第二章数字图像处理基础.ppt
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1、讲授内容: 1. 图像数字化、数字化参数对图像质量的影响、数字化器的性能评价; 2.图像灰度直方图的概念、性质和应用; 3.数字图像的类型 4.图像文件格式 5.几种处理算法形式 重点:数字化、灰度直方图、图像文件格式BMP 难点:数字化、直方图、图像处理算法和形式结构,第二章 数字图像处理的基础,第二章 数字图像处理的基础,主要内容:,1.图像数字化 2.数字图像的类型 3.图像的格式 4.图像灰度直方图 5.处理算法形式,2.1 图像数字化,数字图像,概念:将图像划分为如图所示的小方格(象元),并将方格内的灰度值变换为整数,模拟图像:二维连续亮度函数f(x,y); (x,y)代表: f(x
2、,y)代表: 数字图像:二维矩阵g(i,j); (i,j)代表: f(i,j)代表:,2.1 图像数字化,图像上某点的空间位置,(x,y)点处图像的灰度值,数字图像上某像素所在的行列位置,像素点处的灰度值,整数,2.1 图像数字化,图像的数字化包括采样和量化两个过程。,将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样。采样间隔和采样孔径的大小是两个很重要的参数。,2.1 图像数字化,2.1.1采样,采样孔径,2.1.2 量化,模拟图像经过采样后,离散化为像素。但像素值(即灰度值)仍是连续量。把采样后所得的各像素的灰度值转换为整数的过程称为量化。(从模拟量到离散量的转换),与量化有关的概念,1.表示
3、像素明暗程度的整数称为灰度级。(或灰度值、灰度) 2.一幅数字图像中不同灰度级的个数称为灰度级数(G)。 3.G=2g,g表示存储图像灰度级数所需的比特位数(bit)。 如:灰度级数G=256,8比特量化,(0-255) 或=6比特的量化,可以满足视觉效果; 8比特量化 4.均匀量化和非均匀量化 一般使用均匀量化,256个灰度级的图像,16个灰度级的图像,64个灰度级的图像,量化示意图 (a) 量化; (b) 量化为8 bit,连续灰度值 量化值 (整数值),灰度标度 灰度量化,Z,i,1,Z,i,Z,i,1,q,i,1,q,i,1,255,254,128,127,1,0,(,a,),(,b,
4、),2.量化,数字图像根据灰度级数的差异,可分为: 二值图像、灰度图像和彩色图像 二值图像: 灰度值只有0和1两种,没有过渡值 灰度图像:灰度级数大于2,没有彩色信息。,彩色图像:红绿蓝三分量(R、G、B)构成的图像,每个像素包含三个分量的灰度值。,2.1.3 采样与量化参数的选择 采样间隔:影响着图像细节的再现程度,反映数字化后的图像呈现何种的细微程度。采样间隔越大,图像的像素数越少,空间分辨率低,质量差。严重出现像素块状的棋盘效应;采样间隔越小, 量化级数:影响图像信息的可分辨程度。量化等级越多,图像层次越丰富,灰度分辨率越高,质量越好;反之,2.1 图像数字化,不同采样点数对图像质量的影
5、响,不同量化级别对图像质量的影响,1.采样点数越多,图像质量越好,但占空间大。 2.当图像的采样点数一定时,量化级数越多,图像质 量越好。 对一幅图像,当量化级数g一定时,采样点数MN对图像质量有着显著的影响。如图2-4所示,采样点数越多,图像质量越好; 当采样点数减少时,图上的块状效应就逐渐明显。同理, 当图像的采样点数一定时,采用不同量化级数的图像质量也不一样。如图2-5所示,量化级数越多,图像质量越好,当量化级数越少时,图像质量越差,量化级数最小的极端情况就是二值图像, 图像出现假轮廓。 在少数情况下,当限定图像大小时,减少灰度级能够改善图像质量,主要在于提高图像的对比度。比如:在对细节
6、丰富的图像进行数字化时。,一些实验结论:,当限定数字图像的大小时, 为了得到质量较好的图像可采用如下原则: (1) 对缓变的图像, 应该细量化, 粗采样, 以避免假轮廓。 (2) 对细节丰富的图像, 应细采样, 粗量化, 以避免模糊(混叠)。,图像的数据量计算: b=M*N*g(bit),B=M*N*g/8(字节) M*N是采样点数,g是量化级数 一幅1024*1024大小的图像,灰度级数256,数据量有多大?,图像的质量,亮度 对比度 主题内容的大小 细微层次 颜色饱和度,图像的质量:清晰度,降低亮度,图像的质量,对比度:是指一幅图象中灰度反差的大小 对比度 = 最大亮度 / 最小亮度。,图
