2-数字图像处理技术

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1、概述 1. 图形、图像比较,图形在计算机图形学的广义概念能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象。（有两种表示方法点阵法、参数法）,点阵法：用具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的方法。把点阵法描述的图形叫做图像(Image)。 他强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。,参数法：以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的方法。把参数法描述的图形叫做图形(Graphic) 形状参数可以是形状的方程系数、线段的起点和终点对等几何属性的描述；属性参数描述灰度、色彩、线型等非几何属性。,概述 1. 图形、图像比较,图形主要用于地图、建筑设计、线型画面、美术字制作等。,图象用于表现比较细

2、致、层次色彩丰富、含有大量细节的图，如照片、油画等。,概述 1. 图像介绍,对图像的处理是多媒体技术中的重要内容。（图像的数字化、颜色的表示方法、图像存储格式、压缩编码方法和灵活的处理算法）,图像包括静止图像（如图画、照片等）和活动图像（如电影、电视节目、动画等），它是人类视觉器官所感受到的形象化的媒体信息，它的特点就是无处不在，直观可见。,图像和视频信号的数字化 1. 图像介绍,图像的数字化：模拟图像 数字图像） 多媒体计算机系统在处理图像和视频信号时，首先必须把连续的图像函数f(x,y)转化为离散的数据，即对其亮度信号进行空间和幅值的离散化处理。这个过程就是数字化的过程，经过离散化处理的结

3、果就被称为数字图像。 简单他说，将亮度连续变化的模拟图像转化为用一系列离散数值表示的数字图像的过程称为图像的数字化。,图像是通过视觉器官，也就是通过眼睛看到的信息。在自然界中这些信息，都是模拟的图像信号，也就是它们的亮度、彩色信息的变化都是连续的，即图像的亮度和颜色随位置、时间连续变化，我们称其为模拟图像。 模拟图像只能用传统的模拟照相机、摄像机，录像机、电视机等摄取和显示，由于受技术所限，在图像信息的存储、处理、重现等方面，受到很大限制。要利用计算机技术来处理图像信息，首先要解决如何对静止图像和活动的视频信号进行数字化处理。,图像和视频信号的数字化 2. 数字化过程,采样的方法：设定一定的采

4、样间隔，在水平和垂直方向上将图像分割成矩形点的网状结构。若每行有m个点，每列n个点，则每幅图像成为由mn个像素构成的离散像素点的集合。,图像的数字化过程包括以下两个步骤：采样 、量化 。,采样间隔越小，子区间分得越多，图像效果越逼真，但是数据量也越大，对计算机系统的要求也越高。,基本概念： 采样：对连续变化的模拟图像函数f(x,y)的空间连续坐标(x,y)进行离散化处理的过程。 采样间隔：将连续空间划分为若干子区间的子区间宽度。 像素点：空间离散化，将无限变化的模拟量转化有限个数值表示。得到的各个点，称为像素点。 像素点亮度采样：同一子区间内的不同亮度值都用这个于区间内的某一个确定值来代替。,

5、图像和视频信号的数字化 2. 数字化过程,量化的方法：对图像函数采样时，把取值空间划分为若干个子区间，同一区间的不同亮度(颜色)值都用这个子区间的某一确定值代替。 进行量化时，每个亮度(颜色)的取值用若干位数的二进制数码表示(二进制8位256级灰度或256级彩色)。量化后的二进制数称为信号的编码，也称为脉冲编码调制信号(Pulse Code Modulation)。,量化后的灰度值即反映出对应像素点的亮度值。,基本概念： 量化：在采样后，把连续变化的图像函数f(x,y)的每个离散点（像素）的亮度（颜色）值用数字量表示的过程。 量化级数：数字化时，取值的个数即子区间的个数。 量化字长：数字化时，

6、每个橡素点的亮度或颜色值所取的二进制位数。上述例子中，量化字长为8位。 PCM信号：量化后的信号称为脉冲编码调制信号(Pulse Code Modulation)。这是数字化后，直接得到的数据，没有经过压缩、变换等处理。由于是数字信号，所以具有较强的抗干扰能力。,图像和视频信号的数字化3. 数字图像优点,1精确度高 在数字化过程中，采样技术可达到每毫米80个像素点，量化字长已从8bit24bit到32bit，随之而来的是计算机所需要存储和处理的数据量的增加。从理论上讲，无论多么高的精确度的图像处理都不难实现。只要量化级数和量化字长提高，数字图像处理的精确度就很容易提高。,2再现性好 电源的波动

