數(shù)字圖像處理PPT 第2章 圖像獲取

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數(shù)字圖像處理2第二章圖像獲取32.1概述4圖像景物成像系統(tǒng)采樣圖像采樣子系統(tǒng)數(shù)字圖像量化器圖2.1圖像采集系統(tǒng)

52.2連續(xù)圖像模型6連續(xù)圖像的表達(dá)式代表像源的空間輻射能量分布

標(biāo)準(zhǔn)觀察者對(duì)圖像光函數(shù)的亮度響應(yīng)——光場的瞬時(shí)光亮度計(jì)量相對(duì)光效函數(shù)，即人視覺的光譜響應(yīng)

7藍(lán)基色組的光譜三刺激值綠基色組的光譜三刺激值紅基色組的光譜三刺激值連續(xù)圖像的表達(dá)式標(biāo)準(zhǔn)觀察者對(duì)圖像的色響應(yīng)82.4圖像數(shù)字化

9采樣量化數(shù)字圖像的表示采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像的關(guān)系數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化的兩個(gè)具體過程：采樣：空間上的離散化量化：灰度上的離散化10采樣定理沖激串采樣采樣周期T采樣頻率采樣函數(shù)11采樣定理采樣定理12圖像采樣空間采樣函數(shù)空間采樣頻率空間采樣函數(shù)13圖像采樣空間采樣函數(shù)14圖像采樣采樣后圖像15圖像采樣二維采樣定理奈奎斯特準(zhǔn)則2.4圖像數(shù)字化

一.圖像的采樣定義：空間坐標(biāo)(x,y)的數(shù)字化被稱為圖像采樣結(jié)果：確定水平和垂直方向上的像素個(gè)數(shù)M、N位圖圖像●圖像由基本顯示單元“像素”構(gòu)成圖像像點(diǎn)8bit(28=256色)16bit(216=65536色)24bit(224=16M色)●8位圖像●16位圖像●24位圖像●

二進(jìn)制位與圖像之間存在嚴(yán)格的“位映射”關(guān)系●

像素由若干個(gè)二進(jìn)制位進(jìn)行描述●

二進(jìn)制位代表圖像顏色的數(shù)量●

具有位映射關(guān)系的圖叫作“位圖”●

“位圖”特指圖像●

Resolution(分辨率)單位圖像分辨率●dpi的數(shù)值越大，圖像越清晰dpi(displaypixels/inch)每英寸顯示的線數(shù)300dpi96dpi21dpidpi視覺效果清晰度絕對(duì)清晰度2.4圖像數(shù)字化

二.圖像的量化定義：將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值的過程結(jié)果：將f映射到Z的處理Z的最大取值，確定像素的灰度級(jí)數(shù)G=2m，如256連續(xù)信號(hào)（采樣、量化）——數(shù)字信號(hào)2.4圖像數(shù)字化

三.數(shù)字圖像的表示數(shù)字圖像中的每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)于矩陣中相應(yīng)的元素圖像運(yùn)算－－－矩陣運(yùn)算2.4圖像數(shù)字化

2.4圖像數(shù)字化

四.采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系數(shù)字化方式：均勻采樣、量化非均勻采樣、量化所謂“均勻”，指的是采樣、量化為等間隔。所謂“非均勻”，指的是采樣、量化為非等間隔2.4圖像數(shù)字化

四.采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系非均勻的圖像采樣在灰度級(jí)變化尖銳的區(qū)域，用細(xì)膩的采樣，在灰度級(jí)比較平滑的區(qū)域，用粗糙的采樣2.4圖像數(shù)字化

四.采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系非均勻的圖像量化在邊界附近使用較少的灰度級(jí)。剩余的灰度級(jí)可用于灰度級(jí)變化比較平滑的區(qū)域避免或減少由于量化的太粗糙，在灰度級(jí)變化比較平滑的區(qū)域出現(xiàn)假輪廓的現(xiàn)象圖像數(shù)字化一般采用均勻采樣和均勻量化方式25圖像采樣自適應(yīng)采樣均勻采樣，即上述討論的等間隔采樣。當(dāng)對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)目有所限制時(shí)，比如說N×N個(gè)采樣點(diǎn)，此時(shí)可以根據(jù)圖像的特性采用自適應(yīng)采樣方案，有可能獲得更好的效果。

