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1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 数字图像处理 计算机科学与工程系 杨淑莹杨淑莹 课程内容简介 n介绍各种数字图象处理的算法分析及编程实 现技术 n主要内容包括 位图基础 图象的显示 图像的几何变换 图象灰度变换 图像的平滑处理 图像锐 化处理及边缘检测 图像分割及测量 图像 的形态学处理 图像的变换域处理及应用 图像的合成 24位彩色图像处理 JPEG图像 的压缩编码 第一章 位图基础 n1 1 数字图像的基本概念 n1 2 与设备无关位图 DIB 1 1 数字图像的基本概念 n位图与矢量图 n数字图象的基本概念 n单色图象 n灰度图象 n伪彩色图像 n24位真彩色图像
2、位图与矢量图 n图形由指令集合组成的描述 显示时需要相应的软 件读取这些命令 并将其转变为屏幕上所显示的形 状和颜色 图形记录的主要内容是坐标值或坐标值 序列 对一般画面内容的颜色或亮度隐含且统一地 描述 n图像是以栅格结构存储画面内容 栅格结构将一幅 图划分为均匀分布的栅格 每个栅格称为像素 显 式地记录每一像素的光度值 亮度或彩色 所有像 素位置按规则方式排列 像素位置的坐标值却是有 规则地隐含 数字图象的基本概念 n在PC的显示系统中 显示的图像是由一个个像素组成的 每一个像素 都有自己的颜色属性 每一个像素的颜色由红 绿 蓝三原色组合而 成 数字图象是连续图象f x y 的一种近似表示
3、 通常用由采样点的 值所组成的矩阵来表示 f 0 0 f 0 1 f 0 M 1 f 1 0 f 1 1 f 1 M 1 f N 1 0 f N 1 1 f N 1 M 1 n每一个采样单元叫做一个象素 pixel 上式中 M N分别为数字图象 在横 纵方向上的象素 在计算机内通常用二维数组来表示数字图象 的矩阵 数字图象的基本概念 n图象数字化的精度包括两个部分 即分辨率和颜色深度 n分辨率 有显示分辨率和图象分辨率 n图象分辨率 是数字化图象时划分图象的象素密度 即单位长度内的 象素数 其单位是每英寸的点数DIP Dots per Inche 图象分辨率 说明了数字图象的实际精细度 n显示
4、分辨率 是把数字图象在输出设备 如显示屏或打印机等 上能 够显示的象素数目和所显示象素之间的点距 显示分辨率说明了数字 图象的表现精细度 n具有不同的图象分辨率的数字图象在同一输出设备上的显示分辨率相 同 n颜色深度 是指表示每一象素的颜色值的二进制位数 颜色深度越大 则能表示的象素的颜色数目越多 它们之间的关系取决于数字图象采 用的颜色表示法 常用的颜色表示法有RGB CMYK YUV等 单色图象 n单色图象的每一象素值具有如下特征 1 图象中每一点的红 绿 蓝颜色分量值都相等 即 f red x y f green x y f blue x y 2 其值只有两个0或255 n单色图象具有比
5、较简单的格式 它一般由黑色区域 和白色区域组成 其典型图象格式就是直线图和图 表 一旦给定图象的大小 这种格式的内容将十分 紧凑 灰度图象 n灰度图象的每一象素值具有如下特征 1 图象中每一点都不是彩色的 即每一点的红绿蓝颜色分 量值都相等 即 f red x y f green x y f blue x y 2 其值范围从0 255 n对于灰度图象 其f x y 表示 x y 位置处的灰度值 n在一些单色照片中 经常要用灰度 才能准确的表达图象 的真实视觉效果 这种图象被称为灰度图象 当需要在不 具备真彩色支持的图象显示卡上显示原始真彩色图象时 一般都要利用相应的灰度图象对其进行近似处理 因
