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1、数字图像处理数字图像处理第二章第二章图像获取、显示和表示图像获取、显示和表示CH2 CH2 图像获取、显示和表示图像获取、显示和表示l一、一、图像像获取取l二、二、图像像显示示l三、三、图像表示像表示l四、小四、小结l习题1 1 图像获取图像获取l图像获取：图像的数字化过程，包括扫描、采样和量化。l图像获取设备：5个组成部分，采样孔，扫描机构，光传感器，量化器和输出存储体。l关键技术：l采样（成像技术）；量化（模数转换技术）。l图像获取设备分类：l取决于CCD的规格l黑白摄象机、彩色摄象机、扫描仪、数字相机等；l其它的专用设备，如显微摄象设备、红外摄象机、高速摄象机、胶片扫描器等。l此外，遥感
2、卫星、激光雷达等设备提供其它类型的数字图像。校正的概念校正的概念1 1 图像获取图像获取l图像获取设备的性能指标l像素大小l图像大小l线性度l噪声l其他局部特征1 1 图像获取图像获取l图像量化像量化l取取样点数和量化点数和量化级数的数的选取取条件：图像有M*N个像素，每个像素有Q个灰度级别。取值规则：M、N和Q通常总是取为2的整数次幂。Q=2b，若Q=256，则b=8，称为图像的8bit量化，或称256级灰度。取值范围：由于存在量化误差，原则上b越大重建图像失真越小。对于人眼应用b取5-8；而对于卫星图片等图像分析应用b取8-12。M*N必须满足奈奎斯特取样定理，否则会因取样点数不够产生混淆
3、失真。 采样数1024 1024 512 512 256 256 128 128 64 64灰度级数1 1 图像获取图像获取实际需要：1）当图像中有大面积灰度变化缓慢的平滑区域（如人脸），则b加大， M*N可变小。否则会出现假轮廓。2）当复杂的图像时（如球场观众），则b减小， M*N可加大。否则会丢失图像细节。请思考？请思考？$进一步阅读：Gonzalez, p48.1.多大区间中的电信号对应同一个输出代码?2.在显示时, 一个输出代码到底对应哪个电信号数值?1 1 图像获取图像获取l典型量化典型量化过程程1 1 图像获取图像获取l最佳量化最佳量化使量化使量化误差最小的量化方法差最小的量化方法
4、为最佳量化。最佳量化。使用均方使用均方误差差测度度讨论最佳量化。最佳量化。设：Z和q分别代表数字图像像素幅度和其量化值； p(Z)为像素幅度概率密度函数； Z的取值范围在H1H2之间，量化总层数为K， 2表示量化器量化的均方误差。解：根据均方误差定义可得1 1 图像获取图像获取当量化层数足够大时，每个判决层的p(Z)可以近似为均匀分布，则上式分别对Zk和qk求导，并令等于0。 1 1 图像获取图像获取1 1 图像获取图像获取n对于非均匀分布，如高斯分布等，根据概率密度采用对于非均匀分布，如高斯分布等，根据概率密度采用反复迭代逼近最佳量化层和判决层位置。反复迭代逼近最佳量化层和判决层位置。n其他
5、问题：请思考（最优准则）？其他问题：请思考（最优准则）？1 1 图像获取图像获取l图像像获取取设备（数字化（数字化设备）的主要）的主要应用用l可分可分为两两类：l一一类是基于是基于图像采集卡或像采集卡或图像卡将模像卡将模拟制式的制式的视频信号采集到信号采集到计算机；算机；l另一另一类是是摄象机本身象机本身带有数字化部件可以直接将数有数字化部件可以直接将数字字图像通像通过计算机端口（如并口、算机端口（如并口、USB接口）或接口）或标准准设备（如磁（如磁盘驱动器）器）传送送进计算机。算机。l低端低端图像卡像卡l一般不具有一般不具有图像像帧存体而是直接将存体而是直接将图像采集到像采集到计算算机的内存
