng)的基色在該像素中取得最大值。數(shù)字圖像的類型二值圖像 灰度值只有0和1兩個的圖像。0代表

2、黑色。1代表白色?；叶葓D像 一般指具有256級灰度值的圖像。數(shù)據(jù)類型一般為8位無符號整數(shù)。0代表黑色，255表示白色。其它表示從黑到白的過渡色。數(shù)字圖像處理的目的目的一：人類理解和分析。 圖像在傳輸過程后的更好復(fù)原 空間應(yīng)用：圖像增強、圖像復(fù)原 醫(yī)學(xué)圖像作用：通過圖像增強、圖像復(fù)原等技術(shù)，增強或復(fù)原模糊或損毀的圖像。數(shù)字圖像處理的目的目的二：機器識別 自動字符識別 人臉識別 指紋識別，生物特征識別數(shù)字圖像處理的應(yīng)用舉例Gamma射線 骨骼掃描PET圖像天鵝星座環(huán)來自反應(yīng)器電子管的伽馬輻射數(shù)字圖像處理的應(yīng)用舉例X射線 （a）胸部X射線圖像（b）主動脈造影圖像（c）頭部CT（d）電路板（e）天鵝星

3、座環(huán)數(shù)字圖像處理的應(yīng)用舉例紫外線成像 (1)普通谷物(2)被真菌感染的谷物(3)天鵝星座環(huán)數(shù)字圖像處理的應(yīng)用舉例利用可見光顯微鏡獲取的圖像(1)紫杉酚 250倍(2)膽固醇 40倍(3)微處理器 60倍(4)鎳氫化物薄片 600倍(5)音像CD表面 1750倍(6)有機超導(dǎo) 450倍數(shù)字圖像處理的應(yīng)用舉例華盛頓地區(qū)的衛(wèi)星圖像數(shù)字圖像處理的應(yīng)用舉例利用圖像處理技術(shù)檢測產(chǎn)品(a)電路板(b)封裝的丸劑(c)瓶子(d)清潔塑料上的氣泡(e)谷物(f)眼部種植體圖像微波段成像 （雷達） 不受氣候、光照條件影響，可以穿透云層，通過植被、冰層和極干燥地區(qū)i無線電波成像 (a)膝蓋 (b)脊椎磁共振成像(M

4、RI)其他圖像成像方式 聲波成像 地震模型橫截面圖像，箭頭指示碳氫化合物y超聲波成像 (a)胎兒 (b)胎兒另一側(cè) (c)甲狀腺 (d)肌肉層有損害 電子顯微鏡成像 (a) 過熱損壞的鎢絲 250倍 (b) 損壞的集成電路 2500倍數(shù)字圖像處理基本內(nèi)容圖像獲取、表示和表現(xiàn) 圖像增強 圖像增強是對圖像質(zhì)量在一定意義上的改善。 圖像復(fù)原 復(fù)原技術(shù)是已知圖像品質(zhì)下降的原因時，對圖像進行校正。圖像分割 把圖像分成區(qū)域的過程就是圖像分割。圖像壓縮 彩色圖像處理 圖像形態(tài)學(xué) 提取圖像的形態(tài)分量圖像處理系統(tǒng)的基本硬件組成主要由三大部分組成圖像數(shù)字化設(shè)備，包括數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、帶照相和/或攝像功能的手機

5、等。圖像處理設(shè)備，包括計算機和存儲系統(tǒng)。圖像輸出設(shè)備，包括打印機，也可以輸出到Internet上的其它設(shè)備。圖像處理軟件系統(tǒng)MATLAB 具有強大的矩陣運算和處理功能。具有功能強大的圖像處理工具箱。語言與數(shù)學(xué)語言相近。Visual C+ 運算速度快，移植性強，適合實時處理。 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)圖像的采樣和量化數(shù)字圖像的表示數(shù)字圖像的質(zhì)量像素間的一些基本關(guān)系 鄰域處理方法是圖像增強和復(fù)原過程的核心。圖像的采樣和量化大多數(shù)傳感器的輸出是連續(xù)電壓波形，所獲得的圖像是模擬圖像信息。為了產(chǎn)生一幅數(shù)字圖像，需要把連續(xù)的感知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式。這包括兩種處理：采樣和量化采樣：圖像空間坐標(biāo)的數(shù)字化量化：圖像函數(shù)

