《图像处理》

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1、- 1 -目录目录第一讲第一讲 WindowsWindows 位图（位图（BitmapBitmap）和调色板（）和调色板（PalettePalette） .1 1第二讲第二讲 图象的几何变换图象的几何变换 .1919第三讲第三讲 图象的平滑（去噪声）图象的平滑（去噪声） ，锐化，锐化 .4141第四讲第四讲 图象的半影调和抖动技术图象的半影调和抖动技术 .5151第五讲第五讲 直方图修正和彩色变换直方图修正和彩色变换 .6363第六讲第六讲 腐蚀，膨胀，细化算法腐蚀，膨胀，细化算法 .9191第七讲第七讲 边沿检测与提取，轮廓跟踪边沿检测与提取，轮廓跟踪 .110110第八讲第八讲 图象的检测

2、，模板匹配图象的检测，模板匹配 .127127第九讲第九讲 图象的压缩编码，图象的压缩编码，JPEGJPEG 压缩编码标准压缩编码标准 .135135第十讲第十讲 图象处理编程工具的介绍，简单的多媒体编程图象处理编程工具的介绍，简单的多媒体编程 .152152- 2 -第一讲第一讲 Windows 位图（位图（Bitmap）和调色板）和调色板（Palette）1 1位图和调色板的概念位图和调色板的概念 如今 Windows（3.x 以及 95，NT）系列已经成为决大多数用户使用的操作系统。它比 DOS 成功的一个重要因素是它可视化的漂亮界面，例如你可以在桌面上铺上你喜欢的墙纸。 那么 Wind

3、ows 是如何显示图象的呢？这就要谈到位图（Bitmap） 。 我们知道，普通的显示器屏幕是由许许多多的点构成的，我们称之为象素。显示时采 用扫描的方法：电子枪每次从左到右扫描一行，为每个象素着色，然后从上到下这样扫描若 干行，就扫过了一屏。为了防止闪烁，每秒要重复上述过程几十次。例如我们常说的屏幕分 辨率为 640*480，刷新频率为 70Hz，意思是说每行要扫描 640 个象素，一共有 480 行，每秒 重复扫描屏幕 70 次。我们称这种显示器为位映象设备。所谓位映象，就是指一个二维的象 素矩阵，而位图就是采用位映象方法显示和存储的图象。举个例子，下图 1 是一幅普通的黑 白位图，图 2

4、是被放大后的图，图中每个方格代表了一个象素，我们可以看到：整个骷髅就 是由这样一些黑点和白点组成的。图图 1.1.骷髅骷髅( (左左) ) 图图 2.2.放大后的骷髅位图放大后的骷髅位图( (右右) ) 那么，彩色图是怎么回事呢？ 我们先来说说三元色 RGB 概念。我们知道，自然界中的所有颜色都可以由红，绿，蓝 （R，G，B）组合而成。有的颜色含有红色成分多一些，如深红；有的含有红色成分少一些， 如淡红。针对含有红色成分的多少，可以分成 0 到 255 共 256 个等级，0 级表示不含红色成 分，255 级表示含有 100%的红色成分。同样，绿色和蓝色也被分成 256 级。这种分级的概念 被

5、称作量化。这样，根据红，绿，蓝各种不同的组合我们就能表示出 256*256*256，约 1 千 6 百万种颜色。这么多颜色对于我们人眼来已经足够了。 下表是常见的一些颜色的 RGB 组合值。 颜色RGB 红25500 蓝00255 绿02550- 3 -黄2552550 紫2550255 青0255255 白255255255 黑000 灰128128128 表表 1.1.常见颜色的常见颜色的 RGBRGB 组合组合 你大概已经明白了，当一幅图中每个象素赋予不同的 RGB 值时，就能呈现出五彩缤纷 的颜色了，这样就形成了彩色图。对，是这样的，但实际上的做法还有些差别。 让我们来看看下面的例子。

6、 有一个长宽各为 200 个象素，颜色数为 16 色的彩色图，每一个象素都用 R，G，B 三个 分量表示，因为每个分量有 256 个级别，要用 8 位（bit） ，即一个字节（byte）来表示，所 以每个象素需要用 3 个字节。整个图象要用 200*200*3，约 120k 字节，可不是一个小数目 呀！如果我们用下面的方法，就能省的多。 因为是一个 16 色图，也就是说这幅图中最多只有 16 种颜色，我们可以用一个表：表 中的每一行记录一种颜色的 R，G，B 值。这样当我们表示一个象素的颜色时，只需要指出该 颜色是在第几行，即该颜色在表中的索引值。举个例子，如果表的第 0 行为 255，0，0

7、（红 色） ，那么当某个象素为红色时，只需要标明 0 即可。 让我们再来计算一下：16 种状态可以用 4 位（bit）表示，所以一个象素要用半个字节。 整个图象要用 200*200*0.5，约 20k 字节，再加上表占用的字节为 3*16=48 字节.整个占用 的字节数约为前面的 1/6，省很多吧。 这张 RGB 的表，即是我们常说的调色板(Palette)，另一种叫法是颜色查找表 LUT(LookUpTable),似乎更确切一些。Windows 位图中便用到了调色板技术.其实是不光是 Windows 位图，许多图象文件格式如 pcx，tif，gif 等都用到了。所以很好地掌握调色板的 概念是

