数字图像处理基础及文件格式.pptx

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1、人眼的机理简介人眼的机理与照相机类似：1.瞳孔：透明的角膜后是不透明的虹膜，虹膜中间的圆孔称为瞳孔，其直径可调节，从而控制进入人眼内之光通量 照相机光圈作用2.晶状体：瞳孔后是一扁球形弹性透明体，其曲率可调节，以改变焦距，使不同距离的图在视网膜上成像 照相机透镜作用第1页/共50页人眼的机理简介人眼的机理与照相机类似：3.视细胞：视网膜上集中了大量视细胞，分为两类：1）锥状细胞：明视细胞，在强光下检测亮度和颜色；2）杆(柱)状细胞：暗视细胞，在弱光下检测亮度，无色彩感觉。其中，每个锥状视细胞连接着一个视神经末梢，故分辨率高，分辨细节、颜色；多个杆状视细胞连接着一个视神经末梢，故分辨率低，仅分辨

2、图的轮廓。第2页/共50页锥状细胞将电磁光谱的可见光部分分为三个波段：红、绿、蓝。由于这个原因，这三种颜色被称为三基色（Primary ColorPrimary Color）红(red)(red)绿(green)(green)蓝蓝(blue)(blue)(blue)(blue)所有颜色都可看作是三种基本颜色按照不同的比例组合而成。人眼成像过程 视细胞受到光刺激产生电脉冲-视神经中枢-大脑成像.传递人眼的成像机理第3页/共50页人眼的亮度适应和鉴别人眼的亮度适应和鉴别眼睛对不同亮度之间的鉴别能力？第4页/共50页同时对比现象：第5页/共50页空间错觉：人带有主观经验性错觉。第6页/共50页空间错

3、觉：主观轮廓 第7页/共50页2.2 数字图像的采样与量化第8页/共50页 数字图像可以用一个离散量组成的矩阵g(i,j)（即二维数组）来表示。其中：矩阵中的每一个元素称为像元、像素或图像元素。而g(i,j)代表(i,j)点的灰度值，即亮度值。第9页/共50页 模拟图像 数字图像 正方形点阵 和正六边形 具体来说，就是把一幅图画分割成上图所示的一个个小区域（像元或像素），并将各小区域灰度用整数来表示，形成一幅数字图像。包括采样和量化过程。图像数字化过程：第10页/共50页 概念：采样：将空间上连续的图像变换成离散点的操作。采样点：用空间上部分点的灰度值代表图像的这些点。采样步骤：.先沿垂直方向

4、按一定间隔从上到下顺序地沿水平方向直线扫描，取出各水平线上灰度值的一维扫描。.再对一维扫描线信号按一定间隔采样得到离散信号。（水平方向采样）对于运动图像，需先在时间轴上采样，再沿垂直方向采样，最后沿水平方向采样由这三个步骤完成。采样采样第11页/共50页图2-2 采样示意图 对一幅图像采样时，若每行（即横向）像素为M个，每列（即纵向）像素为N个，则图像大小为MN 个像素。?采样第12页/共50页采样间隔选取 依据：由原图像中包含的细微的浓淡变化决定。取决于希望忠实反映图像的程度。一般图像中细节越多，采样间隔应越小。图像中细节越少，则采样间隔可以适当取大。采样第13页/共50页量化 原因：经采样

5、图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度是连续的，还不能用计算机进行处理。概念 量化：将像素灰度转换成离散的整数值的过程。灰度级数：一幅数字图像中不同灰度值的个数，用G G表示。量化第14页/共50页图2-3 量化示意图（a）量化；(b)量化为8 bit 图2-32-3（a a）说明了量化过程。若连续灰度值用z z来表示，对于满足ziziz zzizi+1+1的z z值，都量化为整数qiqi。qiqi称为像素的灰度值，z z与qiqi的差称为量化误差。量化图2-3量化示意图第15页/共50页 一般来说 ，g就是表示图像像素灰度值所需的比特位数(如bit或bit)。一幅大小为MNMN、灰度级数为G

6、 G的图像所需的存储空间，即图像的数据量，大小为 MNg(bitMNg(bit）黑白图像黑白图像 是指图像的每个像素只能是黑或白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。二值图像的像素值为0或1。例如量化第16页/共50页灰度图像灰度图像灰度图像是指每个像素由一个量化的灰度值来描述的图像。它不包含彩色信息。彩色图像 彩色图像是指每个像素由R、G、B三原色像素构成的图像，其中R、B、G是由不同的灰度级来描述的。量化第17页/共50页采样、量化参数与数字化图像间的关系采样、量化参数与数字化图像间的关系 数字化方式可分为均匀采样、量化和非均匀采样、量化。所谓“均匀”，指的是采样、量化为等间隔。图像数字化一

