数字图像处理教程

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1、数数字图图像处处理 主讲教师：张 峰 联系方式：zf_西安工业大学电信学院信通系11.2 11.2 图像编码传输与国际标准图像编码传输与国际标准11.2.1图像传输中的压缩模型源数据 编码通道通道 编码编码通道通道通道通道 解码解码源数据 解码源数据编码：完成源图像数据的压缩。 通道编码：为了抗干扰，增加一些容错、校验位、版权 保护，实际上是增加冗余。 通道：如Internet、局域网、通讯、可移动介质。11.2.2制定图像压缩标准的国际组织ISO（International Standard Organization国际标准化组织）CCITT（Consultative Committee o

2、f the International Telephone and Telegraph国际电报电话咨询委员会）二值图像：G3、G4、JBIG静止图像：JPEG (Joint Picture Expert Group）91年运动图像：MPEG-X (Moving Picture Expert Group）92年H.26X（图像通信领域）11.2 11.2 图像编码传输与国际标准图像编码传输与国际标准11.4 11.4 行程编码行程编码11.4.1行程编码的基本思路 行程：具有相同灰度值的像素序列 编码思想：将一行中颜色值相同的相邻象素（行程） 用一个计数值（行程的长度）和该颜色值（行程的灰 度）

3、来代替，从而去除像素冗余。RLE：Run Length Encoding例：设重复次数为 iC, 重复像素值为 iP编码为：（iCiP）（ iCiP）（ iCiP）编码前：aaaaaaabbbbbbcccccccc 编码后：7a6b8c无损压缩编码11.4.2行程编码排序方法11.4 11.4 行程编码行程编码Z字型排列11.4.3行程编码实例数据量：64*8=512(bit)11.4 11.4 行程编码行程编码11.4 11.4 行程编码行程编码11.4.3行程编码实例130，130，130，130，130，130，130，130， 130；129，129，129，129，130，130，1

4、29； 127，128，127，129，131，130，132，134， 134；133，133，132，130，129，128，127， 128，127，128，127，125，126，129，129； 127，129，133，132，131，129，130，130； 129，130，130，130，129，130，132，132； 131，131，130，126，128，128，125，127按第一种方式进行排列（7，130），（2，130），（4，129），（2，130），（1 ，129）；（1，127），（1，128），（1，127），（1， 129），（1，131），（1，130），

5、（1，132），（2，134 ），（2，133），（1，132），（1，130），（1，129）， （1，128），（1，127），（1，128），（1，127），（1 ，128），（1，127），（1，125），（1，126），（2， 129），（1，127），（1，129），（1，133），（1，132 ），（1，131），（1，129），（2，130），（1，129）， （3，130），（1，129），（1，130），（2，132），（2 ，131），（1，130），（1，126），（2，128），（2， 127）11.4 11.4 行程编码行程编码 11.4.3行程编码实例数据量为:4

6、3*（3+8）=473(bit) 对于有大面积色块的图像，压缩效果很好 对于纷杂的图像，压缩效果不好，最坏情况下（图像中每两个相邻点的颜色都不同 ），会使数据量加倍11.4 11.4 行程编码行程编码 11.4.3行程编码特点11.2 11.2 哈夫曼编码哈夫曼编码哈夫曼(Huffman)编码是一种常用的无损压缩编码方法 ，是Huffman于1952年为压缩文本文件建立的。基本思想是通过减少编码冗余来达到压缩的目的。 统计符号的出现概率，建立一个概率统计表，将最 常出现(概率大的)的符号用最短的编码，最少出现 的符号用最长的编码。11.2.1 11.2.1 哈夫曼编码的理论基础哈夫曼编码的理论

7、基础大量统计实验熵编码11.2 11.2 哈夫曼编码哈夫曼编码11.2.2 11.2.2 哈夫曼编码算法哈夫曼编码算法(1) 首先统计出每个符号出现的频率， (2) 从左到右把上述频率按从小到大的顺序排列 (3) 每一次选出最小的两个值，作为二叉树的两个叶子节 点，将和作为它们的根节点。 (4)重复(3)，直到最后得到和为1的根节点。 (5)将形成的二叉树的左节点标1，右节点标0。把从最上面 的根节点到最下面的叶子节点途中遇到的0,1序列串起来 ，就得到了各个符号的编码（需倒排）11.2 11.2 哈夫曼编码哈夫曼编码11.2.3 11.2.3 哈夫曼编码实例哈夫曼编码实例符号 概率 a1 0

8、.1 a2 0.4 a3 0.06 a4 0.1 a5 0.04 a6 0.3 符号 编码 a1 0010 a2 11 a3 01010 a4 1101 a5 11010 a6 00 常用的且有效的方法是将图像分割成若干的小块，对每块 进行独立的Huffman编码8*8分块的编码 效率为47.27%16*16分块的编 码效率约为61%11.2 11.2 哈夫曼编码哈夫曼编码11.2.4 11.2.4 哈夫曼编码应用说明哈夫曼编码应用说明11.3 11.3 香农香农- -范诺编码范诺编码11.3.111.3.1概述及算法概述及算法香农-范诺（Shannon-Fannon）编码也是一种常见的可 变

9、字长编码，码字长度完全由符号出现的概率来确定11.3.211.3.2编码步骤编码步骤（1）将符号按出现概率从大到小排列 （2）计算出各符号的码字长度 （3）计算各符号的累加概率 （4）累加概率转换为二进制数，取前 位作为该符号编码 LZW是一种比较复杂的压缩算法，压缩效率较高 基本原理： 每一个第一次出现的字符串用一个数值来编码，再将 这个数值还原为字符串。 例如：用数值0x100代替字符串“abccddeee”，每当出 现该字符串时，都用0x100代替，从而起到了压缩作用 。 数值与字符串的对应关系在压缩过程中动态生成并隐 含在压缩数据中，在解压缩时逐步得到恢复。 LZW是无损的。GIF和T