8、十分重要的. 有一种图，它的颜色数高达 256*256*256 种，也就是说包含我们上述提到的 R，G，B 颜色表示方法中所有的颜色，这种图叫做真彩色图(TrueColor)。真彩色图并不是说一幅图 包含了所有的颜色，而是说它具有显示所有颜色的能力，即最多可以包含所有的颜色。表示 真彩色图时，每个象素直接用 R，G，B 三个分量字节表示，而不采用调色板技术，原因很明 显：如果用调色板，表示一个象素也要用 24 位，这是因为每种颜色的索引要用 24 位（因为 总共有 2 的 24 次方种颜色，即调色板有 2 的 24 次方行)，和直接用 R，G，B 三个分量表示 用的字节数一样，不但没有任何便宜

9、，还要加上一个 256*256*256*3 个字节的大调色板。所 以真彩色图直接用 R，G，B 三个分量表示，它又叫做 24 位色图。2 2BmpBmp 文件格式文件格式 介绍完位图和调色板的概念，下面就让我们来看一看 Windows 的位图文件(.bmp 文件） 的格式是什么样子的。 bmp 文件大体上分成四个部分，如图 3 所示。- 4 -图图 3.Windows3.Windows 位图文件结构示意图位图文件结构示意图( (右右) )第一部分为位图文件头 BITMAPFILEHEADER，是一个结构，其定义如下：typedefstructtagBITMAPFILEHEADER WORDbf

10、Type; DWORDbfSize; WORDbfReserved1; WORDbfReserved2; DWORDbfOffBits; BITMAPFILEHEADER; 这个结构的长度是固定的，为 14 个字节（WORD 为无符号 16 位整数，DWORD 为无符号 32 位整数） ，各个域的说明如下：bfTypebfType 指定文件类型，必须是 0x424D，即字符串“BM“，也就是说所有.bmp 文件的头两个字节 都是“BM“bfSizebfSize 指定文件大小，包括这 14 个字节 bfReserved1bfReserved1，bfReserved2bfReserved2 为保留

11、字，不用考虑bfOffBitsbfOffBits 为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数，即图 3 中前三个部分的长度之和。 第二部分为位图信息头 BITMAPINFOHEADER，也是一个结构，其定义如下：typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORDbiSize; LONGbiWidth; LONGbiHeight; WORDbiPlanes; WORDbiBitCount DWORDbiCompression; DWORDbiSizeImage; LONGbiXPelsPerMeter; LONGbiYPelsPerMeter; DWORDbiClrUs

12、ed;- 5 -DWORDbiClrImportant; BITMAPINFOHEADER; 这个结构的长度是固定的，为 40 个字节（WORD 为无符号 16 位整数，DWORD 无符 号 32 位整数,LONG 为 32 位整数） ，各个域的说明如下：biSizebiSize 指定这个结构的长度，为 40biWidthbiWidth 指定图象的宽度，单位是象素biHeightbiHeight 指定图象的高度，单位是象素biPlanesbiPlanes 必须是 1，不用考虑biBitCountbiBitCount 指定表示颜色时要用到的位数，常用的值为 1（黑白二色图）,4（16 色图）,8

13、（256 色） ,24（真彩色图） （新的.bmp 格式支持 32 位色，这里就不做讨论了） 。biCompressionbiCompression 指定位图是否压缩，有效的值为 BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS（都是一 些 Windows 定义好的常量） 。要说明的是，Windows 位图可以采用 RLE4，和 RLE8 的压缩格式， 但用的不多。我们今后所讨论的只有第一种不压缩的情况，即 biCompression 为 BI_RGB 的 情况。biSizeImagebiSizeImage 指定实际的位图数据占用的字节数，其实也可以从以下的公式中计算出来

14、：biSizeImage=biWidth*biHeight 要注意的是：上述公式中的 biWidth必须是 4 的整倍数（所以不是 biWidth，而是 biWidth，表示大于或等于 biWidth 的，离 4 最近的整倍数。举个例子，如果 biWidth=240，则 biWidth=240；如果 biWidth=241，biWidth=244）如果 biCompression 为 BI_RGB，则该项可能为零biXPelsPerMeterbiXPelsPerMeter 指定目标设备的水平分辨率，单位是每米的象素个数，关于分辨率的概念，我们将在 打印部分详细介绍。biYPelsPerMete

15、rbiYPelsPerMeter 指定目标设备的垂直分辨率，单位同上。biClrUsedbiClrUsed 指定本图象实际用到的颜色数，如果该值为零，则用到的颜色数为 2 的 biBitCount 次 方。biClrImportantbiClrImportant 指定本图象中重要的颜色数，如果该值为零，则认为所有的颜色都是重要的。 第三部分为调色板(Palette)，当然，这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。有 些位图，如真彩色图，前面已经讲过，是不需要调色板的，BITMAPINFOHEADER 后直接是位 图数据。 调色板实际上是一个数组，共有 biClrUsed 个元素（如果该值为零，则有 2 的 biBitCount 次方个元素） 。数组中每个元素的类型是一个 RGBQUAD 结构，占 4 个字节，其定 义如下：typedef struct tagRGBQUAD- 6 -BYTErgbBlue;/该颜色的蓝色分量 BYTErgbGreen;/该颜色的绿色分量 BYT