6、值（灰度值）的數(shù)字化什么是像素？數(shù)字圖像由二維的元素組成，每一個元素具有一個特定的位置（x,y）和幅值f(x,y),這些元素就稱為像素。圖像采樣空間坐標(biāo)(x,y)的數(shù)字化被稱為圖像采樣。確定水平和垂直方向上的像素個數(shù)N、M統(tǒng)一的圖像采樣非統(tǒng)一的圖像采樣 在灰度級變化尖銳的區(qū)域，用細膩的采樣，在灰度級比較平滑的區(qū)域，用粗糙的采樣。圖像的量化函數(shù)取值的數(shù)字化被稱為圖像的量化線性量化 圖像亮度值 的亮度范圍 稱為灰度級范圍。若將 分成K個等間距子區(qū)間，則稱為線性量化。 非線性量化 若將灰度范圍分為不等間隔的子區(qū)間，則稱為非線性量化。線性量化量化過程中，每個子區(qū)間對應(yīng)一個亮度值，若灰度級區(qū)間有K個亮度

7、值對應(yīng)，稱之為灰度級K。為了計算機處理方便，灰度級K一般以2的整數(shù)次冪表示，即 ，若m=8，則 ，表示共有256個灰度級。數(shù)字圖像表示 （1）緊湊矩陣表示 （2）傳統(tǒng)矩陣表示形式圖像的采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖像的采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖像的采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量 空間分辨率越高，圖像質(zhì)量越好；空間分辨率越低，圖像質(zhì)量越差，會出現(xiàn)棋盤模式。空間分辨率：圖像空間中可分辨的最小細節(jié)。一般用單位長度上采樣的像素數(shù)目表示。圖像量化和數(shù)字圖像的關(guān)系256灰度級16灰度級8灰度級4灰度級 總結(jié)： 灰度分辨率越高，圖像質(zhì)量越好；灰度分辨率越低，圖像質(zhì)量越差，會出現(xiàn)虛假輪廓。二值圖像只有黑白兩種顏色灰度圖像在灰度圖像

8、中，像素灰度級一般用8 bit表示，所以每個像素都是介于黑色（0）和白色（255）之間的256（28=256）種灰度中的一種。真彩色圖像每一個像素由紅、綠和藍三個字節(jié)組成， 每個字節(jié)為8 bit，表示0到255之間的不同的亮度值，這三個字節(jié)組合可以產(chǎn)生1670萬種不同的顏色。 . 索引圖像在RGB真彩色出現(xiàn)之前， 由于技術(shù)上的原因，計算機在處理時并沒有達到每像素24位的真彩色水平，為此人們創(chuàng)造了索引顏色。 在索引顏色（也稱為映射顏色）模式下，顏色都是預(yù)先定義的，并且可供選用的一組顏色也很有限， 索引顏色的圖像最多只能顯示256種顏色。圖像的質(zhì)量：1、層次灰度級：表示像素明暗程度的整數(shù)量 例如：

9、像素的取值范圍為0-255，就稱該圖像為256個灰度級的圖像。層次：表示圖像實際擁有的灰度級的數(shù)量。 例如：具有32種不同取值的圖像，可稱該圖像具有32個層次。圖像數(shù)據(jù)的實際層次越多，視覺效果就越好1、層次256個層次的圖像64個層次的圖像16個層次的圖像圖像的質(zhì)量：2、對比度對比度：是指一幅圖像中灰度反差的大小對比度= 最大亮度/ 最小亮度圖像的質(zhì)量：3、清晰度與清晰度相關(guān)的主要因素亮度尺寸大小細微層次顏色飽和度影響清晰度因素1、亮度原圖降低亮度影響清晰度因素2、尺寸大小原圖縮小尺寸影響清晰度因素3、細微層次原圖減少細微層次影響清晰度因素4、顏色飽和度原圖降低顏色飽和度1 BMP圖像文件格式

10、 第一部分為位圖文件頭BITMAPFILEHEADER， 它是一個結(jié)構(gòu)體，其定義如下： typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType; /文件類型，在WINDOWS系統(tǒng)中為“BM” DWORDbfSize; /文件大小 WORDbfReserved1; /保留字 WORDbfReserved2; /保留字 DWORDbfOffBits; /從文件頭到實際位圖的偏移字節(jié)數(shù) BITMAPFILEHEADER; 這個結(jié)構(gòu)的長度是固定的，為14個字節(jié)（WORD為無符號16位二進制整數(shù)，DWORD為無符號32位二進制整數(shù)）。 2. TIF圖像文件格式 標(biāo)記圖像文件格式TIF (Tag Image File Format)， 它是現(xiàn)存圖像文件格式中最復(fù)雜的一種，它提供存儲各種信息的完備的手段， 可以存儲專門的信息而不違反格式宗旨，是目前流行的圖像文件交換標(biāo)準(zhǔn)之一。 3. GIF圖像文件格式 CompuServe開發(fā)的圖形交換文件格式GIF（Graphics Interchange Format），目的是在不同的系統(tǒng)平臺上交流和傳輸圖像。它是在Web及其他聯(lián)機服務(wù)上常用的一種文件格式，用于超文本標(biāo)記語言(HTML)文檔中的索引顏色圖像。 4. JPEG圖像格式 JPEG(