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1、1,Digital Image Processing,第2章 图像的数字化和显示,2.1 图像的处理过程 2.2 图像的输入 2.3 图像的采样与量化 采样：概念，采样步骤；分辨率； 量化：概念，量化过程，量化的方法； 采样间隔和量化等级对图像质量的影响 2.4 连续图像的数学描述 连续图像的两种表示； 灰度值的概念； 2.5 图像的输出,重点、难点,2,Digital Image Processing,1、采样 （1）概念： 图像在空间上的离散化称为采样。 （2）采样步骤： 静止图像： 由于图像是一种二维分布的信息，为了对它进行采样操作，需要先将二维信号变为一维信号，再对一维信号完成采样。,
2、对图像空间连续坐标x和y的离散化，称为图像的采样。,3,Digital Image Processing,具体做法： 先沿垂直方向按一定间隔从上到下顺序地沿水平方向直线扫描，取出各水平线上灰度值的一维扫描。 而后再对一维扫描线信号按一定间隔采样得到离散信号。 即先沿垂直方向采样， 再沿水平方向采样这两个步骤完成采样操作。,4,Digital Image Processing,运动图像（即时间域上的连续图像）： 需先在时间轴上采样，再按静态图像的方法采样。 ,5,Digital Image Processing,2、量化 （1）概念 把采样点上表示明暗的连续量（灰度值）离散化后用数值表示的过程称
3、为量化。 量化时所取的离散取值个数叫做量化级数。 问题： 1）图像中的每个像素用8位2进制数表示，则有多少个量化级数？ 2）如果一幅图像有2个量化级数，则其中每个像素2进制数的位数是多少？,对图像幅度 f 的离散化，称为图像的量化。,6,Digital Image Processing,（2）量化过程,图2-3 量化示意图,量化过程: (1)若连续灰度值用z来表示，对于满足zizzi+1的z值，都量化为整数qi。(qi称为像素的灰度值，z与qi的差称为量化误差。) (2)整数qi用一个字节8 bit来表示量化后的灰度值。把由黑灰白的连续变化的灰度值， 量化为0255数值,量化；,量化为8 bi
4、t,7,Digital Image Processing,3、采样间隔和量化等级对图像质量的影响 （1）当量化级数相同时，采样间隔的选取： 采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应； 采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。 （2）不同量化级数对灰度图的影响 量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨率高，图像质量好，但数据量大； 量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。,8,Digital Image Processing,4.灰度值： 概念： 表示像素明暗程度的
5、整数称为像素的灰度值。 特性： 数值越大，该像素越亮；数值越小，该像素越暗。,9,第3章 彩色图像处理, 3.1 彩色基础 3.2 彩色模型 3.3 彩色变换 3.4 彩色图像平滑和锐化,10,Digital Image Processing,彩色图像比黑白图像包含更多的信息。,11,Digital Image Processing,对彩色的感知是人类视觉系统固有的能力。,12,Digital Image Processing,彩色图像中的颜色信息非常重要，主要有两种原因： 利用颜色信息，可以简化目标物的区分，以及从场景中提取出目标物。 人眼对颜色非常敏感，可以分辨出来几千种颜色色调和亮度，却
6、只能分别出几十种灰度。 伪彩色图像 全彩色图像（真彩色图像）：图像用全彩色传感器获取，如彩色摄像机或彩色扫描仪。,彩色图像,13,Digital Image Processing,各种位图的图像深度,14,Digital Image Processing,伪彩色图像处理：灰度图像转化为彩色图像处理。对特定的单一亮度或亮度范围赋予一种颜色，将灰度图像转变伪彩色图像。 全彩色图像处理（真彩色图像处理）：对彩色图像不同分量处理。,彩色图像处理,15,Digital Image Processing,伪彩色图像处理,根据一定的准则对灰度值赋以彩色值。,将灰度图像转换为彩色图像，提高视觉分辨效果。,16
7、,Digital Image Processing,准则：,17,Digital Image Processing,（b）强度分成8层后进行伪彩色图像处理,（a）Picker甲状腺模型的单色图像,18,Digital Image Processing,19,Digital Image Processing,全彩色图像处理,特殊例子 肤色分割 左图肤色的概率分布信息，利用它进行基于颜色的图象分割。,20,Digital Image Processing,人脸检测与识别，首先根据肤色信息将图象中肤色区域分割出来,21,Digital Image Processing,医疗、显微真彩色图像 照片拍摄
8、的是一只公牛眼睛睫状体的毛细血管。这些毛细血管能分泌水状液。这些液体为眼球晶体和角膜提供了大部分营养成份。 这张图片是从不同深度拍摄的27张照片合成而得到的，给人以三维图的效果。为了更突出显示公牛眼睛睫状体的毛细血管并更好地进行拍摄，毛细血管中注射了一种不可溶的染料。,22,Digital Image Processing,3.1 彩色基础,颜色视觉是一种复杂的物理、生理和心理现象。 1、光线的物理性质 2、颜色特性描述 3、颜色的视觉机理,23,Digital Image Processing,1、光线的物理特性,1666年，牛顿发现当一束白光通过一个玻璃棱镜时，出现的光束不是白光，而是折射
