图象处理的基础知识.pptx

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1、模拟图像可以用一个二元函数模拟图像可以用一个二元函数f(x,y)f(x,y)。x,yx,y表示二维空间表示二维空间XYXY种一个坐标点的位置，种一个坐标点的位置，f f代表图像在点代表图像在点(x,y)(x,y)的某种性质的某种性质F F的数值。对于一幅灰度照片，图像在某点的函数值称为的数值。对于一幅灰度照片，图像在某点的函数值称为图像在该点的灰度或亮度。图像在该点的灰度或亮度。模拟图像无论在水平还是垂直位置上都是连续的，灰度变化模拟图像无论在水平还是垂直位置上都是连续的，灰度变化也是连续的，因此模拟图像称为连续图像。计算机无法接收也是连续的，因此模拟图像称为连续图像。计算机无法接收和处理这种

2、空间分布和亮度值均连续分布的图像。因此要用和处理这种空间分布和亮度值均连续分布的图像。因此要用计算机来处理图像信息就需要将模拟图像进行数字化。计算机来处理图像信息就需要将模拟图像进行数字化。第1页/共80页数字图像是指把模拟图像分解成被称作像素数字图像是指把模拟图像分解成被称作像素（pixelpixel）的若干小离散点，并将各像素的灰度值）的若干小离散点，并将各像素的灰度值用整数值来表示的图像。像素是组成数字图像的用整数值来表示的图像。像素是组成数字图像的基本单元，其值用一系列二进制数码（基本单元，其值用一系列二进制数码（0 0和和1 1）来）来表示。表示。第2页/共80页离散化：采样和量化两

3、个过程。离散化：采样和量化两个过程。连续图像连续图像数字图像数字图像离散化数字化采样：采样：空间坐标的离散化，将连续图像转换成空间坐标的离散化，将连续图像转换成 离散的采样点（像素、样本点）的过程。离散的采样点（像素、样本点）的过程。由于图像是采用二维平面信息的分布方式来描述的，由于图像是采用二维平面信息的分布方式来描述的，所以采样时一般将二维信号变为一维信号，在对一所以采样时一般将二维信号变为一维信号，在对一维信号完成采样。维信号完成采样。第3页/共80页首先沿垂直方向按一定间隔，从上到下沿水平方向以直线扫描的首先沿垂直方向按一定间隔，从上到下沿水平方向以直线扫描的方方式式，取取出出各各个个

4、水水平平行行上上的的灰灰度度值值的的一一维维扫扫描描信信息息，然然后后在在对对一一维扫描信号按一定时间间隔取样得到离散信号。即先在垂直方向维扫描信号按一定时间间隔取样得到离散信号。即先在垂直方向上上采采样样，然然后后再再沿沿水水平平方方向向采采样样两两个个步步骤骤完完成成。一一般般垂垂直直采采样样间间隔和水平采样间隔相等。隔和水平采样间隔相等。第4页/共80页在进行采样时，采样点间隔的选取是一个非常重要的问题，在进行采样时，采样点间隔的选取是一个非常重要的问题，它决定了采样后图像的质量，即忠实于原图像的程度。设它决定了采样后图像的质量，即忠实于原图像的程度。设对连续图像按等间隔网络均匀采样，对

5、连续图像按等间隔网络均匀采样，x x、y y方向上的采样间方向上的采样间隔分别为隔分别为x x、y y。第5页/共80页二维采样定理：二维采样定理：若函数若函数f(x,y)f(x,y)的傅里叶变换为的傅里叶变换为F(u,v)F(u,v)，其中（，其中（u,vu,v）是傅里叶变换域即图像频率域上的坐标。若是傅里叶变换域即图像频率域上的坐标。若u uc c和和v vc c分别是分别是模拟图像模拟图像f(x,y)f(x,y)对应的对应的F(u,v)F(u,v)函数的最大空间频率函数的最大空间频率.采样频率大于图像信号最高频率的采样频率大于图像信号最高频率的2 2倍倍.第6页/共80页第7页/共80页

6、对同一图像而言采样间隔越小，采样图像的空间分辨率就越高。对同一图像而言采样间隔越小，采样图像的空间分辨率就越高。可观察到的图像细节就比较多由采样图像重建原始图像的失可观察到的图像细节就比较多由采样图像重建原始图像的失真就越小。真就越小。空间分辨率：空间分辨率：把映射到图像平面上的单个像素的景物元素的把映射到图像平面上的单个像素的景物元素的尺寸。尺寸。单位：单位：像素像素/英寸或像素英寸或像素/厘米。常用厘米。常用单位面积内单位面积内像素的像素的个数来表示如个数来表示如800640800640。第8页/共80页像素越多，相同大小的图像的分辨率也就越高，像像素越多，相同大小的图像的分辨率也就越高，

