数字图像处理ch02(MATLAB).ppt

第二章 数字图象基础,*,视觉的空间特性,1.,人眼的视觉特性,人眼的空间分辨能力为1,视觉的时间特性,活动图象的帧频至少是15帧/,s,的时候，人眼才有图象连贯的感觉,灰度分辨能力大约64级,2025/10/14 周二,1,第二章 数字图象基础,imagesc(1:10);,colormap(gray);,imagesc(1:128);,2025/10/14 周二,2,第二章 数字图象基础,形状感觉与错觉,2025/10/14 周二,3,第二章 数字图象基础,3.,图象感知和获取,单个传感器,带状传感器,传感器阵列,2025/10/14 周二,6,第二章 数字图象基础,2025/10/14 周二,7,第二章 数字图象基础,2025/10/14 周二,8,第二章 数字图象基础,2025/10/14 周二,9,第二章 数字图象基础,4.,图象的数字化,数字化,(,digitizing-,scanning,sampling and,quantization,),如图，不妨设所考虑的图象是长方形的。为了讨论方便起见，在图象,“象,场,”,里取一个直角坐标原点,O,建立直角坐标系,xOy,则图象可以用一个二元函数来表示：,z=f,(,x,y,)。,z,表示象场里(,x,y,),点的“图象属性值”。,不妨设三个变量的取值范围为：，对于变量,z,来说，情况复杂一些。这主要牵扯到图象的颜色问题。如果图象是“只有灰度深浅”的图象，则可以把,z,的取值范围限定在一定的实数范围内，不失一般性，令 。,2025/10/14 周二,10,第二章 数字图象基础,x,y,O,木星,2025/10/14 周二,11,第二章 数字图象基础,x,y,O,木星,2025/10/14 周二,12,第二章 数字图象基础,x,y,O,z=f,(,x,y,),x=,0,1,N,-1;y=0,1,M,-1;z=0,1,L,-1,对,x,y,z,进行离散化，则全部抽样值共同构成一个离散函数，不妨还用,z,=,f,(,x,y,),来表示。,采样，量化，编码,图一,2025/10/14 周二,13,第二章 数字图象基础,采样（等距离采样）,将0,a,分成,N,等份:,0,b,分成,M,等份:,在每个小区域,中取一个代表值（不妨,设为 ），令,2025/10/14 周二,14,第二章 数字图象基础,量化（整量化）,将0,c,分成,L,等份:,令,为方便起见，不妨令,称,f,(,i,j,),是图象,f,(,x,y,),的数字(化)图象,2025/10/14 周二,15,第二章 数字图象基础,编码,一般，采样量化以后，需要对所得数据先进行,PCM,编码（脉码调制）,灰度级,:,表示象素明暗程度的整数量称为灰度级。,层次,(,灰度级数,),:,表示灰度级的数量。,像素,:(,pixel-picture element,）,图象的最小信息单,位，通常是一个整数，其大小称为像素值。,图幅参数：,图象采样密度，通常用“行数,列数”表示,基本概念,2025/10/14 周二,16,第二章 数字图象基础,1）图像分辨率：,指组成一幅图像的像素密度，也就是图幅参数。对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真。相反，图像显得越粗糙。,(,线对,空间分辨率,灰度级分辨率,),2）,显示分辨率,：,指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显示分辨率为640480表示显示屏分成480行，每行显示640个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。,3）,像素深度,：,指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的分辨率。,分辨率,2025/10/14 周二,17,第二章 数字图象基础,图1的某个局部的数据,114 115 114 113 114 116 117 114 109 107,107 107 107 106 107 108 114 112 109 108,107 108 107 107 108 110 111 110 109 111,110 111 110 110 112 113 109 109 111 114,106 107 107 107 109 110 106 107 108 111,104 106 106 106 108 109 104 103 104 106,105 106 106 107 109 110 107 105 103 103,102 103 104 104 106 108 112 108 105 104,95 98 103 104 99 92 97 96 95 96,2025/10/14 周二,18,第二章 数字图象基础,一个,Matlab,程序示例,如下信息是通过,matlab,语言，读出的某图象的信息,Filename:c:A.,jpg,FileModDate,:13-Dec-2001 01:56:14,FileSize,:25076,Format:,jpg,FormatVersion,:,Width:593,Height:418,BitDepth,:24,ColorType,:,truecolor,FormatSignature,:,2025/10/14 周二,19,第二章 数字图象基础,数字图象种类,黑白图象,：,图像只有明暗程度的变化而没有色彩的变化，,最简单的是二值图象，只有两种灰度；,伪彩色图像,：,是指经过伪彩色处理而形成的彩色图象。