10、iff图像都采用了这种压缩算法 。 要注意的是，LZW算法由Unisys公司在美国申请了专利， 要使用它首先要获得该公司的认可11.5 11.5 LZWLZW编码（字串表编码）编码（字串表编码）11.7 JPEG11.7 JPEG编码编码11.7.1 JPEG11.7.1 JPEG编码概述编码概述由图像联合专家组JPEG(Joint Picture Expert Group)，建立了静态灰度（或彩色）图像压缩的公开算法，并于1991年开始使用。它定义三种编码系统：（1）DCT有损编码系统，也称基本系统；（2）扩展编码系统；（3）无失真编码系统。在压缩比为25:1的情况下，压缩后还原得到的图像与

11、 原始图像相比较，非图像专家难于找出它们之间的区 别，因此得到了广泛的应用。在视觉效果不受到严重损失的前提下，对灰度图像压缩 算法可以达到15到20的压缩比。如果在图像质量上稍微 牺牲一点的话，可以达到40：1或更高的压缩比。如果处 理的是彩色图像，JPEG算法首先将RGB分量转化成亮度分 量和色差分量，然后再分别对二者进行压缩。11.7 JPEG11.7 JPEG编码编码11.7.1 JPEG11.7.1 JPEG编码概述编码概述11.7 JPEG11.7 JPEG编码编码11.7.2 11.7.2 基于基于DCTDCT的图像压缩的图像压缩DCT变换原图像除以量化系数取整压缩图像DCT逆变换

12、压缩图像乘以量化系数取整解压图像原图像DCT变换11.7.2 11.7.2 基于基于DCTDCT的图像压缩的图像压缩11.7 JPEG11.7 JPEG编码编码除以量化系数，取整11.7.2 11.7.2 基于基于DCTDCT的图像压缩的图像压缩11.7 JPEG11.7 JPEG编码编码DCT变换11.7.2 11.7.2 基于基于DCTDCT的图像压缩的图像压缩11.7 JPEG11.7 JPEG编码编码原图像压缩比1:9.2压缩比1:18.4数字图像处理数字图像处理课程论文选题课程论文选题选题一选题一 ：数字图像增强技术数字图像增强技术1 1、图像增强的目的及方法分类、图像增强的目的及方

13、法分类2 2、空域图像增强技术、空域图像增强技术3 3、频域图像增强技术、频域图像增强技术4 4、彩色图像增强算法原理及仿真实现、彩色图像增强算法原理及仿真实现5 5、图像增强技术的发展方向、图像增强技术的发展方向数字图像处理数字图像处理课程论文选题课程论文选题选题二选题二 ：数字图像边缘检测技术数字图像边缘检测技术1 1、图像边缘及边缘检测的目的、图像边缘及边缘检测的目的2 2、图像边缘检测的基本原理、图像边缘检测的基本原理3 3、常用图像边缘检测算法原理、常用图像边缘检测算法原理4 4、常用图像边缘检测算法仿真实现、常用图像边缘检测算法仿真实现5 5、边缘检测的新技术与新算法、边缘检测的新

14、技术与新算法数字图像处理数字图像处理课程论文选题课程论文选题选题三：选题三： 数字图像的频域处理及应用数字图像的频域处理及应用1 1、图像频域处理的目的及数学基础、图像频域处理的目的及数学基础2 2、图像的傅里叶变换及实现、图像的傅里叶变换及实现3 3、频域图像处理的一般流程、频域图像处理的一般流程4 4、基于频域处理的图像滤波技术、基于频域处理的图像滤波技术5 5、频域图像滤波算法的仿真实现、频域图像滤波算法的仿真实现数字图像处理数字图像处理课程论文选题课程论文选题选题四：选题四： 静态图像的压缩编码技术静态图像的压缩编码技术1 1、图像压缩的背景及目的、图像压缩的背景及目的2 2、图像压缩

15、编码的理论基础及算法分类、图像压缩编码的理论基础及算法分类3 3、常用无损图像压缩编码、常用无损图像压缩编码4 4、JPEGJPEG图像压缩算法分析图像压缩算法分析5 5、图像压缩编码技术的发展方向、图像压缩编码技术的发展方向数字图像处理数字图像处理课程论文选题课程论文选题选题五：选题五： 数字图像的几何变换及其应用数字图像的几何变换及其应用1 1、数字图像的几何变换及数学基础、数字图像的几何变换及数学基础2 2、常用图像几何变换的算法原理、常用图像几何变换的算法原理3 3、常用图像几何变换的算法仿真、常用图像几何变换的算法仿真4 4、图像的几何畸变校正技术研究、图像的几何畸变校正技术研究数字

16、图像处理数字图像处理课程论文要求课程论文要求1 1、注意选题不要过于集中，每个班尽量题目平均、注意选题不要过于集中，每个班尽量题目平均2 2、课程论文要求独立完成，在评阅过程中，、课程论文要求独立完成，在评阅过程中，如发现相如发现相 互抄袭，则双方课程考核均不通过互抄袭，则双方课程考核均不通过3 3、课程论文字数要求：、课程论文字数要求：不少于不少于30003000字字4 4、课程论文格式见格式模板、课程论文格式见格式模板5 5、参考文献要求：、参考文献要求：不少于不少于5 5篇（本）篇（本）6 6、论文交电子版，文件以、论文交电子版，文件以姓名姓名- -学号学号命名，各班班长负命名，各班班长负 责集中，于责集中，于1616周周四上交。周周四上交。