7、像素太大会使图像的细节丢失。素太大会使图像的细节丢失。空间分辨率（图像的采样）与图像质量的关系空间分辨率（图像的采样）与图像质量的关系第9页/共80页 （a）（b）（c）（d）（e）（f）（a a）原始图像）原始图像(256256)(256256)；（b b）采样图像）采样图像1(128128)1(128128)；（c c）采样图像）采样图像2(6464)2(6464)；（d d）采样图像）采样图像3(3232)3(3232)；（e e）采样图像）采样图像4(1616)4(1616)；（f f）采样图像采样图像5(88)5(88)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第10页

8、/共80页第11页/共80页量量化化是是把把采采样样点点上上对对应应的的亮亮暗暗信信息息的的连连续续量量离离散散化化，用用数数值值（整整数）表示的过程。数）表示的过程。量化：量化：将连续图像的像素值分布将连续图像的像素值分布落在落在 Z Zi i，Z Zi+i+1 1 范围内的点范围内的点的取值量化为的取值量化为q qi+i+1 1，称之为，称之为灰度值或灰阶灰度值或灰阶(Gray(Gray Level)Level)。把真实值。把真实值Z Z与量化与量化值值q qi+i+1 1之差称为量化误差，之差称为量化误差，把表示对应于各个像素的把表示对应于各个像素的亮暗程度称为灰度级或。亮暗程度称为灰度

9、级或。第12页/共80页图像的量化等级反映了采样的质量。例如，图像中的每个图像的量化等级反映了采样的质量。例如，图像中的每个像素都用像素都用8 8位二进制数表示，有位二进制数表示，有2 28 8=256=256个量级；若采用个量级；若采用1616位位二进制数表示，则有二进制数表示，则有2 21616=65536=65536个量级；若采用个量级；若采用2424位二进制位二进制数表示，则有数表示，则有2 22424=1667=1667万个量级。万个量级。量级越大，图像质量就越高，但存储空间要求就越大量级越大，图像质量就越高，但存储空间要求就越大。由于计算机的工作速度、存储空间是相对有限的，各种参由

10、于计算机的工作速度、存储空间是相对有限的，各种参数都不能无限地提高。数都不能无限地提高。第13页/共80页灰度级(Gray level scale)第14页/共80页 （a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）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 a）原始图像）原始图像(256(256级级)；（b b）量化图像量化图像1(1281(128级级)；（c c）量化图像量化图像2(642(64级级)；（d d）量化图像）量化图像3(323(32级级)；（e e）量化图像量化图像4(164(16级级)；（f f）量化图像量化图像5(85(8级级)（g g）量化图像）量化图

11、像6(46(4级级)；（h h）量化图像量化图像7(27(2级级)；虚假轮廓第15页/共80页灰度分辨率灰度分辨率灰度分辨率灰度分辨率(contrast resolution)(contrast resolution)：又称为密度分辨率或对比度分辨率，指图像灰度级中可分辨的最小又称为密度分辨率或对比度分辨率，指图像灰度级中可分辨的最小变化。一般用灰度级或比特数表示。变化。一般用灰度级或比特数表示。图像的灰度级越高，灰度分辨率越高反之就越小，图像的灰度图像的灰度级越高，灰度分辨率越高反之就越小，图像的灰度分辨率表示能够分辨不同组织的能力分辨率表示能够分辨不同组织的能力第16页/共80页量化方法：

12、量化方法：对于像素灰度值在从黑到白的范围内较均匀分布的图像对于像素灰度值在从黑到白的范围内较均匀分布的图像采用均匀量化。采用均匀量化。非均匀量化是根据图像具体的灰度值分布的概率密度函非均匀量化是根据图像具体的灰度值分布的概率密度函数，按总的量化误差最小的原则进行量化。图像中像素灰度数，按总的量化误差最小的原则进行量化。图像中像素灰度值频繁出现的灰度值范围，量化间隔取小一些，像素灰度值值频繁出现的灰度值范围，量化间隔取小一些，像素灰度值极少出现的范围，量化间隔取大一些。极少出现的范围，量化间隔取大一些。第17页/共80页当数字图像的大小限定时，为了得到质量较好的图像，采用以当数字图像的大小限定时

