数字图像基础

数字图像处理的基础知识数字图像处理是一种以计算机为基础的处理图像的技术。

它的核心是数字信号处理技术，其中包括数字滤波、傅里叶变换、数字图像处理等等。

数字图像处理主要是针对图像进行数字信号处理和计算机算法处理，从而得到使图像更加美观、清晰，同时也可对其进行各种分析和处理。

数字图像处理的基础知识包括图像的获取、表示和处理。

在此，我们将分别阐述这些基础知识。

一、图像的获取图像的获取方式有很多种，包括摄影、扫描、数码相机等等。

这些方式都可以将图像转化为数字信号，以便于计算机的处理。

在数字相机中，传感器采集光线信息并将其转化为电信号，再经过模数转换后保存在内存卡中。

而在扫描仪中，可以通过光线照射样品，然后采集样品的反射信息，保存成数字图像的形式。

二、图像的表示图像可以用矩阵的形式进行表示，其中每个矩阵的元素都对应图像中的一个像素点。

这个像素值可以代表颜色、灰度和亮度等信息。

将图像信息存储成数字矩阵的方式称为栅格画。

在黑白影像中，每个像素点只有黑和白两种颜色，每个像素点都用1或0表示。

在彩色图像中，每个像素中则由红绿蓝三原色按一定比例混合而成的颜色值来表示，并用数值表示。

这些数值也可以是整数或浮点数等形式。

另外，还有图像的压缩技术。

图像压缩通常包括有损压缩和无损压缩。

有损压缩会使压缩的图像失去一些细节，但能帮助减少图像的尺寸。

无损压缩则不会丢失图像的任何信息。

常见的无损压缩格式为PNG、BMP、TIFF等，常见的有损压缩格式为JPEG、GIF等。

三、图像的处理图像的处理包括预处理、增强、分割、检测和识别等等。

其中预处理指图像的去噪、灰度平衡、色彩校正等，以利用后续处理。

增强指通过调整图像的对比度、亮度等等，使图像更加清晰、唯美。

分割技术可以将图像分为多个区域，每个区域有独特的特征。

例如，我们可以用分割技术将人体和背景分开。

检测技术用于在图像中找到我们感兴趣的点，例如在医学图像中检测肿瘤。

识别技术允许计算机对图像中的对象进行分类，例如人脸识别技术和指纹识别技术等等。

数字图像1 数字图像，又称数码图像或数位图像，是二维图像用有限数字数值像素的表示。

2 图像种类：二值图像(Binary Image): 图像中每个像素的亮度值(Intensity)仅可以取自0到1的图像。

灰度图像(Gray Scale Image)，也称为灰阶图像: 图像中每个像素可以由0(黑)到255(白)的亮度值表示。

0-255之间表示不同的灰度级。

彩色图像(Color Image)：每幅彩色图像是由三幅不同颜色的灰度图像组合而成，一个为红色，一个为绿色，另一个为蓝色。

伪彩色图像（false-color）multi-spectral thematic 立体图像(Stereo Image)：立体图像是一物体由不同角度拍摄的一对图像，通常情况下我们可以用立体像计算出图像的深度信息。

三维图像(3D Image):三维图像是由一组堆栈的二位图像组成。

每一幅图像表示该物体的一个横截面。

数字图像也用于表示在一个三维空间分布点的数据，例如计算机断层扫描（:en:tomographic，CT）设备生成的图像，在这种情况下，每个数据都称作一个体素。

3 图像显示目前比较流行的图像格式包括光栅图像格式BMP、GIF、JPEG、PNG等，以及矢量图像格式WMF、SVG等。

大多数浏览器都支持GIF、JPG以及PNG图像的直接显示。

SVG格式作为W3C的标准格式在网络上的应用越来越广。

4 图像校准：数字图像与看到的现象之间关系的知识，也就是几何和光度学或者传感器校准。

图像的基本属性亮度：也称为灰度，它是颜色的明暗变化，常用0 ％～100 ％( 由黑到白) 表示。

对比度：是画面黑与白的比值，也就是从黑到白的渐变层次。

比值越大，从黑到白的渐变层次就越多，从而色彩表现越丰富。

直方图：表示图像中具有每种灰度级的象素的个数，反映图像中每种灰度出现的频率。

图像在计算机中的存储形式，就像是有很多点组成一个矩阵，这些点按照行列整齐排列，每个点上的值就是图像的灰度值，直方图就是每种灰度在这个点矩阵中出现的次数。

数字图像基础1.1 数字图像及其类型1．图形与图像“图形”在英文中称为“graphic”，是一种说明性的视觉符号。

它是在特定思想意识支配下对某一个或多个元素组合的一种蓄意刻画，通过可视性的设计形态来表达创造性的意念，也就是给设计思想以形状，再通过视觉形象进行信息传递的载体。

图像是指各种图形和影像的总称。

可以说图像就是任意二维或三维景物呈现在人们心目中的影像，它代表客观世界中物体生动的图形表达，图像是通过不同的亮度和颜色来表现原景物的内容和相关信息的。

一幅图像在一定的光学条件下具有三大质量特征：即层次、色彩和清晰度。

文字和图形可以看成是图像的特例。

2．模拟图像对图像信息可采用光学、电子等模拟信号表示，称为模拟图像。

模拟图像能更直观地表现图像的信息和特征，也是印刷复制品的最终表现形式。

可以说模拟图像就是实物图像，是“看得见、摸得着”的图像，比如照片、照相底片、印刷品图片、画稿等。

3．数字图像数字图像是被数字化的、存储在磁记录介质上的、可以被显示、打印和进行其他输出的图像。

数字图像可以看成一个矩阵或一个二维数组，这是在计算机上表示的方式。

形象地说一幅数字图像就像纵横交错的棋盘，棋盘行和列的数目就表示图像的大小，我们说指纹图像大小是640×640，实际上就表示图像有640行和640列。

棋盘的格子就是图像的基本元素，称为像素。

每个像素一般都取0~255的整数，代表这个格子的亮度。

取值越大，则越亮，反之，则越暗。

正是或明或暗、密密麻麻的格子形成了在计算机上所见的指纹图像、人像和其他各种黑白图像。

图1.1.1是指纹图像在计算机上的数组表示，图1.1.2是指纹的“地形图”。

数字图像可以由许多不同的输入设备和技术生成，例如数码相机、扫描仪、坐标测量机等，也可以从任意的非图像数据合成得到，例如数学函数或者三维几何模型。

Photoshop CC述 2图1.1.1 指纹图像在计算机上的数组表示图1.1.2 指纹的“地形图”4．数字图像的类型1）矢量图矢量图是用一组指令集合来描述图形的内容，这些指令用来描述构成该图形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线和文字等图元的位置、维数、形状和其他一些特性。