自適應(yīng)采樣方案的基本思想是：在圖像函數(shù)值變化較大的區(qū)域采用精細(xì)的采樣，在相對(duì)平滑的區(qū)域采用粗糙的采樣。這種自適應(yīng)采樣方案又稱為非均勻采樣。

例如，一幅在均勻背景上疊加了一幢房屋的圖像。顯然，該圖像的背景只有極少的細(xì)節(jié)信息，用粗糙的采樣來表示已經(jīng)足夠。另一方面，圖像上的房屋含有大量的細(xì)節(jié)信息，在該區(qū)域增加采樣點(diǎn)就可以改善整體效果，特別是當(dāng)N較小時(shí)尤其如此。2.4圖像數(shù)字化

四.采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系2.4圖像數(shù)字化

四.采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系2.4圖像數(shù)字化

四.采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系2.4圖像數(shù)字化

四.采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系

一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素?cái)?shù)越少，空間分辨率低，質(zhì)量差，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)像素呈塊狀的國際棋盤效應(yīng)；采樣間隔越小，所得圖像像素?cái)?shù)越多，空間分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大。

量化等級(jí)越多，所得圖像層次越豐富，灰度分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大；

量化等級(jí)越少，圖像層次欠豐富，灰度分辨率低，會(huì)出現(xiàn)假輪廓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量變差，但數(shù)據(jù)量小。但在極少數(shù)情況下對(duì)固定圖像大小時(shí)，減少灰度級(jí)能改善質(zhì)量，產(chǎn)生這種情況的最可能原因是減少灰度級(jí)一般會(huì)增加圖像的對(duì)比度。例如對(duì)細(xì)節(jié)比較豐富的圖像數(shù)字化。

32空間分辨率256256

12812864643232圖像空間分辨率變化的典型效果33灰度級(jí)分辨率

L=16

L=8L=4L=2圖像灰度分辨率變化的典型效果圖像的質(zhì)量1.平均亮度

2.對(duì)比度是指一幅圖象中灰度反差的大小。對(duì)比度=最大亮度/最小亮度3.清晰度由圖像邊緣灰度變化的速度來描述。4.分解力或分辨率2.4圖像數(shù)字化

五.數(shù)字化設(shè)備采樣孔（Samplingaperture）圖像掃描機(jī)構(gòu)光傳感器量化器輸出存儲(chǔ)體數(shù)字化器的類型很多，目前用得較多的圖像數(shù)字化設(shè)備有掃描儀、數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)。2.4圖像數(shù)字化

數(shù)字照相機(jī)鏡頭、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微處理器）、內(nèi)置存儲(chǔ)器、LCD（液晶顯示器）、PC卡（可移動(dòng)存儲(chǔ)器）和接口（計(jì)算機(jī)接口、電視機(jī)接口）等部分組成

2.4圖像數(shù)字化

數(shù)字照相機(jī)CompactFlash存儲(chǔ)卡MemoryStick

PCMCIA存儲(chǔ)設(shè)備

2.4圖像數(shù)字化

掃描儀常見分辨率●平板掃描儀：1200dpi●底片掃描儀

4800dpi●

印刷圖片普通：300dpi

高精度：600dpi●顯示器：96dpi●

顯示用圖片：96dpi●

動(dòng)畫、視頻：96dpi●噴墨打印機(jī)：720～2880dpi●激光打印機(jī)：600~1200dpi2.4圖像數(shù)字化

數(shù)字化設(shè)備的性能評(píng)價(jià)項(xiàng)目內(nèi)容空間分辨率單位尺寸能夠采樣的像素?cái)?shù)。由采樣孔徑與間距的大小和可變范圍決定灰（色）度分辨率量化為多少等級(jí)（位深度），顏色數(shù)（色深度）圖像大小儀器允許掃描的最大圖幅量測特征數(shù)字化器所測量和量化的實(shí)際物理參數(shù)及精度掃描速度采樣數(shù)據(jù)的傳輸速度噪聲數(shù)字化器的噪聲水平（應(yīng)當(dāng)使噪聲小于圖像內(nèi)的反差）其他黑白/彩色，價(jià)格，操作性能等422.5數(shù)字圖像的基本概念