13、，为了得到质量较好的图像，采用以下量化原则：下量化原则：（）对缓变的图像，应粗采样，细量化，避免假轮廓。（）对缓变的图像，应粗采样，细量化，避免假轮廓。（）对细节丰富的图像，应细采样，粗量化，避免模糊。（）对细节丰富的图像，应细采样，粗量化，避免模糊。（）对于彩色图像，按照颜色成分红绿蓝分量分别采（）对于彩色图像，按照颜色成分红绿蓝分量分别采样和量化。样和量化。第18页/共80页假设图像取假设图像取MNMN个采样点，每个像素量化后的灰度二进制位个采样点，每个像素量化后的灰度二进制位数为数为Q Q，一般，一般Q Q取取2 2的整数幂，即的整数幂，即Q=2Q=2K K；则存储一幅数字图像；则存储一

14、幅数字图像所需的二进制位数和字节分别为：所需的二进制位数和字节分别为：b=MNQb=MNQB=MNQ/8B=MNQ/8在充分考虑人眼的识别能力之后，目前非特殊用途的图像均在充分考虑人眼的识别能力之后，目前非特殊用途的图像均为量化，即用描述为量化，即用描述“从黑到白从黑到白”。图像存储容量的计算图像存储容量的计算第19页/共80页一幅灰度图像，矩阵为一幅灰度图像，矩阵为512512512512，灰度级别为，灰度级别为256256，在计算，在计算机中保存，图像数据占多少字节？机中保存，图像数据占多少字节？灰度级别为灰度级别为256256，也就是，也就是28 28，8 8位图像。使用一个字位图像。使

15、用一个字节保存一个像素。节保存一个像素。像素共有像素共有 512512512512262144262144这幅图像占这幅图像占262144262144256/8256/8字节，字节，第20页/共80页数字图像可以用矩阵来表示，最典型的例子是灰度图数字图像可以用矩阵来表示，最典型的例子是灰度图像，灰度图像的像素数据就是一个矩阵，矩阵的行对像，灰度图像的像素数据就是一个矩阵，矩阵的行对应图像的高，列队应图像的宽，矩阵的元素对应图像应图像的高，列队应图像的宽，矩阵的元素对应图像的像素，矩阵元素的值就是像素的灰度值。按照的像素，矩阵元素的值就是像素的灰度值。按照C C语语言的习惯图像矩阵的左上角坐标取

16、（言的习惯图像矩阵的左上角坐标取（0,0)0,0)。2.2 2.2 数字图像的数值描述数字图像的数值描述第21页/共80页行（i）列（j）矩阵 A(i,j)矩阵坐标系X轴（i）Y轴（j）图像 f(i,j)直角坐标系矩阵坐标系与直角坐标系 数字图像坐标系 第22页/共80页N N列列M M行行像素像素图像矩阵表示（图像矩阵表示（MNMN）第23页/共80页2.2.数字图像的类型数字图像的类型根据数字图像的类型根据数字图像的类型,静态图像分为矢量静态图像分为矢量(vector)(vector)图和图和位图位图(bitmap).(bitmap).矢量图是用一系列绘图指令来表示一幅图，这种方矢量图是用

17、一系列绘图指令来表示一幅图，这种方法法的本质是用数学（准确的说是几何学）公式描述一的本质是用数学（准确的说是几何学）公式描述一幅幅图图优点：文件数据量小，质量与分辨率无关优点：文件数据量小，质量与分辨率无关缺点：不易制作色调丰富或色彩变化太多的图像缺点：不易制作色调丰富或色彩变化太多的图像第24页/共80页2.2.数字图像的类型数字图像的类型位图是利用许多像素点表示一幅图像，每个像素具位图是利用许多像素点表示一幅图像，每个像素具有有颜色属性和位置属性，可以从传统的相片幻灯片上颜色属性和位置属性，可以从传统的相片幻灯片上制制作出来或使用数字相机得到也可用作出来或使用数字相机得到也可用indows

18、indows的画的画笔笔用颜色点填充网格单元来创建用颜色点填充网格单元来创建第25页/共80页1.1.黑白图像（单色图像）黑白图像（单色图像）只只有有黑黑白白两两种种颜颜色色的的图图像像称称为为黑黑白白图图像像，也也叫叫单单色色图图像像，每每个个像像素素只只能能是是黑黑或或白白，又又称称为为二二值值图图像像。二二值值图图像像的的像像素素值值只只能能为为0 0和和1 1，0 0表示颜色为黑，表示颜色为黑，1 1表示白。表示白。常常用用于于文文字字识识别别、图图样样识识别别等等应应用用中中，黑黑或或白白分分别别用用来来表表示示不不需需要要进进一一步步处处理理的的背背景景和和需需要要进进一一步步处处