7、般采用均匀采样和均匀量化方式。非均匀采样是根据图像细节的丰富程度改变采样间距。细节丰富的地方，采样间距小，否则间距大。非均匀量化是对像素出现频度少的间隔大，而频度大的间隔小。（非等间隔量化）采用非均匀采样与量化，会使问题复杂化，因此很少采用。采样与量化第18页/共50页1、采样间隔（采样点）与图像的关系 一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应；采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。（a）原始图像(256256)；（b）采样图像1(128128)；（c）采样图像2(6464)；（d）采样图像3(323

8、2)；（e）采样图像4(1616)；（f）采样图像5(88)采样与量化图2-4第19页/共50页 分辨率不同 的图像比较第20页/共50页分辨率 640 x480第21页/共50页分辨率 320 x240第22页/共50页分辨率 160 x120第23页/共50页分辨率 80 x60第24页/共50页2 2、量化等级与图像关系图像的采样点数一定时：量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨率高，图像质量好，但数据量大；量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。采样与量化第25页/共50页图2-5 不同量化级别对图像质量的影响（a）原始图像(256级

9、)；（b）量化图像1(64级)；（c）量化图像2(32级)；（d）量化图像3(16级)；（e）量化图像4(4级)；（f）量化图像5(2级)采样与量化第26页/共50页3 3、采样和量化的一般原则 当限定数字图像的大小时,为了得到质量较好的图像可采用 （1 1）对缓变的图像，应该细量化，粗采样，以避免假轮廓。（2 2）对细节丰富的图像，应细采样，粗量化，以避免模糊（混叠）。对于彩色图像，是按照颜色成分红（R R）、绿（G G）、蓝（B B）分别采样和量化的。若各种颜色成分均按8 8 bitbit量化，即每种颜色量级别是256256，则可以处理256256256=16777216256256256

10、=16777216种颜色。采样与量化第27页/共50页2.3像素间的联系第28页/共50页2.3像素间的联系1、像素的邻域对于一个坐标为（x，y）的像素p，它可以有4个水平的或垂直的相近邻像素，它们的坐标分别是（x+1，y），（x-1，y），（x，y+1），（x，y-1），这些像素（用r表示）组成p的4-邻域N4（p），如图示：rrprr第29页/共50页2.3像素间的联系1、像素的邻域 对于一个坐标为（x，y）的像素p，它可以有4个对角的相近邻像素，它们的坐标分别是（x+1，y+1），（x+1，y-1），（x-1，y+1），（x-1，y-1），这些像素（用s表示）组成p的对角邻域ND（p），

11、如图示：sspss第30页/共50页2.3像素间的联系1、像素的邻域坐标为（x，y）的像素p的对角邻域像素ND（p）和像素p的4-邻域像素N4（p），一起组合在一起合称为像素p的8-邻域，记作N8（p），如图示：srsrprsrs第31页/共50页2.3像素间的联系2、像素间的邻接，连接和连通2.1、像素间的邻接和连接邻接：两个像素是否邻接就看它是否接触，一个像素和在它邻域中的像素是邻接的。邻接仅仅考虑了像素间的空间关系。srsrprsrs第32页/共50页2.3像素间的联系2、像素间的邻接，连接和连通2.1、像素间的邻接和连接连接：对两个像素，要确定它们是否连接，要考虑两点：空间上要邻接；灰

12、度值要满足某个特点的相似准则。11100101第33页/共50页2.3像素间的联系2、像素间的邻接，连接和连通 2.1、像素间的连通在像素连接的基础上，可以进一步讨论像素的连通。为讨论连通，先定义两个像素间的通路。从具有坐标（x，y）的像素p到坐标为（s，t）的像素q，他们之间的一条通路由一系列具有坐标（x0，y0），（x1，y1），（xn，yn）组成，且（xi，yi）和（xi-1，yi-1）相邻接。其中1in第34页/共50页 静态图像可分为：矢量(Vector)(Vector)图和位图(Bitmap)(Bitmap)，位图也称为栅格图像。矢量(Vector)图1 1、特点：用一系列绘图指令

13、来表示一幅图，如AutoCADAutoCAD中的绘图语句。2 2、本质:使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等，它们都是通过数学公式计算获得的，图像中每一个对象都是一个完整的公式。2.4数字图像类型第35页/共50页矢量图的优缺点:优点:(1).矢量图形文件较小。(2).图像质量与分辨率无关。矢量图形的是无论放大、缩小或旋转等都不会失真；缺点:(1)不易制作色调丰富或色彩变化太多的图像，而且绘出来的图像不是很逼真。(2)不易在不同的软件间交换文件。矢量图第36页/共50页矢量图制作常用软件 常 用 软 件：Corel Draw、Adobe Illust

14、rator、Freehand、AutoCAD等软件生成的图像均为矢量图.矢量图第37页/共50页 位图 一、特点：是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素具有颜色属性和位置属性。适合表现大量的图像细节，可以很好的反映明暗的变化、复杂的场景和颜色。优缺点和矢量图正好相反，它能表现逼真的图像效果，但是文件比较大，并且缩放时清晰度会降低并出现锯齿。位图矢量图位图第38页/共50页二、位图的类型1 1、线画稿（LineArt)LineArt)2 2、灰度图像(GrayScale)(GrayScale)3 3、索引颜色图像(Index Color)(Index Color)4 4、真彩色图像（True C