其像素,值是所谓的索引值，是按照灰度值进行彩色指定,的结果，其色彩并不一定忠实于外界景物的真实色彩；,假彩色图象,：,是指遥感多波段图象合成的彩色图象；,真彩色图象,：,是忠实于外界景色的色彩的图象，,其像素一般是颜色的真实值。,静止图象,：,图象的内容不随时间变化。,活动图象,：,前一帧和后一帧的图象内容随时间发生变化。,矢量图象：,由描述像素点阵的一组数据刻画的图象。,点阵图象（位图）,：,由像素点阵所组成的图象。,2025/10/14 周二,20,第二章 数字图象基础,黑白图象,二值图象,2025/10/14 周二,21,第二章 数字图象基础,伪彩色图象,伪彩色,伪彩色图象的含义是，每个象素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把象素值当作彩色查找表,CLUT(color look-up table),的表项入口地址，去查找一个显示图象时使用的,R、G、B,强度值，用查找出的,R、G、B,强度值产生的彩色称为伪彩色。,彩色查找表,CLUT(color look up table),是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号。例如16种颜色的查找表，0号索引对应黑色，.，15号索引对应白色。,2025/10/14 周二,22,第二章 数字图象基础,假彩色图象,对多光谱图象进行处理得到的图象,2025/10/14 周二,23,第二章 数字图象基础,真彩色图象,2025/10/14 周二,24,第二章 数字图象基础,此图来源于：清华大学，计算机科学与技术系，智能技术与系统国家重点实验室，林福宗,（图象中的像素值的内容不一样）,2025/10/14 周二,25,第二章 数字图象基础,点阵图像与矢量图象,2025/10/14 周二,26第二章 数字图象基础,活动图象（以上各种图象称做静止图象，,MPEG,格式）,此活动图象来自回归97网,周二,27,第二章 数字图象基础,马拉多纳的世纪进球（来源不详，,MPG,格式）,2025/10/14 周二,28,第二章 数字图象基础,的一个实例,2025/10/14 周二,29,第二章 数字图象基础,放大和收缩数字图象,放大过采样,收缩欠采样,核心问题：,新像素的位置？新位置上的像素灰度值？,）实数倍与整数倍放大,）最近领域内插,(0,阶插值,),）像素复制,）双线性内插,(1,阶插值,),2025/10/14 周二,30,第二章 数字图象基础,最近领域内插,(0,阶插值,),1.a放大倍数,原图象,f(x,y),的图幅参数为,m*n,2.,令,M=am,N=an,3.,令,g(i,j)=f(x,y),(x,y):abs(i-ax)=min,abs(j-ay)=min,像素复制,1.a=,整数,原图象,f(x,y),的图幅参数为,m*n,2.,令,M=am,N=an,3.,令,g(i,j)=f(x,y),(x,y):I a=x,ja=y,2025/10/14 周二,31,第二章 数字图象基础,令,f,(x,y),在单位正方形顶点的值已知,可通过如下的双线性插值得到正方形内任意点的值,.,设,双线性方程,为,双线性内插,(1,阶插值,),注,:,此处的,(x,y),是归一化坐标,2025/10/14 周二,32,第二章 数字图象基础,邻域：在一定意义下，与该像素相邻的像素的集合,O,O,O,O,*,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,*,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,*,O,O,3,3,邻域,5,5邻域,O,O,O,O,*,O,O,O,O,4邻域,N,4,(p),8邻域,N,8,(p),3,3,邻域=(,x+1,y),(x,y+1),(x-1,y),(x,y-1),5.,像素间的相邻关系,N,D,(p)=N,8,(p)-N,4,(p):,对角邻域,2025/10/14 周二,33,第二章 