19、理理的的前前景景目目标标，便便于于对对目目标标进行识别。进行识别。第26页/共80页黑白图像（二值图像）的表示第27页/共80页2.2.灰度图像灰度图像可由黑白照片数字化得到，或从彩色图像进行去色处理得到。可由黑白照片数字化得到，或从彩色图像进行去色处理得到。灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像。灰度图像只有灰度信息而没有颜色信息。图像。灰度图像只有灰度信息而没有颜色信息。在灰度图像中，像素灰度级用在灰度图像中，像素灰度级用8 bit8 bit表示，所以每个像素都是介于黑色表示，所以每个像素都是介于黑色和白色之间的和白色之

20、间的256256（2 28 8=256=256）种灰度）种灰度中的一种。中的一种。第28页/共80页灰度图像的表示第29页/共80页 3.3.彩色图像彩色图像 除除有有亮亮度度信信息息外外，还还包包含含有有颜颜色色信信息息。彩彩色色图图像像的的表表示示与与所所采采用用的的彩彩色色空空间间即即彩彩色色模模型型有有关关。最最常常见见的的是是RGBRGB三三基基色色模模型型，利利用用RGBRGB三三基基色色可可以以混混合合成成任任意意颜颜色色。一一幅幅彩彩色色图图像像的的每每个个像像素素包包括括RGBRGB三三种种颜颜色色的的数数据据，每每个个数数据据用用1 1个个字字节节（8 8位位二二进进制制）

21、表表示示，每每个个像像素素的的数数据据为为3 3个个字字节节（2424位位二二进进制制位位），这这就就是是人人们们常说的常说的2424位真彩色。位真彩色。第30页/共80页彩色图像不能用一个矩阵来描述了，一般是用三个矩彩色图像不能用一个矩阵来描述了，一般是用三个矩阵同时来描述。阵同时来描述。第31页/共80页彩色图像彩色图像RGBRGB（red-green-bluered-green-blue）形式。）形式。彩色图像的表示第32页/共80页RGBRGB图像图像第33页/共80页在真彩色出现之前，在真彩色出现之前，由于技术上的原因，计算机在处理时由于技术上的原因，计算机在处理时并没有达到每像素并

22、没有达到每像素2424位的真彩色水平，为此人们创造了索位的真彩色水平，为此人们创造了索引颜色。在这种模式下，颜色都是预先定义的，并且可供引颜色。在这种模式下，颜色都是预先定义的，并且可供选用的一组颜色也很有限，选用的一组颜色也很有限，索引颜色的图像最多只能显示索引颜色的图像最多只能显示256256种颜色。一幅索引颜色图像在图像文件里定义，当打开种颜色。一幅索引颜色图像在图像文件里定义，当打开该文件时，构成该图像具体颜色的索引值就被读入程序里，该文件时，构成该图像具体颜色的索引值就被读入程序里，然后根据索引值找到最终的颜色。然后根据索引值找到最终的颜色。索引图像索引图像 第34页/共80页索引图

23、像索引图像第35页/共80页2.4 2.4 图像文件格式图像文件格式 数字图像通常存放在计算机的外存中，例如硬盘、光盘等，在需数字图像通常存放在计算机的外存中，例如硬盘、光盘等，在需要进行显示和处理时才被调入内存的数组中。数字图像在外存中要进行显示和处理时才被调入内存的数组中。数字图像在外存中的存储形式是图像文件，图像必须按照某个已知的、公认的数据的存储形式是图像文件，图像必须按照某个已知的、公认的数据存储顺序和结构进行存储，才能使不同的程度对图像文件进行打存储顺序和结构进行存储，才能使不同的程度对图像文件进行打开或存盘操作，实现数据共享。图像数据在文件中的存储顺序和开或存盘操作，实现数据共享

24、。图像数据在文件中的存储顺序和结构称为图像文件格式。存储的格式有很多种，较常用的有结构称为图像文件格式。存储的格式有很多种，较常用的有BMPBMP、GIFGIF、JPEGJPEG、TIFFTIFF、PCXPCX等。进行图像处理，必须了解图像文件等。进行图像处理，必须了解图像文件的格式，即图像文件的数据构成。的格式，即图像文件的数据构成。第36页/共80页1 1、BMPBMP文件文件BMPBMP文件是一种将内存或显示器的图像数据不经过压缩文件是一种将内存或显示器的图像数据不经过压缩而直接按位存储的文件格式，又叫位图文件而直接按位存储的文件格式，又叫位图文件（bitmapbitmap，简称，简称B

25、MPBMP），是一种与设备无关的图像文），是一种与设备无关的图像文件格式。它是件格式。它是WindowsWindows软件推荐使用的一种格式。包软件推荐使用的一种格式。包括括4 4部分：部分：位图文件头（位图文件头（Bitmap File HeaderBitmap File Header）位图信息头位图信息头(Bitmap Info Header)(Bitmap Info Header)调色板调色板(Color Map(Color Map或或Color Palette)Color Palette)位图数据位图数据(Data Bits(Data Bits或或Data Body)Data Body

