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1、第5章 彩色数字图象基础第5章彩色数字图象基础5.1 视觉系统对颜色的感知5.2 图象的颜色模型5.3 图像的三个属性5.4 图像的种类 5.5 伽马校正5.6 JPEG压缩编码5.7 图像文件格式内容提要1. 数字图像概念2. 数字图象输入设备3. 数字图像的基本运算4. Fourier变换5. 其他变换（离散图象变换，小波变换） 6. 采样数据处理7. 图象压缩与复原8. 模式识别：物体测量9. 三维图象处理1.1 数字图像处理的术语(1) 什么是图像：是指由被称作象素的小块区域组成的二维矩阵。图像数学函数连续函数离散函数可见图像图片照片图画不可见物理图像数字图像处理的术语(2) 数字图像
2、 一个被采样和量化后的二维函数 采用等距离矩形网格采样 对幅度进行等间隔量化 处理 让某个事物收到一个过程的作用 过程 导致某个所期望的目标的一系列操作数字图像处理的术语(3) 数字图像处理 定义:对一个物体的数字表示施加一系列的操作,以得到所期望的结果 一个图像到图像的过程 数字图像分析 一幅图像转化为非图像的表示 例:若一个数字图像包含多个物体,图像分析可通过分析后抽取这些物体的测度数字图像处理的术语(4) 计算机图形学 定义:使用计算机将由概念或数学描述所表示的物体进行处理和显示的过程。 侧重点在于根据给定的物体描述模型、光照及摄像机的成像几何，生成一幅图像的过程。 计算机艺术也属于计算
3、机图形学 计算机视觉 目的是发展出能理解自然景物的系统 在机器人领域，计算机视觉为机器人提供眼睛数字图像处理的术语(5) 数字化 定义:将一幅图像从原来的形式转化为数字形式的过程。 一个非破坏性的过程。 逆过程是“显示” 扫描 对一幅图像内给定位置的寻址 把图像划分为矩形网格，即光栅 扫描的最小单元为像素数字图像处理的术语(6) 采样 在一幅图像的每个像素位置上测量灰度值 传感元件将光亮度转化为电压值。 对图像信号的定义域离散化 量化 将测量的灰度值用整数表示 通过模数转化器实现 对图像信号的值域离散化数字图像处理的术语(7) 数字化过程 扫描、采样、量化构成了数字化过程。 对比度 灰度反差的
4、大小 灰度分辨率 指值的单位幅度上包含的灰度级数1.2 图像处理分类 模拟处理 包括光学透镜处理、照相、广播电视等 优点处理速度快，一般是实时处理 缺点精度低，抗干扰性差，灵活性差，没有对图像的理解能力和非线性处理能力图像处理分类（续） 数字处理 采用数字计算机对数字化形式的图像进行处理 优点精度高，处理内容丰富，处理手段灵活 缺点计算量大，处理速度较慢图像处理的内容 图像数字化 图像存储 计算机处理 图像重建图像处理系统的基本构成 系统构成图像处理系统的基本构成（续） 处理流程图象处理例子图象分辨率 Image rotatemoir* Blurring An ImageSharpening
5、An ImageImage RotationImage ScalingNoise Filtering1.3 图像存储 编码与格式转换 存储媒介 磁盘 磁带 光盘 目标-实现对图像的高效存储、管理、检索等1.4 计算机处理 图像变换 图像增强 图像复原 图像压缩与编码 图像分析 基于内容的图像处理图像变换 几何变换-放缩，旋转，平移（滚动与漫游），投影 付里叶变换（DFT)，离散余弦变换(DCT)，离散小波变换（DWT)，Walsh 变换，Hadamard变换，Slant变换，Haar 变换，K-L变换图像增强 对比度增强 亮度增强 直方图修改 图像平滑去噪声 滤波 图像锐化图像复原 运动模糊的
6、复原 逆滤波复原 维纳滤波复原 能量相等准则复原 代数复原 图像增强与图像复原之间的区别？图像压缩与编码 熵编码 预测编码 变换编码 矢量量化 分形编码 小波变换与压缩编码图像分析 图像分割 特征提取，包括形状特征，颜色特征， 纹理特征基于内容的图像处理 分类与管理 压缩与描述 检索图像重建 显示输出 硬拷贝输出应用 医学图像处理（成像，处理，重建） 遥感图像处理 艺术创作 Web 人机交互 广播与娱乐1.5 图像的表示 像素值的含义 物体表面的亮度(颜色)，如照相 生物体的吸收特性，如X光片 区域的温度，如红外照相 任意二维函数的值图像的表示（续） 正交模型将图像表示成一组正交函数之和 随机
7、过程模型将图像看作一个二维随机过程 因果模型(Causal Model) 描述相邻像素之间的关系图象表示图象表示图像格式 位图图像 矢量图形 BMP GIF JPEG TIFF PCX位图图像 绘画以及图象编辑软件都产生位图图象， 也叫作栅格图象。位图图象是用小方形网格（位图或栅格），即人所共知的象素来代表图象，每个象素都被分配一个特定位置和颜色值。例如，在位图图象中自行车轮胎是由该位置的象素拼合组成的。处理位图图象时，您编辑的是象素而不是对象或形状。位图图像（续） 位图图象与分辨率有关，换句话说，它包含固定数量的象素，代表图象数据。因此，如果在屏幕上以较大的倍数放大显示，或以过低的分辨率打印