6、此灰 度图象是图象技术中涉及范围比较广泛的一种图象表示方 法 伪彩色图像 n伪彩色图像与灰度图像相似 其存储文件中也带 有图像颜色表 伪彩色图像具有如下特征 1 图像颜色表中的红 绿 蓝颜色分量值不全相 等 即 f red x y f green x y f blue x y 2 整幅图像仅有256种颜色 要表示256种不同的 颜色 像素必须由8位组成 每个像素值不是由每 个基色分量的数值直接决定 而是把像素值当作图 像颜色表的表项入口地址 把具有256色的图像称 为8位彩色图像 24位真彩色图像 n具有全彩色照片表达能力的图像为24位彩色图像 24位真彩色图像存储文件中不带有图像颜色表 其
7、具有如下特征 1 图像中每一像素由RGB三个分量组成 每个分 量各占8位 每个像素需24位 2 f red x y f green x y f blue x y 取值范围为0 255 n由于24位真彩色图像所需的存储空间很大 处理速 度较慢 当需要存储储空间间不大 并且要求实时实时 快 速处处理图图像时时 一般都要利用相应应的8位位图对图对 其进进行近似处处理 因此8位位图图是图图像技术术中涉及 范围围比较较广泛的一种图图像表示方法 1 2与设备无关位图 DIB nBMP文件组成 n数字图像处理的应用 BMP文件组成 nBMP文件由文件头 位图信息头 颜色信息 和图像数据四部分组成 位图结构如
8、下所示 位图颜色表RGBQUAD 位图像素数据 位图文件头结构BITMAP 位图信息头结构BITMAPINFOHEADER 结构 数据域含义 bfType 字节 BM bfSize 文件总字节数 BfReserved1 0 BfReserved1 0 bfOffBits 位图数据距文件头的偏移量 BITMAPINFOHEADER biSize 本结构大小的字节数 biWidth 位图的宽度 单位为象素点 biHeight 位图的高度 单位为象素点 biPlanes 1 biBitCount 象素的位数 1 4 8 24 biCompression 压缩方式 0表示不压缩 bisizeImage
9、 位图数据的字节数 biXpelsPerMeter 水平分辨率 象素点 米 biYpelsPerMeter 垂直分辨率 象素点 米 biClrUsed 图象中使用的颜色数 biClrImportant 图象中重要的颜色数 RGBQUAD rgbBlue 蓝色的比例 rgbGreen 绿色的比例 rgbRed 红色的比例 rgbReserved 0 数字图像处理的应用 n下面列举一些典型的应用实例 1 遥感航天中的应用 天文 太空星体的探测及分析 军事侦察 定位 指挥等 地质 地形 地图的普查及绘制 地下矿藏的勘探 环境污染的监测 气象 天气预报的合成分析 2 生物医学中的应用 显微图像处理 D
10、NA显示分析 生物进化的图像分析 手术规划 内脏大小 形状 活动及异常检出分析 癌细胞识别 数字图像处理的应用 3 工业应用 产品无损检测 焊缝及内部缺陷检测 流水线零件自动检测识别 生产过程的监控 交通管制 机场监控 支票 签名辨伪及识别 机器人视觉系统的应用 4 军事公安领域中的应用 罪犯脸形的合成 指纹自动识别 巡航导弹地形识别 手迹 印章的鉴定识别 遥控飞行器的引导 雷达的目标侦察 数字图像处理的应用 5 其它应用 多媒体计算机系统及应用 图像的远程通信 电视会议 可视电话 服装试穿显示 现场视频管理 第二章 图像的显示 n2 1 调色板的基本应用 n2 2 图像的特效显示 2 1 调
11、色板的基本应用 n调色板的原理 n调色板的创建与实现 n显示函数 调色板的原理 n调色板就是在256色显示系统中 将图像中出现的 256种颜色组成颜色表 对这些颜色按8位 即0至255 进行编号 每一编号代表其中的一种颜色 在这种颜 色中颜色编号叫做颜色的索引号 n256色位图文件中含有BMP文件由文件头 位图信息 头 颜色信息表和图像数据四部分组成 图像的像 素值并不是颜色值 而是颜色索引表的索引号 调色板的创建与实现 n在调色板系统中 每一幅图像都有自己的调色板 显示时必 须将自己的调色板载入系统调色板中 实现调色板 一般创 建一个逻辑调色板需要以下五步 1 建立一个LOGPALETTE结