26、)一个位图文件只能存放一幅图像。一个位图文件只能存放一幅图像。第37页/共80页字节数字节数参数参数说明说明WORD 2WORD 2bfTypebfType文件类型，以文件类型，以“BMBM”标识，标识，0 x424D0 x424DDWORD 4DWORD 4bfSizebfSize文件大小文件大小,以字节为单位以字节为单位2 2bfReserved1;bfReserved1;预留字段预留字段1 1，必须为，必须为0 02 2bfReserved2;bfReserved2;预留字段预留字段2 2，必须为，必须为0 04 4bfOffBitsbfOffBits位图数据的起始位置，文件开始到位位图

27、数据的起始位置，文件开始到位图数据开始处的偏移量图数据开始处的偏移量BITMAPFILEHEADER第38页/共80页字字节节数数参参数数说说明明字字节节数数参参数数说说明明4 4biSizebiSize结构长度结构长度40404 4biSizeImagebiSizeImage位图数据块的大小位图数据块的大小4 4biWidthbiWidth位图宽度位图宽度/像素像素4 4biXPelsPerMeterbiXPelsPerMeter水平分辨率水平分辨率4 4biHeightbiHeight位图长度位图长度/像素像素4 4biYPelsPerMetebiYPelsPerMeter r垂直分辨率垂

28、直分辨率2 2biPlanesbiPlanes目标设备级别，目标设备级别，必须是必须是1 14 4biClrUsedbiClrUsed实际使用的颜色数实际使用的颜色数2 2biBitCountbiBitCount每个像素占的位每个像素占的位数，数，1 1、4 4、8 8、24244 4biClrImportantbiClrImportant显示过程中主要的显示过程中主要的颜色数颜色数4 4biCompressionbiCompression压缩方法压缩方法BITMAPINFOHEADER第39页/共80页 第第三三部部分分为为调调色色板板(Palette)(Palette)，当当然然，这这里里

29、是是对对那那些些需需要要调调色色板板的的位位图图文文件件而而言言的的。真真彩彩色色图图像像是是不不需需要要调调色色板板的的，BITMAPINFOHEADERBITMAPINFOHEADER后后直直接接是是位位图图数数据据。调调色色板板实实际际上上是是一一个个数数组组，共共有有biClrUsedbiClrUsed个个元元素素（如如果果该该值值为为零零，则则有有2 2的的biBitCountbiBitCount次次方方个元素）。数组中每个元素占个元素）。数组中每个元素占4 4个字节，其定义如下：个字节，其定义如下：typedef struct tagRGBQUADtypedef struct ta

30、gRGBQUAD BYTE rgbBlue;/BYTE rgbBlue;/像素颜色中的蓝色分量像素颜色中的蓝色分量 BYTE rgbGreen;BYTE rgbGreen;/像素颜色的绿色分量像素颜色的绿色分量 BYTE rgbRed;BYTE rgbRed;/像素颜色的红色分量像素颜色的红色分量 BYTE rgbReserved;BYTE rgbReserved;/保留值，必须置成保留值，必须置成0 0 RGBQUAD;RGBQUAD;第40页/共80页 第第四四部部分分就就是是实实际际的的图图像像数数据据。对对于于用用到到调调色色板板的的位位图图，图图像像数数据据就就是是该该像像素素颜颜色

31、色在在调调色色板板中中的的索索引引值值，对对于于真真彩彩色色图图像像，图像数据就是实际的图像数据就是实际的R R、G G、B B值。值。BMP BMP文件的数据存放是从下到上，从左到右的。也就是文件的数据存放是从下到上，从左到右的。也就是说，从文件中最先读到的是图像最下面一行的左边第一个像素，说，从文件中最先读到的是图像最下面一行的左边第一个像素，然后是左边第二个像素，然后是左边第二个像素，接下来是倒数第二行左边第一个像接下来是倒数第二行左边第一个像素，素，左边第二个像素。依次类推，左边第二个像素。依次类推，最后得到的是最上面一行最后得到的是最上面一行的最右边的一个像素。的最右边的一个像素。第

32、41页/共80页 GIF GIF格式格式图形交换格式图形交换格式Graphics Interchange FormatGraphics Interchange Format的缩写，的缩写，最多存储最多存储256256色，色，是经过压缩的格式，磁盘空间占用较少，是经过压缩的格式，磁盘空间占用较少，一个一个GIFGIF文件可以存放多幅图像。文件可以存放多幅图像。以数据块以数据块(block)(block)为单位来存储图像的相关信息。由为单位来存储图像的相关信息。由表表示图形示图形/图像的数据块、数据子块图像的数据块、数据子块以及显示图形以及显示图形/图像的图像的控制信息块控制信息块组成，称为组成，