6、中以供机的内存中以供处理，如加拿大理，如加拿大Matrox公司的公司的Metero系列；系列；1 1 图像获取图像获取l高端高端图像卡像卡l集采集和集采集和处理于一身的昂理于一身的昂贵的非的非标准配件。如准配件。如Matrox公司公司的的Genesis图像卡，具有像卡，具有帧存体和数字信号存体和数字信号处理器理器DSP及及邻域域处理加速器理加速器NOA，用于开用于开发高速或高速或实时处理理应用。用。l多媒体多媒体视频采集卡采集卡l主要用于主要用于视频会会议、视频邮件等件等应用用,如宝如宝狮Boser602。l压缩卡卡l是一是一类多媒体多媒体应用中使用的用中使用的压缩卡。如卡。如AV8 Mpeg
7、压缩卡，卡，可以将可以将视频压缩成成Mpeg1格式，主要用于格式，主要用于VCD制作和制作和视觉保保安系安系统中，当然也具有中，当然也具有图像采集功能。像采集功能。2 2 图像显示图像显示l图像像显示和打印的基本原理示和打印的基本原理l显示分辨率示分辨率：每英寸：每英寸荧光点或打印墨点的数目，光点或打印墨点的数目，单位是位是dpi。l显示器分辨率示器分辨率一般在一般在72dpi（Mac）或或96dpi（Pc）以以上。上。l电视机平均分辨率机平均分辨率0.76mmlSVGA显示器平均分辨率示器平均分辨率0.28mml打印分辨率打印分辨率需要在需要在300dpi600dpi之上。之上。l点点阵位位
8、图格式格式l用文件中的几个字用文件中的几个字节表示表示像素点的位置和表示表示像素点的位置和颜色。色。l图像分辨率像分辨率：每英寸像素点的数目，：每英寸像素点的数目，单位位ppi。2 2 图像显示图像显示l显示与文件的示与文件的对应关系关系l若若图像分辨率比像分辨率比显示分辨率高，示分辨率高，则显示出的示出的图像比像比实际图像大。像大。l若若图像分辨率比像分辨率比显示分辨率低，示分辨率低，则显示出的示出的图像比像比实际图像小像小。l图片片1：640像素像素*480像素像素*72ppi（22.58cm*16.93cm）l图片片2：320像素像素*240像素像素*36ppi（22.58cm*16.9
9、3cm）l利用利用photoshop软件件对比比图片片1和和图片片2。(请课后后实验之之)2 2 图像显示图像显示3 3 图像表示图像表示l1位二值图像l8位灰度图像l位平面l抖动技术l24位彩色图像l彩色模型l索引图像1位二值图像8位灰度图像位平面抖动技术l任任务l如何使用如何使用600dpi的黑白激光打印机打印灰度的黑白激光打印机打印灰度图像呢像呢？l抖抖动（Dithering）l基本策略是平衡灰度分辨率到空基本策略是平衡灰度分辨率到空间分辨率分辨率（intensity resolution vs spatial resolution).l基本原理基本原理l当人眼从当人眼从较远距离距离观察
10、察图像像时，将会平均局，将会平均局部小区域像素的灰度部小区域像素的灰度值，并，并记录之之。Also be called halftoning, or clustered-dot ordered dithering(halftoning approximation).抖动矩阵l22抖动矩阵抖动矩阵l用于逼近用于逼近5个灰度级个灰度级l44抖动矩阵抖动矩阵l用于逼近用于逼近17个灰度级个灰度级3 3 图像表示图像表示l光光谱3 3 图像表示图像表示l24位彩色位彩色图像像：通常真彩色用三字：通常真彩色用三字节的的R，G，B来表示，来表示，即即8:8:8=24位。位。lR、G、B （三基色波三基色波
