数字图像处理教学培训课件

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1、数字图像处理 信息学院-张晓庆 主教材 数字图像处理贾永红等武汉大学出版社 参考读物 1RefaelC.Gonzalez/位图文件的类型，必须为BMP DWORDbfSize;/位图文件的大小，以字节为单位 WORDbfReserved1;/保留字，必须为0 WORDbfReserved2;/保留字，必须为0 DWORDbfOffBits;/位图数据的起始位置 BITMAPFILEHEADER,*PBITMAPFILEHEADER; 位图信息头结构 typedefstructtagBITMAPINFOHEADER DWORDbiSize;/表示本结构的大小为40 LONGbiWidth;/位图

2、的宽度，以像素为单位 LONGbiHeight;/位图的高度，以像素为单位 WORDbiPlanes;/目标设备的级别，必须为1 WORDbiBitCount;/每个像素所需的位数，1、8、24 DWORDbiCompression;/位图压缩类型，必须为0 DWORDbiSizeImage;/数据区域的大小以字节为单位 位图信息头结构 LONGbiXPelsPerMeter;/位图水平分辨率，每米像素数 LONGbiYPelsPerMeter;/位图垂直分辨率，每米像素数 DWORDbiClrUsed;/位图实际使用的颜色表中的颜色数 DWORDbiClrImportant;/位图显示过程中

3、的重要颜色 BITMAPINFOHEADER,*PBITMAPINFOHEADER; typedefstructtagBITMAPINFOHEADER DWORDbiSize;/表示本结构的大小为40 LONGbiWidth;/位图的宽度，以像素为单位 LONGbiHeight;/位图的高度，以像素为单位 WORDbiPlanes;/目标设备的级别，必须为1 WORDbiBitCount;/每个像素所需的位数，1、8、24 DWORDbiCompression;/位图压缩类型，必须为0 DWORDbiSizeImage;/数据区域的大小以字节为单位 LONGbiXPelsPerMeter;/位

4、图水平分辨率，每米像素数 LONGbiYPelsPerMeter;/位图垂直分辨率，每米像素数 DWORDbiClrUsed;/位图实际使用的颜色表中的颜色数 DWORDbiClrImportant;/位图显示过程中的重要颜色 BITMAPINFOHEADER,*PBITMAPINFOHEADER; 颜色表 typedefstructtagRGBQUAD BYTErgbBlue; BYTErgbGreen; BYTErgbRed; BYTErgbReserved; RGBQUAD; cDib类头文件 #ifndef_CDIB_H #define_CDIB_H classCDib:publicC

5、Object public: RGBQUAD*m_pRGB; BYTE*m_pData; UINTm_numberOfColors; BOOLm_valid; BITMAPFILEHEADERbitmapFileHeader; BITMAPINFOHEADER*m_pBitmapInfoHeader; BITMAPINFO*m_pBitmapInfo; BYTE*pDib; DWORDsize; public: CDib(); CDib(); charm_fileName256; char*GetFileName(); BOOLIsValid(); DWORDGetSize(); UINTGe

6、tWidth(); UINTGetHeight(); UINTGetNumberOfColors(); RGBQUAD*GetRGB(); BYTE*GetData(); BITMAPINFO*GetInfo(); WORDPaletteSize(LPBYTElpDIB); WORDDIBNumColors(LPBYTElpDIB); voidSaveFile(constCStringfilename); public: voidLoadFile(constchar*dibFileName); ; public: voidLoadFile(constchar*dibFileName); ; 2

7、.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 2.4.1 图像质量的客观评价 归一化方均误差 峰值方均误差 2.4.1 图像质量的客观评价 T等效信噪比 f(j,k)被变换的图像场，Af(j,k)的最大值 T 图像质量评价的研究是图像信息工程的基本技术之一。 光电变换传输处理记录其他变换 T图像增强：就是为了改善图像的主观视觉显示质量 T图像复原：是用于补偿图像的降质，使复原后的图像接近原像 T图像编码技术 :在保持被编码图像一定质量的前提下， 以尽量少的码字来表示图像，以节省信道和储存器容量 2.4.2 图像质量的主观评价 基本概念 图像逼真度（Fideli

8、ty）描述被评价图 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 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 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

9、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 作业 2-1 画出视觉信息在眼球内（视网膜中）的传输过程模型示 意图，并扼要说明之 2-2 画出黑白视觉扩展模型，并略加说明 作业 2-4 画出链式码2222225550000的曲线 2-3 什么叫图像逼真度和图像可懂度？采用归一化方均误差 NMSE计算下面两幅数字图像的逼真度 第3章 图像变换 3.1傅里叶变换 3.2离散余弦变换 3.3小波变换及其应用 信号处理方法： 时域分析法 频域分析法 特点：算术运算次数大大减少，可采用二维数字滤波技术 进行所需的各种图像处理 第3章 图像变换 第3章 图像变换 频率通常是指某个一维

10、物理量随时间变化快慢程 度的度量。 例如 交流电频率为5060Hz（交流电压） 中波某电台1026kHz（无线电波） 第3章 图像变换 图像是二维信号，其坐标轴是二维空间坐标轴， 图像本身所在的域称为空间域（Space Domain）。 图像灰度值随空间坐标变化的快慢也用频率来度量，称为空 间频率（Spatial Frequency）。 第3章 图像变换 每一种变换都有自己的正交函数集，引入不同的变换 傅里叶变换 余弦变换 正弦变换 图像变换哈达玛变换 沃尔什变换 K-L变换 小波变换 3.1 傅里叶变换 3.1.1一维傅里叶变换 3.1.2二维离散傅里叶变换 3.1.3二维离散傅里叶变换的性