7、、雷电的冲击、电磁场的辐射等都会对模拟图像产生影响。数字图像的信息是用二进制数字表示的，在计算机中以文件形式存储，远距离采用文件打包来传送，并且采用了多种纠错编码方法，所以它不容易受到环境的干扰，不会因为存储、传输、复制等产生图像质量的失真，可以准确地再现原图像。这也是家电行业向数字化方向发展的一个重要原因。,图像和视频信号的数字化3. 数字图像优点,3灵活性大 模拟图像的处理通常受硬件设备的限制，只能做有限的几种运算，极大地限制了系统功能的增强和应用范围的扩大。而对数字图像技术来说，凡是可以用数学公式和逻辑表达式表达的一切处理，都可以在计算机中进行数字处理。现在，多媒体计算机系统，无论在运算

8、速度、存储容量、软件支持上，都已经达到灵活的实用化阶段。 4适用面宽 客观世界中，图像来自多种多样的信息源，可能是来自光学系统的照片、印刷的图片、电视或电影的节目、制作的动画作品等。数字图像的处理方法是面向各种类型的图像源，而且面向广阔的应用领域。 各类图像只要数字化以后，都是一幅幅由点阵构成的图像，是由一系列二进制数组成的图像文件，计算机都可以处理。 数字图像的优点很多，多媒体计算机系统正是在多媒体信息的数字化的基础上发展起来的。图像和声音的数字化也促进了家电、视听行业的技术革命。,图像和视频信号的数字化3. 数字图像概念,1数字图像的表示方法 图像数字化后，如果整幅图像用m * n个像素点

9、表示，每个像素点的亮度值（或颜色值）用若干位二进制数表示。 F(Xi,Yj):表示(Xi,Yj)处像素的亮度值、彩色值。 表21常见数字图像类型描述,图像和视频信号的数字化3. 数字图像概念,2分辨率的概念 分辨率是和量化级数的概念相通的。它是影响数字图像质量的重要因素。分辨率又有屏幕分辨率、图像分辨率、像素分辨率等。,像素指的是组成屏幕图像的基本点，也即显示画面的最小元素。 屏幕上最小可显示的像素的大小用像素的点距来说明，以mm为单位表示像素的距离。显然，点距越小，分辨率越高。,屏幕分辨率指的是在某一种显示方式下，计算机屏幕上最大的显示区域，以水平的和垂直的像素数来表示。 己知显示屏屏幕的尺

10、寸、形状系数，以及像素点距的大小，可以很容易地计算出显示器的最大屏幕分辨率。,图像分辨率指数字化图像的大小，以水平的和垂直的像素数来表示。 图像分辨率和屏幕分辨率是有区别的。前者是指存储在计算机中数字图像文件的大小，它在重现时，按此分辨率来显示，而屏幕分辨率是和显示方式有关，它们可以不一致。,像素分辨率指一个像素宽与长的比例，也称像素的长度比。,图像和视频信号的数字化3. 数字图像概念,3图像深度 图像深度也称图像颜色深度，或图像的颜色数，是指位图中每个像素所占的位数，这些位存放相关的颜色信息。图像深度，即位数的多少决定了位图中出现的最大颜色数。,图像深度为1位，表明位图中每个像素只有一个颜色

11、位，也就是只能表示两种颜色，“0”和“1”即黑与自，或亮与暗，或者是其他两种颜色，通常称为单色图像或二值图像。 图像深度8位，则每个像素具有8个颜色位，能表示256种颜色，通常称为伪彩色图像（pseudo color），一般彩色图像的图像深度至少要8位。 图像深度16位时，能表示216即64K（65，536）种颜色，通常称为高彩色图像（High co1or）。 图像深度24位时，颜色会显示得非常细腻、逼真，因为它能表示224即16M种颜色，通常称为真彩色图像（Truecolor）。,数字图像中彩色的表示1. 彩色的基本概念,彩色是外界光波刺激作用于人的视觉器官而产生的感觉，颜色视觉是一种人类高