11、长（CIE）Blue: 435.8nm, Green: 546.1nm,Red: 700nm）彩色模型彩色模型lRGB模式模式 (相加混色模型，用于相加混色模型，用于发光物体光物体)2424位彩色图像位彩色图像彩色模型彩色模型彩色模型彩色模型lCMYK模式模式（相减混色模型，用于不相减混色模型，用于不发光物体光物体）三次色（三次色（青色青色Cyan，洋洋红Magenta和黄色和黄色Yellow）。）。K为真正黑色。真正黑色。颜色颜色1颜色颜色2颜色颜色3混合结果混合结果黄色黄色Y洋红洋红M红红R青色青色C黄色黄色Y绿绿G青色青色C洋红洋红M蓝蓝B彩色模型彩色模型彩色模型彩色模型l采用采用CMY
12、K模式的原因模式的原因白光白光彩色模型彩色模型lHSB模型模型l基于人基于人类对颜色的感色的感觉，HSB模型描述模型描述颜色的三个基本色的三个基本特征。又称特征。又称为HSI空空间。l色相（或色度色相（或色度Hue）l是从物体反射或透是从物体反射或透过物体物体传播的播的颜色。在色。在 0 到到 360 度的度的标准准色色轮上，色相是按位置度量的。在通常的使用中，色相是由上，色相是按位置度量的。在通常的使用中，色相是由颜色名称色名称标识的，比如的，比如红、橙或、橙或绿色。色。 l饱和度（和度（Saturation）l有有时也称色品，是指也称色品，是指颜色的色的强度或度或纯度。度。饱和度表示色相中
13、灰和度表示色相中灰成分所占的比例，用从成分所占的比例，用从 0%（灰色）到（灰色）到 100%（完全（完全饱和）的百和）的百分比来度量。在分比来度量。在标准色准色轮上，从中心向上，从中心向边缘饱和度是和度是递增的。增的。 l亮度（亮度（Brightness）l是是颜色的相色的相对明暗程度，通常用从明暗程度，通常用从 0%（黑）到（黑）到 100%（白）的（白）的百分比来度量。百分比来度量。彩色模型彩色模型彩色模型彩色模型l在在绘画画艺术上，上，饱和度和度的概念可描述如下：的概念可描述如下：l是一种是一种纯色加上白色染料后的色加上白色染料后的结果，此果，此时色彩的色彩的饱和度和度发生生变化而色彩
14、的亮度不化而色彩的亮度不发生生变化。化。l同同样在在绘画画艺术上，上，亮度亮度的概念可描述如下：的概念可描述如下：l是一种是一种纯色加上黑色染料后的色加上黑色染料后的结果，此果，此时色彩的亮度色彩的亮度发生生变化而色彩的化而色彩的饱和度不和度不发生生变化。化。lHSB空空间的坐的坐标体系体系彩色模型彩色模型$进一步阅读：Castleman, p477-479. Gonzalez,p228-239.8 8位索引图像位索引图像l调色板（色板（palette）：）：l图像的像的色彩索引表色彩索引表。若。若图像的色彩数像的色彩数远小于全色彩小于全色彩数数时，当每个像素的，当每个像素的值用色彩索引表的位
15、置表示就用色彩索引表的位置表示就可以大大可以大大节约存存储空空间。这种技种技术常用于各种常用于各种图像像的存的存储格式中，如格式中，如bmp,tif,gif等。（等。（图像表示用像表示用到到调色板色板时，像素，像素值是是palette的地址）的地址）l课后思考后思考: 灰度灰度图像像 和和 彩色彩色图像索引像索引图像像的区的区别? (用用photoshop实验之之)4 4 本章要点本章要点l1 1、图像像获取的基本概念，及取的基本概念，及图像量化的典型像量化的典型过程和最程和最佳量化。佳量化。l2 2、图像像显示的基本概念，及示的基本概念，及图像分辨率与像分辨率与显示分辨率示分辨率的的对应关系。关系。l3 3、图像表示的基本概念，彩色空像表示的基本概念，彩色空间及其模式。及其模式。习题习题l思考最思考最优量化量化过程和程和结论l进一步了解彩色抖一步了解彩色抖动技技术和彩色模型和彩色模型l选做上机做上机实习题一（一（3 3、4 4）
