当前位置：文档之家 › 天津科技大学---数字图像处理讲义第二章 数字图像处理的基本概念

天津科技大学---数字图像处理讲义第二章 数字图像处理的基本概念

  • 格式：pdf
  • 大小：798.32 KB
  • 文档页数：12

3
灰度图像的直方图
2.4图像灰度直方图
2.4.1 概念 一、定义
灰度直方图反映的是一幅图像中各灰度级像素出现 的频率。以灰度级为横坐标，纵坐标为灰度级的频率， 绘制频率同灰度级的关系图就是灰度直方图。它是图像 的一个重要特征，反映了图像灰度分布的情况。如图 2.4.1是一幅图像的灰度直方图。 频率的计算式为
扫描仪的类型有很多种，按扫描仪所扫描对象来 划分，可分为反射式和透射式两种。根据其组成结构， 扫描仪可分为手持式、平板式和滚筒式等几种。 手持式扫描仪 这种扫描仪诞生于1987年，是当年使用比较广泛 的扫描仪品种，最大扫描宽度为105mm，用手推动， 完成扫描工作，也有个别产品采用电动方式在纸面上 移动，称为自走式扫描仪。 手持式扫描仪扫描幅面太窄，难于操作和捕获精 确图像，扫描效果也很差。1995 ~1996年，各扫描仪 厂家相继停产了这一产品，使手持式扫描仪退出了历 史的舞台
( 2 .5 2 )
其计算表达式为：
图2.5.6
大局处理
JP(i, j ) G (G( IP(i, j )))
(2.5 3)
2.迭代处理
反复对图像进行某种运算直至满足给定的条件，从而得 到输出图像的处理形式称为迭代处理。如2.5.7图像的细 化处理过程。 3.跟踪处理 选择满足适当条件的像素作为起始像素，检查输入 图像和已得到的输出结果，求出下一步应该处理的像 素，进行规定的处理，然后决定是继续处理下面的像 素，还是终止处理。这种处理形式称为跟踪处理。 4.位置不变处理和位置可变处理 输出像素JP(i，j)的值的计算方法与像素的位置(i，j) 无关的处理称为位置不变处理或位移不变处理。 随位置不同计算方法也不同的处理称为位置可变处 理或位移可变处理。
v0=5/64 v1=12/64 v2=18/64 v3=8/64 v4=1/64 v5=5/64 v6=8/64 v7=5/64
vi
i
2.4.2 直方图的性质
①灰度直方图只能反映图像的灰度分布情况，而不能 反映图像像素的位置,即丢失了像素的位置信息。 ②一幅图像对应唯一的灰度直方图，反之不成立。不 同的图像可对应相同的直方图。图2.4.2给出了一个 不同的图像具有相同直方图的例子。
彩色图像的分波段直方图 二、计算 该图像像元总数为8*8=64, i=[0,7]
0 0 1 2 3 2 1 3 1 5 6 6 2 2 2 1 3 7 0 7 2 5 3 2 2 6 6 5 7 6 2 3 1 2 3 3 2 2 1 1 3 5 5 6 4 7 2 2 2 6 1 5 1 6 1 2 1 7 2 0 6 0 2 1
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。
2
2.3.4 数字化器
数字化器必须能够将图像划分为若干像素并分别给它们地 址，能够度量每一像素的灰度并量化为整数，能够将这些整数 写入存储设备。 一、数字化器组成 A．采样孔：保证单独观测特定的像素而不受其它部分的影响。 B．图像扫描机构：使采样孔按预先确定的方式在图像上移动。 C．光传感器：通过采样孔测量图像的每一个像素的亮度。 D．量化器：将传感器输出的连续量转化为整数值。 E．输出存储体：将像素灰度值存储起来。它可以是固态存储 器，或磁盘等。 常用的数字化器是扫描仪和数码相机。
2.3.2量化
经采样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。 将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫量化。一幅 数字图像中不同灰度值的个数称为灰度级数，用G表示。

