《宋怀波第4讲：图像处理基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宋怀波第4讲：图像处理基础知识（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数字图像处理宋怀波 机械与电子工程学院12u色彩的三要素视觉所感知的一切色彩现象，都具有亮度、色调和饱和度三种性质，这三种性质称为色彩的三要素。亮 度：光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉。色 调：反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性。饱和度：指颜色的纯度，或者说指颜色的深浅程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明。 23u色彩模型u在进行视频图像处理时，常常涉及到用几种不同色彩 模型(或颜色模型)来表示图像的颜色。u使用色彩模型的目的：u尽可能有效地描述颜色，以便需要时能方便选择。u各个应用领域一般使用不同的色彩模型：p如计算机显示时采用RGB模型；p彩色电视信号传输时采用YUV模型
2、；p打印输出彩色图像时用CMY模型，还有另外一些色彩模型的表示方法。34RGB模型自然界常见的各种颜色，都可由红(R)、绿(G)、蓝 (B)三种颜色光按不同比例相配而成。同样，绝大多数颜色光也可以分解成红、绿、蓝三种色彩。这就是 色度学的基本原理三基色原理。RGB模式产生色彩的方式称为加色法，没有光是全黑，各色光加入后才产生色彩，越加越高，加到极限 时成为白色。45HSL模型HSL (Hue, Saturation, Lightness)模型是使用H、S 和L生成颜色。 H为色调，改变它的数值可生成不同的颜色表示； S为饱和度，改变它可使颜色变亮或变暗； L为亮度参量。 HSL模型描述颜色更加
3、自然，符合人眼对颜色的感 知方式，比较容易理解，但使用时不方便。 HSL和RGB色彩模型之间是线性关系，使得颜色的 编辑十分直观方便，有助于理解这两种色彩模型。5原始图像饱和度分量6HSL模型7原始图像我的结果对比结果HSL模型89CMY模型 打印时一般需要使用CMY模型。CMY模型(Cyan、Magenta、 Yellow)是采用青、粉红、黄色三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。 CMY模式：由照射在颜料上反射回来的光线所产生。颜料会吸收一部分光线，而未吸收的光线会反射出来，成为视觉判定颜 色的依据，这种色彩的产生方式称为减色法。 所有的颜料都加入后才能成为纯黑，当颜料减少时才开始出现 色
4、彩，颜料全部除去后才成为白色。 理论上CMY三基色可制作出所需要的各种颜色，但实际上同量 的CMY混合后并不能产生完善的黑色或灰色，因此在印刷时必 须加上一个黑色(Black)，这样，又称为CMYK模式。91. 二维数组方式: M行N 列2.多波段图像数据结合结构1）按各个波段存储列行红绿蓝2.2.3 图像存储的数据结构2）按扫描行存储红 绿 蓝 第1行3）按各个像素存储 红 绿 蓝 （1，1）（1，2）2.2.3 图像存储的数据结构112.3 图像文件格式2.3.1 BMP文件格式 2.3.2 GIF文件格式 2.3.3 TIFF文件格式 2.3.4 JPEG文件格式 2.3.5 DICOM
5、文件格式122.3.1 BMP文件格式vWindows中定义了两种位图文件类型：一般位图文件 格式，设备无关位图文件格式。vBMP图像文件的结构可以分为如下三个部分：文件头 （由位图像文件和位图信息头两部分组成），调色板 数据，图像数据。 其中： 文件头的长度为固定值54个字节； 调色板数据对所有不超过256色的图像模式都需要进 行设置，即使是单色图像模式也不例外。13BITMAPFILEHEADER包含文件类型和大小等信息，定义为： typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORDbfType; /*代表BMP格式，必为“BM”即“0x4d42”*/ DWORD
6、 bfSize; /* BMP文件总字节数*/ WORD bfReserved1;/*预留，必为0*/ WORD bfReserved2; /*预留，必为0*/ DWORD bfOffBits; /*以字节为单位，表示图像数据在文件内的起始地址，即 图像数据针对文件头的偏移量*/ BITMAPFILEHEADER 2.3.1 位图文件头 BITMAPFILEHEADER14BITMAPINFOHEADER包含位图的尺寸和颜色格式等信息，其定义如下： typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORDbiSize;/*bitmapinfo结构的字节数为40*/ LO
7、NGbiWidth; /*图像宽度(像素数)*/ LONG biHeight; /*图像高度(像素数)*/ WORDbiPlanes; /*目标设备平面数，总为1*/ WORDbiBitCount;/*每像素位数，可为1、4、8或24*/ /*数据压缩方式，为0(不压缩)；1(BI_RLE8)或2(BI_RLE4)*/ DWORDbiCompression; DWORDbiSizeImage; / 位图的大小，以字节表示*/ LONGbiXPelsPerMeter; /*设备水平分辨率,以每米像素数为单位*/ LONGbiYPelsPerMeter; /*设备垂直分辨率,以每米像素数为单位*/