33、称为GIFGIF数据流数据流第42页/共80页 3.TIFF 3.TIFF图像文件格式图像文件格式 标记图像文件格式标记图像文件格式TIFF(Tag Image File Format)TIFF(Tag Image File Format)，是基于标志域的图像文件格式。图像的所有信息都存储在是基于标志域的图像文件格式。图像的所有信息都存储在标志域中，是现存图像文件格式中最复杂的一种。标志域中，是现存图像文件格式中最复杂的一种。TIFFTIFF支支持多种压缩方法，支持多个图像。持多种压缩方法，支持多个图像。TIFFTIFF文件定义了四类不同的文件定义了四类不同的TIFFTIFF文件格式：文件格式

34、：适用于二值图像的适用于二值图像的TIFF-B;TIFF-B;适用于灰度图像的适用于灰度图像的TIFF-G,TIFF-G,适用于带调色板的彩色图像适用于带调色板的彩色图像TIFF-P,TIFF-P,适用于适用于RGBRGB的彩色图像的彩色图像TIFF-RTIFF-R。TIFF-XTIFF-X是一种通用型的，通过编程可以适用上是一种通用型的，通过编程可以适用上述四种类型。述四种类型。第43页/共80页TIFFTIFF文件结构文件结构文件头文件头图像文件目录图像文件目录字节序列字节序列 （2 2个字节）个字节）II II 先低后高先低后高 IntelIntelMM MM 先高后低先高后低 Moto

35、rolaMotorola版本号（版本号（2 2个字节个字节002AH 42002AH 42）第一个第一个IFDIFD的偏移值（的偏移值（4 4个字个字节节 图像文件目录指针）图像文件目录指针）A A项数项数 （目录表项个数（目录表项个数 2 2）0 0项数（目录表项指针项数（目录表项指针 2 2）1 1项数项数 。A-1A-1项项 下一个下一个IFDIFD的偏移值的偏移值 （4 4）目录表项目录表项Tag Tag（2 2字节，域的特性）字节，域的特性）数据字节（数据字节（2 2 类型描述符）类型描述符）数据长度数据长度 (4(4个字节个字节)到到z z值的偏移量值的偏移量 （4 4个）个）Z

36、Z值（点阵图像数据）值（点阵图像数据）第44页/共80页JPEGJPEG文件格式文件格式 JPEG JPEG是是Joint Photographic Experts Group Joint Photographic Experts Group（联（联合图片专家组）的缩写，是静止图像压缩标准文件格式合图片专家组）的缩写，是静止图像压缩标准文件格式.采用采用预测编码、离散余弦变换以及熵编码，是一种高效率的预测编码、离散余弦变换以及熵编码，是一种高效率的2424位图位图像文件压缩格式，同一幅图像，用像文件压缩格式，同一幅图像，用JPEGJPEG格式存储的文件是格式存储的文件是其他其他类型文件的类型文

37、件的1/101/101/201/20，通常只有几十，通常只有几十KBKB，保留了图像中，保留了图像中的所的所有颜色信息，压缩效果与原图几乎没有什么区别。有颜色信息，压缩效果与原图几乎没有什么区别。应用十分广泛，特别是网络和光盘读物上，扩展名为应用十分广泛，特别是网络和光盘读物上，扩展名为jpgjpg或或jpegjpeg。第45页/共80页 DICOM DICOM文件格式文件格式 DICOM(Digital Imaging and Communications in DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)Medicine)是医学

38、图像文件存储格式，为各类医学图像是医学图像文件存储格式，为各类医学图像数据的存档、传输和共享而起草和颁布的。数据的存档、传输和共享而起草和颁布的。DICOMDICOM格式格式支持几乎所有的医学数字成像设备，例如支持几乎所有的医学数字成像设备，例如CTCT、MRMR、DRDR、超声、内窥镜、电子显微镜等，成为现代医学图像存储超声、内窥镜、电子显微镜等，成为现代医学图像存储传输技术和医学影像学的主要组成部分。传输技术和医学影像学的主要组成部分。DICOMDICOM文件的文件的常见扩展名为常见扩展名为dcmdcm。第46页/共80页目前大多数的图像处理软件都不支持该格式，阅读该格式目前大多数的图像处