采样确定空间分辨率

空间分辨率的定义：DPI＝Dots Per Inch=每英寸的点数 报纸的的分辨率为75 dpi, 杂志133 dpi, 精致书籍2400 dpi（外文）
2.4.3 直方图的应用
①用于判断图像量化是否恰当
(a) 恰当量化 围
(b)未能有效利用
(c)超过了动态范
图2.4.4直方图用于判断量化是否恰当
图2.4.2 不同的图像具有相同直方图 ③一幅图像分成多个区域，多个区域的直方图之和即 为原图像的直方图。
②用于确定图像二值化的阈值
0 f (x, y) T g(x, y) 1 f (x, y) T
二、扫描仪工作原理 扫描仪是图像输入设备。其工作步骤是: 1.将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上; 2.启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移 动光源通过机械传动机构在控制电路的控制下带动装着光 学系统和CCD的扫描头与图稿进行相对运动来完成扫描。 3.照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝 隙，形成横向光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚 焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的 RGB三条彩色光带，分别照到各自的CCD上，CCD将 RGB光带转变为模拟电子信号，该信号又被A/D变换器 转变为数字电子信号。 4. 将数字电子信号 传送至计算机存储起来。
项 目 空间分辨率 灰(色)度分 辨率 图像大小 量测特征 扫描速度 噪声 其他
图像数字化器的性能评价项目
内 容 单位尺寸能够采样的像素数。由采样孔径与间距的大 小和可变范围决定。 量化为多少等级(位深度),颜色数(色深度) 仪器允许扫描的最大图幅 数字化器所测量和量化的实际物理参数及精度 采样数据的传输速度 数字化器的噪声水平(应当使噪声小于图像内的反差) 黑白/彩色，价格,操作性能等
255 240 240 80 R 255 0 0 255 0
2.3.3 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。 图像数字化一般采用均匀采样和均匀量化方式。 非均匀采样是根据图象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。 采用非均匀采样与量化，会使问题复杂化，因此 很少采用。
6
2.6 图像的数据结构与特征
2.比特面方式
2.6.1 图像的数据结构
1.组合方式
解压 压缩 组合方式
图像处理
按比特位存取像素，即将所有像素的相同比特位用一 个二维数组表示，形成比特面。n个比特位的灰度图像采 用比特面方式存取就有n个比特面。这种结构能充分利用 内存空间，但对灰度图像处理耗时多。
鼓式扫描仪 又称为滚筒式扫描仪。鼓式扫描仪是专业印刷排版领域应 用最广泛的产品。 滚筒式扫描仪的结构特殊，它的工作原理是把原图贴放在 一个有机玻璃滚筒上，让滚筒以一定的速率围绕一个光电系统 旋转，探头中的亮光源发射出的光线通过细小的锥形光圈照射 在原图上，一个像素一个像素地进行采样。 这种扫描仪的光学分辨率高、 色深高、动态范围宽，而且输出的 图像普遍具有色彩还原逼真、阴影 区细节丰富、放大效果优良等特点。 但它的体积大，价格也很高。
1 0 0 I 0 0 1 1 1 0
32个灰度级
8个灰度级
4个灰度级
2个灰度级
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。
0 150 200 I 120 50 180 250 220 100
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。
2.3.1采样
将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样。 采样间隔和采样孔径的大小是两个很重要的参数。 当对图像进行实际的抽样时，怎样选择各抽样点的间 隔是个非常重要的问题。关于这一点，图像包含何种程度 的细微的浓淡变化，取决于希望忠实反映图像的程度。
采 样 确 定 空 间 分 辨 率 量 化 确 定 灰 度 分 辨 率
一般来说， G 2 g ，g就是表示图像像素灰度值所需的 比特位数。一幅大小为M×N、灰度级数为G的图像所需 的存储空间，即图像的数据量，大小为 M×N×g （bit） 黑白图像
128个灰度级
64个灰度级
16个灰度级
8个灰度级
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
2.5.2图像处理的几种具体算法
1.局部处理
邻域 对于任一像素（i，j），集合 {（i+p,j+q），p（a）。 常用的邻域如图2.5.2（b）、(c),分别表示中心 像素的 4-邻域、8-邻域。
2）多幅图像 →单幅图像, 如图2.5.1(b)。
2.3
第二章