11、质 3.1.4快速傅里叶变换 3.1.5傅里叶变换在图像处理中的应用 3.1 傅里叶变换 傅里叶变换 利用傅里叶变换的特性，将时间信号正变 换到频率域后进行处理（例如低通、高通 或带通），然后再反变换成时间信号，即 可完成对信号的滤波。 低通滤波：在频率域中抑制高频信号 高通滤波：在频率域中抑制低频信号 3.1.1 一维傅里叶变换 一维（连续）傅里叶变换 傅里叶变换是一种数学变换（正交变换）， 可以把一维信号（或函数）分解成不同幅度 的具有不同频率的正弦和余弦信号（或函数 ）。 输入信号=傅里叶（正）变换=频率域 信号 函数 函数 频率域信号 = 傅里叶反变换 = 输出信号 函数 函数 3.1

12、.1 一维傅里叶变换 一维（连续）傅里叶变换 3.1.1 一维傅里叶变换 一维（连续）傅里叶变换 3.1.1 一维傅里叶变换 一维（连续）傅里叶变换 A X 0 3.1.1 一维傅里叶变换 一维（连续）傅里叶变换 3.1.1 一维傅里叶变换 一维离散傅里叶变换 3.1.2 二维离散傅里叶变换 二维连续函数的傅里叶变换 3.1.2 二维离散傅里叶变换 二维连续函数f(x,y)的傅里叶变换 变换在一个周期内进行。M，N表示图像f(x,y)在x，y方 向上具有大小不同的阵列。离散信号频谱、相谱、幅 谱分别表示为： 3.1.2 二维离散傅里叶变换 1.可分离性 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 基

13、本性质： 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 图像中心化 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 2平移性 ： 时 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 3周期性 N/2-N/2 一个周期 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 4共轭对称性 则 例： 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 5旋转不变性 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 6分配性和比例性 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 7平均值 为防止卷积后发生交叠误差，需对离散的二维函数的定 义域加以扩展 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 8离散卷积定理 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 8离散卷积定理 当卷积周期 才避免交

14、叠误差 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 8离散卷积定理 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 9离散相关定理 9离散相关定理 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 3.1.3 二维离散傅里叶变换的性质 傅里叶变换的问题 1）复数计算而非实数，费时。如采用其它合适的完 备正交函数来代替傅里叶变换所用的正、余弦函数 构成完备的正交函数系，可避免这种复数运算。 2）收敛慢，在图像编码应用中尤为突出。 3.1.4 快速傅里叶变换 在研究离散傅里叶计算的基础上，节省 它的计算量，达到快速计算的目的 3.1.5 傅里叶变换在图像处理中的应用 傅里叶变换在图像处理中是一个最基本的数学工具。利用这 个工

15、具，可以对图像的频谱进行各种各样的处理，如滤波、 降噪、增强等 a) 有栅格影响的原始图像 b)傅里叶变换频谱图像 3.1.5 傅里叶变换在图像处理中的应用 用傅里叶变换去除正弦波噪声示例 3.1.5 傅里叶变换在图像处理中的应用 a) lena图 b) lena图的频谱 3.1.5 傅里叶变换在图像处理中的应用 c) 增强纵轴上某一谱段的强度 d) 傅里叶反变换的结果 3.2 离散余弦变换 3.2.1离散余弦变换原理 3.2.2离散余弦变换在图像处理中的应用 3.2.1 离散余弦变换原理 3.2.1 离散余弦变换原理 3.2.1 离散余弦变换原理 3.2.1 离散余弦变换原理 3.2.1 离

16、散余弦变换原理 性质： 1余弦变换是实数、正交。 2离散余弦变换可由傅里叶变换的实部求得 3对高度相关数据，DCT有非常好的能量紧凑性 4对于具有一阶马尔可夫过程的随机信号，DCT是K-L变换的 最好近似 3.2.2 离散余弦变换在图像处理中的应用 在图像的变换编码中有着非常成功的应用 离散余弦变换是傅里叶变换的实数部分，比傅里叶变换 有更强的信息集中能力。对于大多数自然图像，离散余 弦变换能将大多数的信息放到较少的系数上去，提高编 码的效率 3.3 小波变换及其应用 3.3.1多分辨率分析的背景知识 3.3.2多分辨率展开 3.3.3一维小波变换 3.3.4快速小波变换算法 3.3.5二维离散小波变换 3.3.6小波分析在图像处理中的应用 3.3.1 多分辨率分析的背景知识 图像金字塔 金字塔算法 一幅图像的金字塔是一系列以金字塔形状排列的分辨率逐步降低 的图像集合 一个金字塔图像结构 金字塔的底部是待处理图像 的高分辨率表示，而顶部是 低分辨率近似。当向金字塔 的上层移动时，尺寸和分辨 率就降低。 3.3.1 多分辨率分析的背景知识 图像金字塔 高斯和拉普拉斯金字塔编码 首先对图像