39、理软件都不支持该格式，阅读该格式图像需要专用读图软件，如：图像需要专用读图软件，如：EZDICOMEZDICOM、DICOMviewDICOMview等。等。DICOMDICOM图像格式采用位图的方式，逐点表示出其位置上的灰图像格式采用位图的方式，逐点表示出其位置上的灰度和颜色信息。灰度图像上只有灰阶数目和不同灰阶的灰度和颜色信息。灰度图像上只有灰阶数目和不同灰阶的灰度值表示，而彩色图像则存在不同的颜色表示方法。如度值表示，而彩色图像则存在不同的颜色表示方法。如RGBRGB、YUVYUV和和HSLHSL等模型。等模型。DICOMDICOM一般采用的是一般采用的是RGBRGB三基色表示，即一个点

40、由红绿蓝三三基色表示，即一个点由红绿蓝三个基色分量的值组成。个基色分量的值组成。DICOMDICOM允许用三个矩阵分别表示三基允许用三个矩阵分别表示三基色分量值，也可以仅用一个矩阵表示整个图像，在这种情色分量值，也可以仅用一个矩阵表示整个图像，在这种情况下，矩阵中每一点是由三个值组成的。况下，矩阵中每一点是由三个值组成的。第47页/共80页DICOMDICOM文件数据集除了包括图像外，还包括许多与图像文件数据集除了包括图像外，还包括许多与图像相关的信息，如病人姓名、性别、年龄、检查设备、传相关的信息，如病人姓名、性别、年龄、检查设备、传输语法等。输语法等。DICOMDICOM图像及其信息头文件

41、图像及其信息头文件 第48页/共80页2.5 2.5 数字图像的灰度直方图数字图像的灰度直方图 一幅数字图像的数据是二维的，同时给出了场景的亮暗一幅数字图像的数据是二维的，同时给出了场景的亮暗信息和位置信息。正是由于获得了这两类信息，我们可信息和位置信息。正是由于获得了这两类信息，我们可以从图像中获得对原始场景的一个生动的再现。以从图像中获得对原始场景的一个生动的再现。我们对图像质量进行评价或分析时，不考虑图像中的位我们对图像质量进行评价或分析时，不考虑图像中的位置信息，而是对图像亮暗程度、目标物体与背景之间的置信息，而是对图像亮暗程度、目标物体与背景之间的对比关系较为敏感。因此有必要提出一个

42、对图像整体画对比关系较为敏感。因此有必要提出一个对图像整体画面的亮暗分布进行统计的概念，即灰度直方图。面的亮暗分布进行统计的概念，即灰度直方图。第49页/共80页直方图直方图（一）灰度直方图(Histogram）定义：用于表示图像灰度分布情况的统计图表。用横坐标表示灰度值r,纵坐标表示出现这个灰度值的概率值P(rK)。P(rK)=nk/N N:图像中像素的总数，nk：第k个灰度级的像素数，直方图是对图像灰度值的整体描述。第50页/共80页灰度直方图灰度直方图 灰度直方图灰度直方图(histogram)(histogram)反映一幅图像的总体灰度分布反映一幅图像的总体灰度分布,是灰度级的函数，表

43、示图像中具有每种灰度级的像素的是灰度级的函数，表示图像中具有每种灰度级的像素的个数。其个数。其横坐标是像素的灰度级别横坐标是像素的灰度级别（0 0到到255255），），纵坐标纵坐标是某灰度值出现的频率是某灰度值出现的频率（像素的个数）。（像素的个数）。P(rP(rK K)=n)=nk k/N,k=0,1,/N,k=0,1,L-1L-1N:N:图像中像素的总数图像中像素的总数.n nk k：第：第k k个灰度级的像素数个灰度级的像素数.第51页/共80页1234566432211664663456661466231364661234565456214图像灰度分布直方图图像灰度分布直方图灰度级别

44、灰度级别像像素素个个数数第52页/共80页灰度图像的直方图：灰度图像的直方图：多个峰值对应不同的灰度分布多个峰值对应不同的灰度分布：图像中较暗区域，对应灰度直方图中灰度级低的部分图像中较暗区域，对应灰度直方图中灰度级低的部分图像中较亮区域，对应灰度直方图灰度级高的部分图像中较亮区域，对应灰度直方图灰度级高的部分在低灰度级别和高灰度级别处出现明显的两个峰值说明在低灰度级别和高灰度级别处出现明显的两个峰值说明图像明暗分明。图像明暗分明。灰度级灰度级00黑色黑色灰度级灰度级255255白色白色第53页/共80页彩色图像的灰度直方图彩色图像的灰度直方图彩色图像的直方图由红、彩色图像的直方图由红、绿、蓝