图像数字化
采样和量化
数字图像处理的基本概念
图像数字化 图像的灰度直方图 数字图像处理算法的形式 图像的数据结构与图像文件格式 图像的特征 颜色及颜色模型

数字图像的采集过程：
2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
CCD 图像传感器 CMOS

空间上采样，亮度上量化

j )))
5
点处理
在局部处理中，当输出值JP(i,j)仅与IP(i,j)有关，则 称为点处理，如图2.5.5。
大局处理
在局部处理中，输出像素 JP(i,j)的值取决于输入图像 大范围或全部像素的值，这种 处理称为大局处理。如图２ 5.6。
图2.5.5 点处理
点处理的计算表达式为：
JP(i, j ) p ( IP(i, j ))
3）单（或多）幅图像→ 数字或符号等,如图2.5.1(c)。
例如 对一幅图象采用3×3模板进行卷积运算。
局部处理 对输入图像IP（i,j）处理时，某一输出像素JP(i,j)值 由输入图像像素（i,j)及其邻域N(i,j)中的像素值确定。这 种处理称为局部处理。
JP(i, j ) N ( N ( IP(i, 局部处理的计算表达式为

合集下载

2-第2章-图像处理基础(第二版)课件

2-第2章-图像处理基础(第二版)课件


1,0)
f (M 1,1)
f (0, N 1)
f (1, N 1)
f (M 1, N 1)
(2.7)
二、数字图像的表示
其中:
每个(x,y)对应数字图像中的一个基本单元，称
其为图像元素(picture element)，简称为像素
（pixel）；且一般取M、N和灰度级L为2的整次幂，
即：
M=2m
在景物大小不变的情况下，采样的空间分辨率 越高，获得的图像阵列M×N就越大；反之，采样的 空间分辨率越低，获得的图像阵列M×N就越小。
在空间分辨率不变的情况下，图像阵列M×N越 大，图像的尺寸就越大；反之，图像阵列M×N越小， 图像的尺寸就越小。
一、空间分辨率和灰度级分辨率
2、灰度分辨率
灰度级分辨率是指在灰度级别中可分辨的最小变 化，通常把灰度级级数 L 称为图像的灰度级分辨率。
对于消色光图像(有些文献称其为单色光图像)，
f(x,y)表示图像在坐标点(x,y)的灰度值l，且：
l=f(x,y)
(2.5)
这种只有灰度属性没有彩色属性的图像称为灰
度图像。
由式(2.4)，显然有：
Lmin≤l≤Lmxa
(2.6)
区间[Lmn的值为0，Lmax=L-1。这样
1 0 0 I 0 0 1
1 1 0
注意：黑白图像一定是2值图像，但2值图像不一定 是0-黑和1-白两种值。
二、数字图像的表示
4、不同类别数字图像的表示
2）灰度图像（式（2.11） 中当k=8时） 是指图像中每个像素的信息是一个量化了的灰 度级的值，没有彩色信息。
0 150 200 I 120 50 180
◆人眼对从亮突变到暗环境的适应能力称为暗适应性。 ◆人眼对亮度变化跟踪滞后的性质称为视觉惰性（或短
天津科技大学《数字图像处理》期末考试复习资料

天津科技大学《数字图像处理》期末考试复习资料

天津科技大学《数字图像处理》期末考试复习资料第一章绪论1、掌握图像的表示方法；数字图像=坐标和灰度离散化的图像可以表示为一个二维函数f(x,y),其中x∈N和y∈N表示空间(平面)坐标,而在坐标(x,y)处的幅值f∈N称为图像在该处的灰度(gray level)或强度(intensity)。

图像有高度H、宽度W和灰度级(字节)。

1)数字图像可以用矩阵(Matrix)表示：2)数字图像也可以用向量(Vector)表示：2、掌握图像处理的三个层次，掌握数字图像处理系统的构成框图（包括各部分作用）；3、了解图像处理的内容、图像处理的主要应用。

图像处理的内容：图像的数字化、图像变换、图像增强、图像的恢复与重建、图像压缩与编码、图像分割。

图像处理的应用：生物医学、遥感、工业、军事、电信、公安等领域有着广泛的应用第二章数字图像处理的基本概念1、掌握图象数字化过程及数字化参数的选择及对图像影响，以及影响图像分辨率的因素；掌握空间分辩率、灰度分辩率的定义及区别、计算。

掌握黑白图像、灰度图像、彩色图像的表示形式。

数字图像化的过程：采样、量化数字化参数的选择及对图像影响：（1）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。

