数字图像处理数字图像处理（13.2）第第1-21-2章章 数字图像处理基础（总结）数字图像处理基础（总结）图像的采样和量化图像的采样和量化数字图像的表示数字图像的表示数字图像的质量数字图像的质量像素间的一些基本关系像素间的一些基本关系邻域处理方法是图像增强和复原过程的核心邻域处理方法是图像增强和复原过程的核心图像的采样与数字图像的质量图像的采样与数字图像的质量 当没有必要对涉及像素的物理分辨率进行实际度量和在原始场景中分析当没有必要对涉及像素的物理分辨率进行实际度量和在原始场景中分析细节等级时，通常就把大小为细节等级时，通常就把大小为MN,灰度为灰度为L级的数字图像称为级的数字图像称为空间分辨率空间分辨率为为MN像素、像素、灰度级分辨率灰度级分辨率为为L级的数字图像级的数字图像不同采样点数对图像质量的影响：不同采样点数对图像质量的影响：（a）原原始始图图像像(256256)；（b）采采样样图图像像1(128128)；（c） 采采样样图图像像2(6464)；（；（d）采样图像）采样图像3(3232)； （e）采样图像）采样图像4(1616)；（；（f） 采样图像采样图像5(88) 不同量化级别对图像质量的影响：不同量化级别对图像质量的影响：（a） 原始图像原始图像(256色色)； （b） 量化图像量化图像1(64色色)； （c） 量化图像量化图像2(32色色)； （d） 量化图像量化图像3(16色色)； （e） 量化图像量化图像4(4色色)； （f） 量化图像量化图像5(2色色)空间和灰度分辨率空间和灰度分辨率Spatial and Gray-Level Resolution图像质量一般随着图像质量一般随着M*N, k的增加而增加。
的增加而增加对于有大量细节的图像需要较多的灰度级对于有大量细节的图像需要较多的灰度级什么是像素？什么是像素？ 数字图像由二维的元素组成，每一个元素具有一个特定的数字图像由二维的元素组成，每一个元素具有一个特定的位置（位置（x,yx,y）和幅值）和幅值f(x,y),f(x,y),这些元素就称为像素这些元素就称为像素灰度级灰度级：表示像素明暗程度的整数量：表示像素明暗程度的整数量 例例如如：像像素素的的取取值值范范围围为为0-2550-255，就就称称该该图图像像为为256256个个灰灰度度级级的图像的图像层层 次次：表示图像实际拥有的灰度级的数量：表示图像实际拥有的灰度级的数量 例如：具有例如：具有3232种不同取值的图像，可称该图像具有种不同取值的图像，可称该图像具有3232个层次个层次图像数据的实际层次越多图像数据的实际层次越多 视觉效果就越好视觉效果就越好图像的质量：图像的质量：1 1、层次、层次图像的质量：图像的质量：2 2、对比度、对比度对比度对比度：是指一幅图像中灰度反差的大小：是指一幅图像中灰度反差的大小 对比度对比度= = 最大亮度最大亮度/ / 最小亮度最小亮度图像的质量：图像的质量：3 3、清晰度、清晰度与清晰度相关的主要因素：与清晰度相关的主要因素： 亮度；亮度； 对比度；对比度； 尺寸大小尺寸大小 细微层次细微层次 颜色饱和度颜色饱和度图像的基本统计指标图像的基本统计指标l图像大小：宽度（图像大小：宽度（M，单位像素），单位像素）*高度（高度（N，单位像素），单位像素）l图像的灰度平均值图像的灰度平均值l两幅图像之间的相关程度的度量协方差矩阵两幅图像之间的相关程度的度量协方差矩阵lcovariance matrix covariance matrix l图像的方差（自协方差）图像的方差（自协方差） 图像的基本统计指标图像的基本统计指标l图像的灰度标准差（图像的灰度标准差（standard deviation） l图像的相关系数（图像的相关系数（correlation coefficientcorrelation coefficient） 图像文件格式体系图像文件格式体系互联网用：互联网用：GIF、JPG印刷用：印刷用：TIF、JPG、TAG 、PCX国际标准：国际标准：TIF、JPG、BMP医学图像用：医学图像用：DCM图像文件格式图像文件格式- BMPBMP图像描述信息图像描述信息如图像高度和宽度等信息如图像高度和宽度等信息图像数据图像数据顺序存放的连续数据顺序存放的连续数据 BMPBMP格式格式1. 