数字图像处理及MATLAB实现杨杰电子教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

数字图像处理武汉理工大学 信息学院第1页第第2章章 数字图像处理基础数字图像处理基础(Basics Knowledge of Digital Image Processing)2.1人类视觉感知系统人类视觉感知系统(Visual System of Human Beings)2.2数字图像基础知识数字图像基础知识(Basics of Digital Image)第2页2.1人类视觉感知系统(Visual System of Human Beings)视觉是人类最高级感知器官，所以，毫无视觉是人类最高级感知器官，所以，毫无疑问图像在人类感知中饰演着主要角色。疑问图像在人类感知中饰演着主要角色。然而人类感知只限于电磁波谱视觉波段，然而人类感知只限于电磁波谱视觉波段，成像机器则能够覆盖几乎全部电磁波谱。成像机器则能够覆盖几乎全部电磁波谱。研究图像处理首先要了解人类视觉感知系研究图像处理首先要了解人类视觉感知系统。统。第3页2.1.1视觉系统基本结构视觉系统基本结构(Basic Structure of Visual System)基本结构基本结构 图图2.1 人眼横截面简图人眼横截面简图 第4页 图图2.2图像形成示意图图像形成示意图眼睛中图像形成眼睛中图像形成 第5页视觉过程视觉过程图图2.3人视觉过程流图人视觉过程流图第6页2.1.2亮度适应和判别亮度适应和判别(Intensity Adaption and Identification)图光光强度强度与主与主观亮观亮度关度关系曲系曲线线第7页Basic experimental setup used to characterize brightness discrimination图图2.5用于描述亮度区分特征基本试验用于描述亮度区分特征基本试验 第8页Typical Weber ratio as a function of intensity 图图2.6作为强度函数经典韦伯比作为强度函数经典韦伯比 第9页An example showing that perceived brightness is not a simple function of intensity.图图2.7马赫带效应示意图马赫带效应示意图 第10页Examples of simultaneous contrast.图图2.8同时对比现象示意图同时对比现象示意图All the inner squares have the same intensity,but they appear progressively darker as the background becomes lighter.第11页Some well-know optical illusions图图2.9视觉错觉图例视觉错觉图例(a)第12页optical illusions图图2.9视觉错觉图例视觉错觉图例(b)第13页optical illusions图图2.9视觉错觉图例视觉错觉图例(c)第14页2.2.1 图像数字化及表示图像数字化及表示(Image Digitalization and Representation)l图图像像有有单单色色与与彩彩色色、平平面面与与立立体体、静静止止与与动动态态、自自发发光光与反射（透射）等区分与反射（透射）等区分l 任任一一幅幅图图像像，依依据据它它光光强强度度(亮亮度度、密密度度或或灰灰度度)空空间间分分布，均能够用下面函数形式来表示布，均能够用下面函数形式来表示.第15页An example of the digital image acquistion process2.10 图像数字化图像数字化 第16页Sampling and Quantization（a）原图像）原图像 (b)取样取样 (c)量化量化 (d)取样和量取样和量化化2.11图像采样和量化图像采样和量化第17页Color images have 3 values per pixel;monochrome images have 1 value per pixel.红红，绿绿，蓝蓝三分量三分量强度强度分量分量2.12 彩色图像和单色图像彩色图像和单色图像第18页matrix数字图像能够用矩阵形式表示为：数字图像能够用矩阵形式表示为：第19页2.2.2 图像获取(Image Acquisition)图像获取即图像数字化过程，包含扫描、图像获取即图像数字化过程，包含扫描、采样和量化。采样和量化。图像获取设备由图像获取设备由5个部分组成：采样孔，扫个部分组成：采样孔，扫描机构，光传感器，量化器和输出存放体。描机构，光传感器，量化器和输出存放体。关键技术有：采样关键技术有：采样成像技术；量化成像技术；量化模数转换技术。模数转换技术。第20页Sampling图像采样图像采样 图图2.13 采样示意图采样示意图 第21页Sampling(a)正方形网格正方形网格 (b)正六角形网格正六角形网格 图图2.14 采样网格采样网格 第22页在抽样时，若横向像素数（列数）为在抽样时，若横向像素数（列数）为M，纵向像，纵向像素数（行数）为素数（行数）为N，则图像总像素数为，则图像总像素数为M*N个像个像素。素。普通来说，采样间隔越大，所得图像像素数越普通来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现马赛克少，空间分辨率低，质量差，严重时出现马赛克效应；效应；采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨采样间隔越小，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。率高，图像质量好，但数据量大。第23页Sampling图像采样图像采样图图2.15图像采样示例图像采样示例 第24页Quantization 图图2.16图像量化示例图像量化示例 图像量化图像量化第25页量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度量化等级越多，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；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，率低，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小但数据量小.第26页2.2.3 像素间基本关系像素间基本关系(Basic Relationships between Pixels)邻域邻域设为位于坐标处一个像素组成4邻域，用 表示。像素集用 表示 和 合起来称为 8邻域，用 表示。第27页连通性连通性 为了确定两个像素是否连通，必须确定它们是否相邻及它们灰度是否满足特定相同性准则（或者说，它们灰度值是否相等）。第28页令V是用于定义邻接性灰度值集合。考虑三种类型邻接性：（a）4邻接：假如q在 集中，含有v中数值两个像素p和q是4邻接。（b）8邻接：假如q在 集中，则含有中数值两个像素p和q是8邻接。（c）m邻接（混合邻接）：假如（）q在 集中，或者（）q在 中且集合 没有v值像素。则含有v值像素p和q是邻接。第29页距离 像素之间联络常与像素在空间靠近程度相关。像素在空间靠近程度能够用像素之间距离来度量。为测量距离需要定义距离度量函数。给定 三个像素，其坐标分别为 假如1）(当且仅当 )2）3)则 是距离函数或度量。第30页 和 之间欧式距离定义为：和 之间 距离（也叫城市街区距离）定义为：和 之间 距离（也叫棋盘距离）定义为：第31页2.2.4图像分类 图像有许各种分类方法，按照图像动态特征，能够分为静止图像和运动图像；按照图像色彩，能够分为灰度图像和彩色图像；按照图像维数，可分为二维图像，三维图像和多维图像。第32页位图 位图是经过许多像素点表示一幅图像，每个像素含有颜色属性和位置属性。位图分成以下四种：二值图像(binary images)、亮度图像(intensity images)、索引图像(indexed images)和RGB图像(RGB images)。第33页1.二值图像二值图像(binary images)二值图像只有黑白两种颜色，一个像素仅占1，0表示黑，1表示白，或相反。2.亮度图像亮度图像(intensity images)在亮度图像中，像素灰度级用8 表示，所以每个像素都是介于黑色和白色之间256（=256）种灰度中一个。第34页3.索引图像索引图像(indexed images)颜色是预先定义（索引颜色）。索引颜色图像最多只能显示256种颜色。4.RGB图像图像(RGB images)。“真彩色”是RGB颜色另一个叫法。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8，表示0到255之间不一样亮度值，这三个字节组合能够产生1670万种不一样颜色。第35页第36页