（2）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。

影响图像分辨率的因素：空间分辨率：定义：DPI＝Dots Per Inch=每英寸的点数报纸的的分辨率为75dpi,杂志133dpi,精致书籍2400dpi（外文）；单位尺寸能够采样的像素数。

由采样孔径与间距的大小和可变范围决定。

灰度分辨率：the smallest discernible change in gray level量化灰度所用的bit数。

第二章数字图像处理的基本概念PPT课件

第二章数字图像处理的基本概念PPT课件

bMNQ
字节数B为
BMNQ (Byt)e 8
对一幅图像，当量化级数Q一定时，采样点数M×N对图像 质量有着显著的影响。如下图：采样点数越多，图像质量越好； 当采样点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显。
（a）原始图像(256×256)（b）采样图像1(128×128)（c） 采样图像2(64×64) （d）采样图像3(32×32) （e）采样图像4(16×16)（f） 采样图像5(8×8)
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。采样间隔的大小选取要依据原图
像中包含的细微浓淡变化来决定。一般图像中细节越多，采样
间隔应越小。根据一维采样定理，若一维信号g(t)的最大频率为
ω， 以T≤1/2ω为间隔进行采样，则能够根据采样结果g(iT) (i=…,
-1, 0, 1， …)完全恢复g(t)， 即
➢沿垂直方向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。
➢对于运动图像（即时间域上的连续图像），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。
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M×N个像素。
一般当限定数字图像的大小时, 为了得到质量较好的图像可
（1） 对缓变的图像， 应该细量化， 粗采样， 以避免假轮廓。
（2） 对细节丰富的图像， 应细采样， 粗量化， 以避免模糊 （混叠）。
第二章 数字图像处理的基本概念
2.1人眼的视觉原理
2.1.1人眼的构造
2.1.2图像的形成
人眼对场景可见光能量在视网膜上形成的一种刺激，通过人脑对刺 激信号的处理，获取场景的描述和感知。
数字图像处理系统导论章 (2)

数字图像处理系统导论章 (2)

因为 红色 + 绿色 + 蓝色 =
所以 白色－蓝色 = 红色+绿色 =
总之，RGB 颜色模型与 CMYK 颜色模型是分别利用了主动 发光与被动发光的原理而建立起来的。
第二章 数字图像处理的基础知识
例如，各种五颜六色的染料在漆黑的屋里都是漆黑的一片。 CMYK颜色模型主要用于印刷、染料混合等行业。实际上，减色 模型也是相加，只是对于我们的眼睛来说，每增加任何一个 CMY元素，就会多吸收一道光谱。所以，就叫减色混合。
的接口给出颜色板中HSV参数选择。从指定一种纯色彩开始，
即指定色彩角H，且V=S=1，通过将白色或黑色加入到纯色彩中 来描述所要的颜色。增加黑色，减小V，而S保持不变。要得到 深蓝色，V=0.4，S=1，且H＝240°。将白色加进所选色彩中时， 参数S减小而V保持不变。浅蓝色用S=0.3，V=1，且H=240°来 设定。添加一些黑色和白色，则同时减小V和S。
·线上标明的数字表示ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位置所对应单色光的主波长，波长从 390～760 nm。 ·D65点对应于亮白色位置，其色度坐标近似但不等于(1/3，1/3， 1/3)。 ·连接红色的紫色光谱点的直线称为紫色线，它不属于光谱。
在三基色混色系统中，连接RGB构成的三角形，称为颜色三角 形。三角形内所包含的颜色区域，表示这三基色按适当比例混合 可得到的全部光谱色。三点的颜色范围是该三点连成的三角形。 图中不可能有一个三角形能包含所有颜色，也就是说，没有一个 三基色组可以通过加色混合生成所有颜色。
第二章 数字图像处理的基础知识
1. CIE 1931
国际照明委员会(CIE)于1931年定义了XYZ颜色模型。色度 图中, X轴色度坐标相当于红基色的比例, Y轴色度坐标相当于 绿基色的比例。图中没有Z轴色度坐标(即蓝基色所占 的比例)，因为比例系数X＋Y＋Z＝1，所以Z的坐标值可以推算 出来，即1－(X＋Y)＝Z。