1. 位图文件头位图文件头2. 2. 位图信息头位图信息头3. 3. 调色板调色板4. 4. 图像数据边界图像数据边界BMP格式格式2、位图信息头、位图信息头typedef struct tagBITMAPINFOHEADERDWORD biSize; /该结构的长度，该结构的长度，40个字节个字节LONG biWidth; /图像的宽度，单位是像素图像的宽度，单位是像素LONG biHeight; /图像的高度，单位是像素图像的高度，单位是像素WORD biPlanes; /必须是必须是1WORD biBitCount /颜色位数，如颜色位数，如1，4，8，24DWORD biCompression; /压缩类型，如压缩类型，如BI_RGB,BI_RLE4DWORD biSizeImage; /实际位图数据占用的字节数实际位图数据占用的字节数LONG biXPelsPerMeter; /水平分辨率水平分辨率LONG biYPelsPerMeter; /垂直分辨率垂直分辨率DWORD biClrUsed; /实际使用的颜色数实际使用的颜色数DWORD biClrImportant; /重要的颜色数重要的颜色数 BITMAPINFOHEADER;BMPBMP格式格式3、调色板、调色板typedef struct tagRGBQUADBYTE rgbBlue; /该颜色的蓝色分量该颜色的蓝色分量BYTE rgbGreen; /该颜色的绿色分量该颜色的绿色分量BYTE rgbRed; /该颜色的红色分量该颜色的红色分量BYTE rgbReserved; /保留值，不考虑保留值，不考虑 RGBQUAD;注：有些位图不需要调色板，如真彩色图，注：有些位图不需要调色板，如真彩色图，它们的它们的BITMAPINFOHEADER后面直接是位图数据后面直接是位图数据BMPBMP格式格式44、实际的图像数据、实际的图像数据对于对于2色位图，色位图，1位表示一个像素颜色，位表示一个像素颜色，所以一个字节表示所以一个字节表示8个像素个像素对于对于16色位图，色位图，4位表示一个像素颜色，位表示一个像素颜色，所以一个字节表示所以一个字节表示2个像素个像素对于对于256色位图，色位图，1个字节表示个字节表示1个像素个像素 对于真彩色图，对于真彩色图，3个字节表示一个像素个字节表示一个像素学习重点学习重点: : 相邻像素相邻像素 4 4邻域邻域 D D邻域邻域 8 8邻域邻域 邻接性邻接性 4 4邻接邻接 8 8邻接邻接 m m邻接邻接 距离度量距离度量 2.5 像素间的一些基本关系像素间的一些基本关系像素像素p(x,y)p(x,y)有四个有四个水平和垂直水平和垂直的相邻像素，其的相邻像素，其4 4邻域坐标为邻域坐标为 (x+1,y) (x+1,y)；(x-1,y)(x-1,y)；(x,y+1)(x,y+1)；(x,y-1)(x,y-1)这个像素集称为像素这个像素集称为像素p p的的4 4邻域，用邻域，用NN4 4(p)(p)表示表示2.5.1 2.5.1 相邻像素相邻像素 4 4邻域邻域像素像素: : 一个数字序列表示的图像中的一个最小单位一个数字序列表示的图像中的一个最小单位 像素像素p(x,y)p(x,y)有四个有四个对角对角的相邻像素，其坐标为的相邻像素，其坐标为 (x+1,y+1) (x+1,y+1)；(x+1,y-1)(x+1,y-1)；(x-1,y+1)(x-1,y+1)；(x-1,y-1)(x-1,y-1) 这个像素集称为像素这个像素集称为像素p p的的D D邻域，用邻域，用NND