7、像的质量:清晰度,缩小尺寸,图像的质量:清晰度,降低对比度,图像的质量:清晰度,减少细微层次,图像的质量:清晰度,降低饱和度,1. 图像数字化器(如:数码相机、胶片扫描仪)的组成 (1) 采样孔:使图像数字化器能不受图像其他部分的影响,而在整幅图像中扫描特定的独立像素单元; (2) 扫描器件:使采样孔以预先确定的方式在图像上移动,按照顺序依次扫描图像的每一个像素; (3) 光传感器:测量每一像素的亮度,将光亮度转化为电流或电压信号; (4) 量化器:将传感器输出的连续值转化为整数值; (5) 输出存储装置:将量化的灰度值以适当的格式存储。,2.1.4 图像数字化设备(数字化器),2. 图像数字
8、化器的性能 (1)分辨率:单位尺寸能够采样的像素数,由采样孔的大小和像素间距的大小决定; (2)灰度级:量化为多少等级; (3)图像大小:允许输入图像的大小; (4)扫描速度:采样数据的传输速度; (5)噪声:数字化器的噪声水平。 (6)线性度:线性度是指对光强进行数字化时,灰度正比于图像亮度的实际精确程度。,静态图像可分为矢量图和位图(栅格图像)。,2.2 数字图像的类型,2.2.1 矢量图 (1)矢量图的表示方法 是用一系列绘图指令来表示一幅图。这种方法的本质是用数学(更准确地说是几何学)公式描述一幅图像。,(2) 矢量图的优点: A、它的文件数据量很小; B、图像质量与分辨率无关,这意味
9、着无论将图像放大或缩小了多少次,图像总是以显示设备允许的最大清晰度显示。,(3)矢量图的缺点: 不易制作色调丰富或色彩变化太多的图像,绘出来的图像不是很逼真,同时也不易在不同的软件间交换文件。,2.2.2 位图 位图(点位图)的基本构图单位是像素。位图是通过许多像素点表示一幅图像,每个像素具有颜色属性和位置属性。包含不同色彩信息的像素的矩阵组合构成了千变万化的图像。位图可以从传统的相片、幻灯片上制作出来或使用数字相机得到。 位图又可以分成如下四种:二值图像(binary image)、灰度图像(gray-scale image)、索引颜色图像(index color image)和真彩色图像(
10、true color image)。,2.2 数字图像的类型,1. 二值图像 只有黑白两种颜色。,2. 灰度图像 在灰度图像中,像素灰度级一般用8 bit表示,所以每个像素都是介于黑色(0)和白色(255)之间的256(28=256)种灰度中的一种。,行(x),列(y),3. 真彩色图像 “真彩色”是RGB颜色的另一种叫法。 在真彩色图像中,每一个像素由红、绿和蓝三个 字节组成, 每个字节为8bit,表示0到255之间的不 同的亮度值,这三个字节组合可以产生1670万种不同 的颜色。,4 . 索引图像 颜色预先定义的(索引颜色)。 索引颜色的图像最多只能显示256种颜色。 因此,一个像素占8b
11、it,而这8bit的值不是颜色值, 而是颜色表中的索引值,根据索引值在颜色表中找到最终 的RGB颜色值。,2.2 数字图像的类型,各种类型位图数据在Matlab中的表示方式 灰度图像:m*n的二维矩阵 真彩色图像: m*n*3的三维矩阵 索引图像:x:二维矩阵 map:颜色表,位图的有关术语,采样点(Sample),分辨率越高,图像细节越清晰,但文件尺寸大, 处理的时间长,对设备的要求高。,位图的有关术语,激光打印机的分辨率可达6001200dpi。,位图的有关术语,屏幕分辨率取决于显示器的大小及其像素设置。 屏幕分辨率由计算机的显示卡决定,位图的有关术语,一般扫描仪提供的方式是水平分辨率要比
12、垂直分辨率高。 台式扫描仪的分辨率可以分为光学分辨率和输出分辨率。,扫描仪硬件所真正扫描到的图像分辨率。光学分辨率可达8001200 dpi以上。,输出分辨率是通过软件强化以及内插补点之后产生的分辨率,大约为光学分辨率的34倍。,位图的有关术语,图像格式的共同特征: 描述图像的高、宽及各种物理特征的数据。 彩色定义。每点bit数。 描述图像的位图数据体。 文件头 位图数据,2.3 图像文件的格式,2.3.1 BMP(BitMap Picture) 文件格式,位图文件头:文件类型、大小等信息。 位图信息头:图像的高度、宽度、大小等信息。 位图数据:每个像素的颜色。,2.3 图像文件的格式,位图文
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