45、三个颜色分量对应绿、蓝三个颜色分量对应的直方图表示。的直方图表示。第54页/共80页直方图虽然不能直接反映出图像内容，但对它直方图虽然不能直接反映出图像内容，但对它进行分析可以得出图像一些有用的特征，有些进行分析可以得出图像一些有用的特征，有些特征能反映出图像的质量，例如直方图能体现特征能反映出图像的质量，例如直方图能体现整幅图像的平均明暗和对比度特性整幅图像的平均明暗和对比度特性 。第55页/共80页图像偏暗图像偏暗图像偏亮图像偏亮所以，在处理图所以，在处理图像之前，可以根像之前，可以根据灰度直方图来据灰度直方图来选取处理手段选取处理手段第56页/共80页图像亮度与灰度直方图的关系图像亮度与

46、灰度直方图的关系 图像偏亮图像偏亮,直方图显示只在右边直方图显示只在右边,可能曝光过度可能曝光过度.图像偏暗图像偏暗,直方图显示在左边直方图显示在左边,可能曝光不足可能曝光不足.第57页/共80页图像对比度与灰度直方图的关系图像对比度与灰度直方图的关系 直方图覆盖了灰度级很宽直方图覆盖了灰度级很宽的范围的范围,而且像素分布均匀而且像素分布均匀,图像清晰图像清晰,对比度很好对比度很好.直方图窄直方图窄,集中于灰度级的集中于灰度级的中部中部,说明图像中的绝大部说明图像中的绝大部分像素点的灰度较为接近分像素点的灰度较为接近,不利于人眼的识别不利于人眼的识别,图像对图像对比度差比度差,不清晰好不清晰好

47、.对比度：对比度：亮度的最大值与最小值之比。亮度的最大值与最小值之比。第58页/共80页大多数象素的灰度集中在一大多数象素的灰度集中在一个狭小的灰度范围，动态范个狭小的灰度范围，动态范围较小，细节不清楚围较小，细节不清楚.各种灰度的象素个数各种灰度的象素个数分布的范围较宽，均分布的范围较宽，均匀，图像清晰明快匀，图像清晰明快.第59页/共80页动态范围均匀，图象清晰分明动态范围均匀，图象清晰分明动态范围小，细节不清楚动态范围小，细节不清楚第60页/共80页例例2.12.1，已知原始灰度图像，画出图像的灰度直方图。，已知原始灰度图像，画出图像的灰度直方图。图像的灰度直方图如下图所示图像的灰度直方

48、图如下图所示:第61页/共80页2.5.2 2.5.2 直方图的性质直方图的性质1.1.灰度直方图表征了图像的一维信息，不表示图像的空灰度直方图表征了图像的一维信息，不表示图像的空间信息，即图像所有的空间信息全部丢失了。间信息，即图像所有的空间信息全部丢失了。2.2.灰度直方图与图像之间的关系是多对一的映射关系。灰度直方图与图像之间的关系是多对一的映射关系。一幅图像可以唯一确定其直方图，但不同图像可能具有相一幅图像可以唯一确定其直方图，但不同图像可能具有相同的直方图。同的直方图。3.3.子图直方图之和为整图的直方图。子图直方图之和为整图的直方图。第62页/共80页 两幅图像中偏暗象素和偏亮象素

49、的个数均相同两幅图像中偏暗象素和偏亮象素的个数均相同由于直方图定义是灰度级上的象素个数，所以两幅图象的直由于直方图定义是灰度级上的象素个数，所以两幅图象的直方图完全相同，即无法从直方图本身看出象素的空间位置。方图完全相同，即无法从直方图本身看出象素的空间位置。任意特定的图象有唯一的直方图，反之并不成立。任意特定的图象有唯一的直方图，反之并不成立。第63页/共80页2.5.3 2.5.3 直方图的用途直方图的用途由于直方图反映了图像灰度的分布情况，因此，虽然由于直方图反映了图像灰度的分布情况，因此，虽然灰度直方图是一维信息，但是通常作为表征图像特性灰度直方图是一维信息，但是通常作为表征图像特性的

50、信息而在图像处理中起着非常重要的作用。可以说，的信息而在图像处理中起着非常重要的作用。可以说，从对图像的观察与分析，到对图像处理结果的评价，从对图像的观察与分析，到对图像处理结果的评价，都离不开直方图都离不开直方图 。第64页/共80页1.1.评价成像条件（数字化的参数）评价成像条件（数字化的参数）根据图像的灰度直方图，分析图像在成像过程根据图像的灰度直方图，分析图像在成像过程（数字化过程）中是否合理地使用了灰度动态范（数字化过程）中是否合理地使用了灰度动态范围。一幅图像应该利用全部或几乎全部可能的灰围。一幅图像应该利用全部或几乎全部可能的灰度级，否则等于增加了量化间隔。丢失的信息将度级，否则