12、级的智能活动。从物理学角度看，光波是电磁波的一部分，其中可见光的波长为380nm780nm。颜色和波长有关，不同波长的光呈现不同的颜色。 在可见光范围内，按波长从大到小，光的颜色依次为红、橙、黄、绿、青，蓝、紫。只有单一波长的光称为单色光，含有两种以上波长的光称为复合光。不同波长的光不仅给人不同的彩色感觉，也给人以不同的亮度感觉。,数字图像中彩色的表示1. 彩色的基本概念,1彩色的表示 彩色可以用亮度、色调、饱和度三个特征来表示。通常把色调和饱和度统称为色度。色度表示了光颜色的种类和深浅程度，而亮度则表示了光颜色的明亮程度。人眼看到的任一色彩都是这三个特性的综合效果。,（1）亮度：彩色光所引起

13、人眼对明暗程度的感觉。 亮度和被观察物体的发光强度有关。如下：,在相同强度下，人眼对不同颜色的亮度感觉是不一样的，按白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑的顺序逐渐降低。,数字图像中彩色的表示1. 彩色的基本概念,（2）色调：光呈现的颜色，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性，如人看到的红、黄、蓝、紫等。 色调是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，它取决于颜色的波长，是光的各光谱成分作用于人眼的综合效果。 （3）饱和度：指的是颜色的深浅程度，如人看到的深绿、淡绿等。 饱和度是按各种颜色中掺入自光的程度来表示的。完全没有混入白色光的单色光饱和度最高，颜色就越深、越鲜明或者说颜色越纯。对同一

14、单色光，掺人的白色光越多，饱和度就越低，颜色越浅。 饱和度还和亮度有关，在饱和的彩色中增加白光的成分，彩色的亮度就会增加，变得更亮，但是它的饱和度降低了。,数字图像中彩色的表示1. 彩色的基本概念,2三基色（RGB）原理。 三基色原理（色度学最基本的原理）是指自然界常见的各种颜色光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（s）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、蓝三种色光。 三基色的选择不是惟一的，但三基色的三种颜色必须是独立的，即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成。由于人的眼睛对红、绿、蓝三种色光最敏感，由此三种颜色相配得到的颜色范围最广，因此一般都选红（R）、绿（

15、G）、蓝（B）为基色，三基色也称三原色。红光的波长为700nm，绿光的波长为5461nm，蓝光的波长为4358nm。 把三种基色光按不同的比例相加称为相加混色，用红、绿、蓝三基色进行相加混色的情况如下： 红色十绿色黄色 红色十蓝色品红 绿色十蓝色青色 红色十绿色十蓝色白色 通常称青色、品红色、黄色为相加二次色，也称其为红、绿、蓝三色的补色。,数字图像中彩色的表示2. 彩色空间的表示,在彩色图像的数字化过程中要表示离散化的彩色信息，必须选择合适的彩色表示空间。因为，彩色是一个物理量，可以进行计算和度量。选用不同的坐标，可以得到不同表示的颜色值。,RGB彩色空间 用三基色红（R）、绿（G）、蓝（B

16、）构成一个三维的彩色空间。三基色的分量来表示数字图像像素的颜色值： F=rR+gG+bB 其中：r，g，b为三色系数；rR、gG、bB为色光下的三色分量,Windows 画图,数字图像中彩色的表示2. 彩色空间的表示,PowerPoint,Photoshop,数字图像中彩色的表示2. 彩色空间的表示,HSI彩色空间 用H（Hue）色调，s（Saturation）饱和度，I（Intensity）光的强度，三个参数描述颜色特性的彩色空间。 HSI彩色空间更符合人的视觉特性，更接近人对彩色的认识和解释。对某一颜色，人眼分辨不出其中的R、G、B的比例，但是，可以感觉到它的颜色的种类、深浅的状况和明暗程度。 色调H（Hue）指光呈现的颜色，它反映颜色的种类。从物理学角度看，H决定彩色光的光谱成分，它取决于光的波长。 饱和度s（Saturation）指颜色的深浅程度，也就是某种波长彩色光的纯度，即混入白光的