9、出连续彩色的光谱，一般可以分解成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七色。 实际上，彩带中并没有那种截然的颜色界限，而是每种彩条都平滑地变成另外一种。,棱镜把太阳光分为连续光谱,24,Digital Image Processing,25,Digital Image Processing,光的颜色由波长决定；光的强度由能量决定。 为了建立标准，国际照度委员会(CIE)早在1931年就规定三种基本色的波长分别为R：700 nm，G：546.1 nm，B： 435.8 nm。 注：并不是仅仅三种波长可以产生红、绿蓝的感觉； 一幅彩色图像的像素值可看作是光强和波长的函数值f(x, y, )，但实际使用时，将其
10、看作是一幅普通二维图像， 且每个像素有红、绿、蓝三个灰度值会更直观些。,26,Digital Image Processing,物体的颜色由物体反射光的性质决定：一个物体对某种可见光反射，则物体呈现这种颜色。,27,Digital Image Processing,2、颜色特性描述 (1) 色彩 即颜色的“色彩”，它是某种颜色据以定义的名称。 (2) 色饱和度 即单色光中掺入白光的度量。 单色光的色饱和度为100%； 白色光加入后，其色饱和度下降； 非彩色光的饱和度为0%。 (3) 亮度（明度） 即光的强度值。 色彩与色饱和度合称为色度。 既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。 色度再
11、加上亮度，就能对颜色作完整的说明。,色彩,色饱和度,亮度（明度）,28,Digital Image Processing,3、颜色的视觉机理 （1）感光细胞： 杆状细胞：单色，夜视觉 锥状细胞：彩色，昼视觉,视网膜上存在有三类光谱吸收特性不同的锥状细胞，分别对红绿蓝（RGB）光线特别敏感,人类视觉颜色感知的三刺激理论（即三原色学说）。,彩色图形显示器上的每个像素都是由红、绿、蓝3种荧光点组成。,实验证明，人类眼睛对蓝光（2%）的灵敏度远远低于对红光（65%）和绿光（33%）的灵敏度。,当光线作用于视网膜时，引起三种锥状细胞不同比例的兴奋，于是大脑中枢产生某种颜色的感觉,29,Digital I
12、mage Processing,（2）三原色原理（1862年，杨-赫姆霍尔兹学说） 原色的概念： 原色又称为基色，即用以调配其他色彩的基本色。原色的色纯度最高，最纯净，最鲜艳，可以调配出绝大多数的颜色。 三原色/三基色 是这样的三种颜色： 它们相互独立，其中任一色均不能由其它二色混合产生。 它们又是完备的，即所有其它颜色都可以由三基色按不同的比例组合而得到。,三色学说原理说明1）任何一种颜色可以用红、绿、蓝三原色按照不同比例混合来得到。2）如何使三原色按某唯一比例混合复现给定颜色的问题。,30,Digital Image Processing,说明： 三基色的选择不是唯一的。原则上，只要三种颜
13、色的任一种都不能被其余两种相加配出，那么这三种颜色就是一组三基色。 实验表明：红绿蓝（RGB）按不同比例混合能配出范围相当大的常规颜色。由于RGB相加三基色能配出的色域较广，品种较多，所以人们愿意选用RGB相加三基色。 任何实际的三基色，都不能配出自然界所有的颜色。事实上，RGB三种基色已基本满足了实际上的需要。 三原色相混合而成白光；而两种色光相混合而成白光，这两种色光互为补色,31,Digital Image Processing,两种基色（原色）系统：不同比例的三基色光可得到彩色。 三基色是红R，绿G，蓝B。 加色系统 RGB是在黑的背景下往上加颜色，通常用于显示，如计算机屏幕、电视等。
14、 人类视觉 三基色是青色C，品红色M，黄色Y。 减色系统 CMY是从白的背景下往下减颜色，用于印刷、纺织等。 例1：比如你穿了一个小红袄，而非你的小红袄发红色，而是它把其他的颜色吸收掉（减掉）了，而把红的反射出来到你的眼睛里。 例2：因为颜料能吸收入射光光谱中的某些成分，未吸收的部分被反射，从而形成了该颜料特有的彩色。,这样就可以理解为什么计算机屏幕或照相机的显示上的颜色（通过RGB）和打印出来的不一样（通过CMY）。,32,Digital Image Processing,品红：M=R+B 青：C=G+B 黄：Y=R+G,红：R=M+Y=(R+B)+(R+G)=R+白光 绿：G=C+Y=(G
15、+B)+(R+G)=G+白光 蓝：B=M+C=(R+B)+(G+B)=B+白光,色光三基色（相加混色）: R，G，B（红绿蓝） 二次色：C，M，Y（青，品红，黄） 颜料三基色（相减混色）: C，M，Y(青，品红，黄) 二次色：R，G，B（红绿蓝）,33,Digital Image Processing,7种颜色对应的R、G、B值,品红=红+蓝 青=绿+蓝 黄=红+绿 白=红+绿+蓝,每种基色的取值范围是0255，因此可组合成1677(255*255*255)万种不同的颜色,34,Digital Image Processing,（3） CIE-XYZ 标准色度学系统 某一种颜色就可以由三基色的
16、一定数量制成。比如，由颜色A的数量a,颜色B的数量b和颜色C的数量c制成颜色x，则：x = aA + bB + cC 其中，a、b和c称为三色系数。显然，选用不同的三基色，去配成同一颜色将有不同的三色系数。一种颜色由三色系数定义。 但是，选用不同的三基色将产生不同的三色系统。用不同的三色系统去讨论颜色规律问题，需要换算，极不方便。1931年, CIE用三种标准色X,Y,Z代替了红绿蓝（RGB）。 假想的三原色。,35,Digital Image Processing,表示方法： 任何一种颜色的红绿蓝三原色值相应的用X,Y,Z来表示，则一种颜色可以由它的三原色系数来确定，定义如下： x+y+z=1. 对应于任意的x和y，相应的z有：z=1-(x+y). 用三个系数值来定量的表述一个颜色，而颜色取决于xyz的比例，而非大小。所以，用两个量x,y可准确的表述一种颜色。 系数x,y称为色度坐标。通过x,y就可以确定所有的颜色。 当三原色数量同时扩大或缩小若干倍时，所混出来的彩色的色度不变，仅仅是亮度发生改变。,36,Digital Image Processing,