8、，位图图象会出现锯齿边缘，且会遗漏细节。在表现阴影和色彩（如在照片或绘画图象中）的细微变化方面，位图图象是最佳选择。矢量图形 绘图软件创作的矢量图形，是由叫作矢量的数学对象所定义的直线和曲线组成的。矢量根据图形的几何特性来对其进行描述。例如，矢量图形中的自行车轮胎是由数学定义的圆形组成，这个圆形按某一半径画出，放在特定位置并填充有特定的颜色。移动、缩放轮胎或更改轮胎颜色不会降低图形的品质。矢量图形（续） 矢量图形与分辨率无关，换句话说，您可以将它缩放到任意大小和以任意分辨率在输出设备上打印出来，都不会遗漏细节或清晰度。因此，矢量图形是文字（尤其是小字）和粗图形的最佳选择， 这些图形（比如徽标）
9、在缩放到不同大小时必须保持清晰的线条。矢量图形（续） 因为计算机显示器通过在网格上的显示来呈现图象，因此矢量和点阵图象在屏幕上都是以象素显示的。 从矢量到位图的转换称为扫面转换，它是计算机图形学的研究内容BMP BMP 是DOS 和Windows 兼容计算机系统的标准Windows 图象格式。BMP 格式支持RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式。可以指定图象采用Microsoft Windows 或OS/2 格式，并指定图象的位深度。对于使用Windows 格式的4 位和8 位图象，可以指定采用RLE 压缩。GIF GIF是Graphic Interchange Format （图形交换格式）
10、的缩写，在WWW和其它网上服务的HTML文档中，GIF文件格式普遍用于显示索引颜色图形和图象。GIF 是一种LZW 压缩格式，用来最小化文件大小和电子传递时间。最多支持256种颜色。GIF（续）JPEG JPEG是Joint Photographic Experts Group （联合图片专家组）的缩写。在WWW 和其它网上服务的HTML 文档中，JPEG普遍用于显示图片和其它连续色调的图象文档。JPEG 格式支持CMYK、RGB 和灰度颜色模式， 与GIF 格式不同，JPEG 保留RGB 图象中的所有颜色信息，通过选择性地去掉数据来压缩文件。 JPEG 图象在打开时自动解压缩。高等级的压缩会
11、导致较低的图象品质，低等级的压缩则产生较高的图象品质。在大多数情况下，采用“最佳”品质选项产生的压缩效果与原图几乎没有什么区别。JPEG（续）TIFF TIFF 是一种灵活的位图图象格式，实际上被所有绘画、图象编辑和页面排版应用程序所支持。而且几乎所有桌面扫描仪都可以生成TIFF 图象。PCX PCX 格式普遍用于IBM PC 兼容计算机上。大多数PC 软件支持PCX 格式版本5。版本3 文件采用标准VGA 调色板， 该版本不支持自定调色板。 PCX 格式支持RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式。PCX 支持RLE 压缩方式。支持位深度为1、4、8 或24 的图象。内容提要1. 数字图像概念2
12、. 数字图象数字化设备3. 数字图像的基本运算4. Fourier变换5. 其他变换（离散图象变换，小波变换） 6. 采样数据处理7. 图象压缩与复原8. 模式设别：物体测量9. 三维图象处理相关硬件 扫描仪，照相机，摄像机 采集卡，图像处理加速卡 显示器，打印机，绘图仪，投影仪图像数字化（一） 硬件设备的快速发展，图象获取设备的成本显著降低，因而越来越普及，将成为高档微机的内置设备 主要任务-将一幅图像转换成数字信号输入到计算机中，包括 图像摄取 光电转换 数字化 采样孔：使数字化设备能单独观测特定的图像元素而不受图像其它部分的影响 扫描设备：使采样孔按确定的方式移动 光传感器：测量每一像素
13、的亮度，将光亮度转化为电流 量化器：将传感器输出的连续值转化为整数值 输出存储设备 像素大小：采样孔的大小和像素间距 图像大小：允许输入图像的大小 被测的局部属性：被数字化器测量和转化的实际物理参数（如光密度或透射率） 线性度：灰度正比于图像亮度的实际精确程度 噪音： 数字处理设备简介 扫描仪 数码相机CCD（-Charged Coupled Device）LCD显示器分辨率 VGA 640x480 SVGA 800x600 XGA 1156 x 864Use the table below as a guide for best results when printing digital images: Capture Resolution Number of Pixels Maximum Print Size 640x480 307,200 Wallet Size 800x600 480,000 2x2 - inch 1156x864 786,432 5x7 - inch 1536x1024 1,572,864 8x10 - inch扫描仪 将静态图象输入到