8、 DWORDbiClrUsed;/*位图使用的颜色数,0表示所有颜色都使用*/ DWORDbiClrImportant;/*重要的颜色索引,0表示所有颜色均重要*/ BITMAPINFOHEADER2.3.2 位图信息头 BITMAPINFOHEADER15图像文件头示例16bfType=4D42 H=“BM”图像文件头示例17bfSize=000027A0H =10144图像文件头示例18Reserverd1= 0图像文件头示例19Reserverd2= 0图像文件头示例20bfOffset=0000003E H图像文件头示例21biSize=000 00028H=40图像文件头示例22bi
9、Width=00000140H=320图像文件头示例23biHeight=000000FCH=252图像文件头示例24biPlanes=0001H图像文件头示例25biBitCount=0001H图像文件头示例26biCompressio n=00000000H图像文件头示例27biSizeImage= 00000000H图像文件头示例28biXpelsPerMeter=00000B12H=2834图像文件头示例29biYpelsPerMeter=00000B12H=2834图像文件头示例30biClrUsed =00000000 H图像文件头示例31biClrImportant=000000
10、00H图像文件头示例32如果位图的描述还需要调色板数据，则应该在BMP文件头之后定 义一个颜色表，它包含若干个表项。其中，每一个表项定义了一种 颜色，Windows将其定义为如下的RGBQUAD结构： typedef tagRGBQUAD BYTE rgbBlue； BYTE rgbGreen； BYTE rgbRed； BYTE rgbReserved； RGBQUAD；注意：RGBQUAD数据结构中，增加了一个保留字段，它不代表 任何意义，必须取固定值0。 若某个调色板项为 “00，00，FF，00”，则表示该点的颜色为: 纯红色， 而不是纯蓝色。调色板数据33位图数据阵列记录了位图中的每
11、一个像素值。位 图数据的长度由图像尺寸、像素的位数和压缩方式等 共同决定。在生成位图文件时，Windows 从位图的左下角开 始(即从左到右从下到上)逐行扫描位图，将位图的像素 值一一记录下来，这些记录像素值的字节组成了位图 阵列。对于24位BMP，其像素数据由蓝绿红分量组成。2.3.5 位图数据34图像数据文件头调色板rgbBLUE=49H rgbGREEN=3CH rgbRED=2CH rgbReserved=00H调色板索引 =CBH=20335图像数据文件头BLUE=85H GREEN=95H RED=95H36左下角位置372.3 图像文件格式2.3.2 GIF文件格式GIF（gra
12、phic Interchange Format）是由CompuServe公司设计和开发的文件存储格式，用于存储图形，也 可以用来存储256色图像，扩展名为gif。382.3 图像文件格式2.3.3 TIFF文件格式TIFF（Tagged Image File Format）是相对经典、功 能很强的图像文件存储格式，扩展名为tif或tiff。2.3.4 JPEG文件格式由（国际）联合图像专家组（Joint Photographic Experts Group）提出的静止图像压缩标准文件格式，是面向常规彩色图像及其它静止图像的一种压缩标 准。扩展名为jpg或jpeg。 392.3.5 DICOM文
13、件格式DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 是医学图像文件存储格式，为各类医学图像数据的存档、传输和共享而起草和颁布的。DICOM格式支持几乎所有的医学数字成像设备， 例如CT、MR、DR、超声、内窥镜、电子显微镜等，成为现代医学图像存储传输技术和医学影像学 的主要组成部分。常见扩展名为DCM。2.3 图像文件格式402.4 图像质量评价2.4.1 图像质量的客观评价 2.4.2 图像质量的主观评价412.4.1 图像质量的客观评价v归一化均方误差42v峰值方均误差2.4.1 图像质量的客观评价f(j,k)被变换的图像场，
14、Af(j,k )的最大值 等效信噪比43熵 v图像的熵是衡量图像信息丰富程度的一个重 要指标。根据Shannon信息论的原理，一幅图 像的信息熵定义为：44平均梯度 v平均梯度可以反映图像对微小细节变化的表 达能力，可以用来评价图像的清晰程度。 45标准差 v标准差反映了图像灰度相对于图像平均灰度 的离散情况，在某种程度上，标准差可以用 来评价图像对比度的大小。如果标准差越大 ，则图像的对比度越大，图形所包含的信息 也就越多。 46图像的清晰度 v清晰度可以反映图像对微小细节反差的表达 能力，用来评价图像的清晰程度 47图像的交互信息量 48v基本概念图像逼真度（Fidelity）描述被评价图
15、像与标准图像的偏离程度图像可懂度（Intelligibility) 表示图像能向人或机器提供信息的能力2.4.2 图像质量的主观评价49v外行、内行主观评价：采用目视观察和主观感觉评价图像的质量 绝对评价: 标准图像作参考“全优度尺度”：非常好图像 5分好图像 4分中等图像 3分差图像 2分 非常差图像 1分2.4.2 图像质量的主观评价50相对评价图像好到坏分类，比较。 “群优度尺度 ”最好、稍好一批中最好的图像 7分 比该批的平均水平好的图像 6分 稍好于该批的平均水平图像 5分 该批平均水平的图像 4分 稍次于该批的平均水平图像 3分 比该批的平均水平差的图像 2分 一批中最差的图像 1分2.4.2 图像质量的主观评价51