15、olorTrue Color）第39页/共50页 1.1.线画稿 线画稿只有黑白两种颜色，通常也称为“黑白艺术”、“位图艺术”、“一位元艺术”。线画稿适合于由黑白两色构成而没有灰度阴影的图像。图2-6所示是一幅线画稿图。图2-6 线画稿图第40页/共50页2.2.灰度图像 像素灰度级用8 bit表示，每个像素都是介于黑色和白色之间的256（28=256）种灰度中的一种。通常所说的黑白照片，其实包含了黑白之间的所有灰度色调。从技术上来说，就是具有从黑到白的256种灰度色域（Gamut）的单色图像。第41页/共50页3 3 索引图像索引图像把像素值直接作为索引颜色的序号。根据索引颜色的序号就可以找

16、到该像素的实际颜色。当把索引图像读入计算机时，索引颜色将被存储到调色板中。调色板是包含不同颜色的颜色表，每种颜色以红，绿，蓝三种颜色的组合来表示。调色板的单元个数是与图像的颜色数一致的。256256色图像有256256个索引颜色，相应的调色板就有256256个单元。第42页/共50页4.4.真彩色图像1 1、概念RGB颜色：大多数扫描仪都是以24位模式对图像进行采样，即可以从图像中采样出1670万种不同的颜色。用这种方式获得的颜色通常称为RGB颜色。真彩色：颜色深度为每像素24位的数字图像是目前所能获取、浏览和保存的颜色信息最丰富的彩色图像，由于它所表达的颜色远远超出了人眼所能辨别的范围，故将

17、其称为“真彩色”第43页/共50页2、区别从技术角度考虑，真彩色是指写到磁盘上的图像类型，而RGB颜色是指显示器的显示模式。RGB图像的颜色是非映射的，它可以从系统的“颜色表”里自由获取所需的颜色，这种图像文件里的颜色直接与PC机上的显示颜色相对应。3、说明在真彩色图像中，每一个像素由红、绿和蓝三个字节组成，每个字节为8bit，表示0到255之间的不同的亮度值，这三个字节组合可以产生1670万种不同的颜色。第44页/共50页位图的有关术语 1.1.像素（PixelPixel）、点（DotDot）和样点（SampleSample）在计算机图像处理中，像素、点和样点是在计算机上对不同阶段的图像进行

18、度量的称谓。像素：在计算机中，图像是由显示器上许多光点组成的，将显示在显示器上的这些点（光的单元）称为像素。不像“克”和“厘米”那样是绝对的度量单位，可大可小。点（DotDot）和样点（SampleSample）扫描仪将源图像看成由大量的网格组成，然后在每一个网格里取出一点，用该点的颜色值来代表这一网格里所有点的颜色值，这些被选中的点就是样点。第45页/共50页 2.分辨率 1）图像分辨率 图像分辨率：是指每英寸图像含有多少个点或像素，分辨率的单位为dpi。在数字图像中，分辨率的大小直接影响到图像的质量。图像尺寸分辨率文件大小2）屏幕分辨率 显示器上每单位长度显示的像素或点的数量称为屏幕分辨率

19、。通常以每英寸点数(dpi)(dpi)来表示。屏幕分辨率取决于显示器的大小及其像素设置。(VGA)(VGA)第46页/共50页 3）打印机分辨率 打印机分辨率又称输出分辨率，是指打印机输出图像时每英寸的点数(dpi)。打印机分辨率也决定了输出图像的质量。一般打印机的分辨率可达300 dpi，甚至720 dpi（需用特殊纸张）；由于超微细碳粉技术的成熟，新的激光打印机的分辨率可达6001200 dpi。第47页/共50页 4 4）扫描仪分辨率 扫描仪分辨率的表示方法与打印机相类似，一般也用dpi表示，不过这里的点是样点，与打印机的输出点是不同的。台式扫描仪的分辨率可以分为光学分辨率和输出分辨率。

20、光学分辨率是指扫描仪硬件所真正扫描到的图像分辨率，目前的产品，其光学分辨率可达8001200 dpi以上。输出分辨率是通过软件强化以及内插补点之后产生的分辨率，大约为光学分辨率的34倍。当见到号称分辨率高达4800 dpi或6400 dpi的扫描仪时，这一定指的是输出分辨率。第48页/共50页2.3 图像文件格式 数字图像有多种存储格式，每种格式一般由不同的开发商支持。因此，要进行图像处理，必须了解图像文件的格式，即图像文件的数据构成。图像的一般结构：包含有文件头、文件体和文件尾等三部分文件头：文件类型、文件制作者、制作时间、版本号、文件大小 软件ID、软件版本号、图像分辨率、图像尺寸、图像深 度、彩色类型、编码方式、压缩算法 文件体：图像数据、彩色变换表 文件尾：用户名、注释、开发日期、工作时间第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页