12、构和PALETTEENTRY数组 2 对数组元素进行初始化并对成员变量进行设置 3 建立CPalette对象并使用CreatePalette函数初始化调 色板对象 4 使用SelectPalette函数来将设备描述表和调色板联系 起来 5 使用CDC中的RealizePalette函数使调色板生效 显示函数 n在Visual C 环境中用于显示的主要有BitBlt函 数 StretchBlt函数和StretchDIBits函数 BitBlt函数和StretchBlt函数属于CDC类 而 StretchDIBits函数为API函数 显示函数 nBitBlt 函数 该函数的结构如下 BOOL Bi
13、tBlt int x int y int nWidth int nHeight CDC pSrcDC int xSrc int ySrc DWORD dwrop 参数说明 x 指定绘制目标矩形左上角的逻辑X轴位置 y 指定绘制目标矩形左上角的逻辑Y轴位置 nWidth 指定绘制目标矩形和源位图的宽度 按逻辑单位 nHeight 指定绘制目标矩形和源位图的高度 按逻辑单位 pSrcDC 设备上下文的指针 xSrc ySrc 指定源位图左上角的逻辑X轴 Y轴位置 dwrop 指定要执行的光栅运算 其操作码定义了图形设备接口 GDI 在输出操作中如何组合颜色 当要将位图的像素从内存显示环境复制到显示
14、器 或打印机 设 备环境中 一般会用到这个函数 显示函数 nStretchBlt 函数 该函数的结构如下 BOOL StretchBlt int x int y int nWidth int nHeight CDC pSrcDC int xSrc int ySrc int nSrcWidth int nSrcHeight DWORD dwrop 参数说明 x 指定绘制目标矩形左上角的逻辑X轴位置 y 指定绘制目标矩形左上角的逻辑Y轴位置 nWidth 指定绘制目标矩形的宽度 按逻辑单位 nHeight 指定绘制目标矩形的高度 按逻辑单位 pSrcDC 设备上下文的指针 xSrc ySrc 指定
15、源位图左上角的坐标 按逻辑单位 nSrcWidth nSrcHeight 指定复制源位图的宽度和高度 按逻辑单 位 dwrop 指定要执行的光栅运算 其操作码定义了图形设备接口 GDI 在输出操作中如何组合颜色 显示函数 nStretchDIBits 函数 该函数的结构如下 BOOL StretchDIBits HDC hdc int x int y int nWidth int nHeight int xSrc int ySrc int nSrcWidth int nSrcHeight CONST VOID lpvBits CONST BITMAPINFO lpbmi UNIT fuColo
16、rUse DWORD dwrop 参数说明 hdc 设备上下文句柄 x 指定绘制目标矩形左上角的逻辑X轴位置 y 指定绘制目标矩形左上角的逻辑Y轴位置 nWidth 指定绘制目标矩形的宽度 按逻辑单位 nHeight 指定绘制目标矩形的高度 按逻辑单位 xSrc ySrc 指定源位图左上角的坐标 按逻辑单位 nSrcWidth nSrcHeight 指定复制源位图的宽度和高度 按逻辑单位 lpvBits 指向DIB数据图像的指针 lpbmi 指向BITMAPINFO结构的指针 fuColorUse 指定BITMAPINFO结构中的bmiColors包含真实的RGB值还是调色板中 的索引值 dwrop 指定要执行的光栅运算 2 2 图像的特效显示 n图像的特效显示就是利用人眼的视觉特性 通过对 图像分块 然后以不同的次序显示出来 实现图像 的特效显示的基本思路是将图像分成不同的小块 按一定的方向或次序 分阶段地显示或擦除图像块 其中的四个要点是 1 如何划分图像块 2 确定图像块的操作次序 3 显示或清除图像块 4 在两个图像块的操作之间延时 延时的目的是减慢图像的显示速度 以便可以看出