43數(shù)字圖像的表示M和N為正整數(shù)矩陣中的每個(gè)元素稱為圖像單元，又稱為圖像元素，或簡稱像素

44數(shù)字圖像的表示(1)二進(jìn)制圖像在一幅二進(jìn)制圖像中，每一個(gè)像素將取兩個(gè)離散數(shù)值（0或1）中的一個(gè)。二進(jìn)制圖像使用uint8或雙精度類型的數(shù)組來存儲(chǔ)。(2)索引圖像索引圖像是一種把像素直接作為RGB調(diào)色板下標(biāo)的圖像。在MATLAB中，索引圖像包含一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣X和一個(gè)顏色映射（調(diào)色板）矩陣map。數(shù)據(jù)矩陣可以是unit8、unit16或雙精度類型的。顏色映射矩陣map是一個(gè)m3的數(shù)據(jù)陣列，其中每個(gè)元素的值均為[0,1]之間的雙精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，map矩陣中的每一行分別表示紅色、綠色和藍(lán)色的顏色值。索引圖像可把像素的值直接映射為調(diào)色板數(shù)值，每個(gè)像素的顏色通過使用X的像素值作為map的下標(biāo)來獲得，如值1指向map的第一行，值2指向第二行，以此類推。MATLAB圖像類型45數(shù)字圖像的表示(3)灰度圖像灰度圖像通常由一個(gè)unit8、unit16或雙精度類型的數(shù)組來描述，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣I，如式(2.6.1)。該矩陣中的數(shù)據(jù)均代表了在一定范圍內(nèi)的灰度級(jí)，每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)于圖像的一個(gè)像素點(diǎn)，通常0代表黑色，1、255或65535（針對(duì)不同的存儲(chǔ)類型）代表白色。(4)多幀圖像多幀圖像是一種包含多幅圖像或幀的圖像文件，又稱為多頁圖像或圖像序列，主要用于需要對(duì)時(shí)間或場景上相關(guān)圖像集合進(jìn)行操作的場合。例如，磁諧振圖像切片或電影幀等。在MATLAB中，它是一個(gè)四維數(shù)組，其中第四維用來指定幀的序號(hào)。MATLAB圖像類型46數(shù)字圖像的表示(5)RGB圖像RGB圖像又稱為真彩圖像，它是利用R、G、B三個(gè)分量表示一個(gè)像素的顏色，R、G、B分別代表紅、綠、藍(lán)三種不同的基本顏色，通過三基色可以合成出任意顏色。所以對(duì)一個(gè)尺寸為MN的真彩圖像來說，在MATLAB中則存儲(chǔ)為一個(gè)MN3的多維數(shù)據(jù)矩陣。RGB圖像不使用調(diào)色板，每一個(gè)像素的顏色直接由存儲(chǔ)在相應(yīng)位置的紅、綠、藍(lán)顏色分量的組合來確定。每個(gè)像素的三個(gè)顏色分量都存儲(chǔ)在矩陣的第三維中，如坐標(biāo)(16,36)處的紅、綠、藍(lán)顏色值分別保存在元素(16,36,2)、(16,36,4)和(16,36,6)中。MATLAB圖像類型47象素間的基本關(guān)系鄰域N4(p)——象素(x,y)的4鄰域(x+1,y)，(x-1,y)，(x,y+1)，(x,y-1)ND(p)——象素(x,y)的對(duì)角鄰域(x+1,y+1)，(x+1,y-1)，(x-1,y+1)，(x-1,y-1)N8(p)——象素(x,y)的8鄰域

N4(p)+ND(p)48象素間的基本關(guān)系連通性V是用于定義連接性的灰度值集合在二值圖像中，如果把具有1值的像素歸入連接的，則V=｛1｝

4連接：2個(gè)像素p和r在V中取值，且r在N4(p)中，則它們?yōu)?連接；8連接：2個(gè)像素p和r在V中取值，且r在N8(p)中，則它們?yōu)?連接；49象素間的基本關(guān)系連通性從具有坐標(biāo)(x,y)的像素p到具有坐標(biāo)(s,t)的像素q的通路（或曲線）是特定像素序列，其坐標(biāo)為(x0,y0)，(x1,y1)