D(p)(p)表示表示2.5.1 2.5.1 相邻像素相邻像素 D D邻域邻域 8 8邻域定义：像素邻域定义：像素p(x,y)p(x,y)的的8 8邻域是：邻域是： 4 4邻域的点邻域的点 D D邻域的点邻域的点 这个像素集称为像素这个像素集称为像素p p的的8 8邻域，用邻域，用NN8 8(p)(p)表示表示 NN8 8(p) = N(p) = N4 4(p) + N(p) + ND D(p)(p)2.5.1 2.5.1 相邻像素相邻像素 8 8邻域邻域两个像素连通的两个必要条件是：两个像素连通的两个必要条件是： 两个像素的两个像素的位置是否相邻位置是否相邻 两个像素的两个像素的灰度值是否灰度值是否满足特定的相似性准则（或者满足特定的相似性准则（或者 是否是否相等相等） 4 4邻接、邻接、8 8邻接、邻接、mm邻接邻接在灰度图像中，假如灰度位数为在灰度图像中，假如灰度位数为 8bit 8bit，那么所有的可能的，那么所有的可能的灰度取值范围为灰度取值范围为0,2550,255V V是定义邻接性的灰度值的集合是定义邻接性的灰度值的集合为了方便讨论和分析，现只考虑二值图像，即灰度值只有为了方便讨论和分析，现只考虑二值图像，即灰度值只有 0 0和和1 1两种情况，在二值图像中两种情况，在二值图像中V=1 V=1 2.5.2 2.5.2 邻接性、连通性邻接性、连通性 具有具有V中灰度值的两个像素中灰度值的两个像素q和和p，如果像素，如果像素q在集合在集合N4 (p)中，则称这两个像素是中，则称这两个像素是4邻接的。
邻接的 邻接性邻接性 4 4邻接邻接更鲜明扼要的解释如下：更鲜明扼要的解释如下： 像素像素p q的灰度值属于集合的灰度值属于集合V 像素像素q在在N4 (p)中中邻接性邻接性 8 8邻接邻接 像素像素p q的灰度值属于集合的灰度值属于集合V 像素像素q在在N8 (p)中中 则称这两个像素是则称这两个像素是8邻接的邻接性邻接性 mm邻接邻接 像素像素p q的灰度值属于集合的灰度值属于集合V 像素像素q在在N4 (p)中或者像素中或者像素q在在ND(p)中中 且集合且集合N4 (p)N4 (q)没有来自没有来自V中数值的像素中数值的像素(交集为空交集为空) 则称这两个像素是则称这两个像素是m邻接的邻接的红色表示集合红色表示集合V中的数值中的数值 是是m邻接邻接 不是不是m邻接邻接像素的连通性像素的连通性通路通路 通路的定义：通路的定义： 一条从具有坐标一条从具有坐标(x,y)的像素的像素p,到具有坐标到具有坐标(s,t)的像素的像素q的通路，的通路，是具有坐标是具有坐标(x0 ,y0),(x1 ,y1 ),.,(xn ,yn )的不同像素的序列的不同像素的序列 其中，其中，(x0,y0) = (x,y)，(xn ,yn ) = (s,t)，(xi ,yi) 和和(xi-1 ,yi-1)是邻接是邻接的，的，1 i n，n是路径的长度。
是路径的长度 如果如果(x0 ,y0)= (xn ,yn) ,则该通路是闭合通路则该通路是闭合通路. 连通集连通集: : S 代表一幅图像的像素的子集代表一幅图像的像素的子集S中的所有的像素，每两个相中的所有的像素，每两个相邻的像素之间是相邻接的邻的像素之间是相邻接的(4，8，m)，并且只有一个通路，那么，并且只有一个通路，那么S为连通集为连通集mm邻接怎么消除邻接怎么消除8 8邻接的二义性？邻接的二义性？二义性：二义性： 在这个图中，在这个图中，8邻接中的中间的那个邻接中的中间的那个1可以有两条路到达右上角的那个可以有两条路到达右上角的那个1，这就是所说的二义性这个情况在边缘检测里面是很不希望的这就是所说的二义性这个情况在边缘检测里面是很不希望的 而改成而改成m邻域以后，中间的邻域以后，中间的1像素和右上角的像素是像素和右上角的像素是8连通的却不是连通的却不是m连通的，这可以从连通的，这可以从m连通的定义得到连通的定。