数字图象基础,4邻接,设,V,是邻接性的像素集合,.,前提,:p,q,都取,V,中值,q,N,4,(p),8,邻接,q,N,8,(p),m,邻接,(,混合邻接,),q,N,4,(p),q,N,D,(p),且,N,4,(p),N,4,(q),无,V,值像素,q,N,4,(p),2025/10/14 周二,34,第二章 数字图象基础,通路,4,通路,8,通路,m,通路,闭合通路,p,q,是连通的,连通分支,连通集,(,是针对一个由像素组成的集合而言,),区域的边界,(,边缘,轮廓,:,区域中的特殊像素的集合,),(,连通集叫区域,),2025/10/14 周二,35,第二章 数字图象基础,距离度量,欧氏距离：,De,(p,q)=(x-s),2,+(y-t),2,1/2,D,4,距离：,D,4,(p,q)=|x-s|+|y-t|,D,4,距离：,D,8,(p,q)=max|x-s|,|y-t|,p=(x,y),q=(s,t),习题,:D8=De=D4?,2025/10/14 周二,36,第二章 数字图象基础,基于像素的操作,线性和非线性操作,H,(af+bg)=a,H,(f)+b,H,(g),2025/10/14 周二,37,第二章 数字图象基础,6.,图象文件的存储格式,在计算机中，数据是以文件的形式存放在存储器中的，图像数据也不例外。,图像文件是采用特定数据结构表示图象数据的文件，这种特定格式，就是该图象文件的格式。,现在已有几十种常用的图像文件格式，它们是由计算机软件技术公司、计算机设备制造厂商等研究制订的，主要目的是为了图象信息交换和操作的方便性。,2025/10/14 周二,38,第二章 数字图象基础,图像文件一般由,文件头、色调数据和像素数据,三部分组成。,文件头,文件头用于存放图像的特征参数及其存放位置和文字注解等。它有固定格式及灵活格式两大类。,前者如,PCX,、,BMP,等，它们存储规定的参数，且数据在文件中的存放位置是固定的；后者如,TIF,文件格式，文件中除了规定的参数外，还可自行定义特征参数，数据在文件中的存放位置也不固定，且同一文件中可存放多幅图像。,2025/10/14 周二,39,第二章 数字图象基础,色调数据,色调数据是指16色和256色彩色显示模式下的调色板数据，真彩色图像则不需要色调,数据。有些图像文件格式中色调数据放在文件头中。,像素数据,像素数据以位图的形式存放，有压缩、不压缩之分，压缩数据可以节省存储容量，但在存取时需进行压缩和解压缩处理，处理速度稍慢些。不压缩的像素数据在不同格式的图像文件中的存储结构基本相同，与显示存储器中的存放形式相似。常用的压缩方法为行程编码、霍夫曼编码和,LZW,压缩编码等。,2025/10/14 周二,40,第二章 数字图象基础,例.,BMP,图象文件格式,BMP,位图文件可看成由4个部分组成：位图文件头(,bitmap-file header)、,位图信息头(,bitmap-information header)、,彩色表(,color table),和定义位图的字节阵列，它具有如下所示的形式。,位图文件的组成,结构名称,符号,位图文件头,(bitmap-file header),BITMAPFILEHEADER(14B),bmfh,位图信息头,(bitmap-information header),BITMAPINFOHEADER(40B),bmih,彩色表,(color table),RGBQUAD,aColors,图象数据阵列字节,BYTE,aBitmapBits,2025/10/14 周二,41,第二章 数字图象基础,struct BMP_FILE,struct BITMAPFILEHEADER bitmapfileHead;,struct BITMAPINFO bitmapinfo;,BYTE bitmap;,;,2025/10/14 周二,42,第二章 数字图象基础,typedef struct,UINT bfType;DWORD bfSize;UINT bfReserved1;UINT bfReserved2;DWORD bfOffBits;,BITMAPFILEHEADER;,typedef struct,BITMAPINFOHEADER bmiHeader;,RGBQUAD bmiColorsn;,BITMAPINFO;,typedef struct,DWORD biSize;,LONG biWidth;,LONG biHeight;,WORD biPlanes;,WORD biBitCount;,DWORD biCompression;,DWORD biSizeImage;,LONG biXPelsPerMeter;,LONG biYPelsPerMeter;,DWORD biClrUsed;,DWORD biClrImportant;,BITMAPINFOHEADER;,typedef struct,BYTE rgbBlue;BYTE rgbGreen;,BYTE rgbRed;,BYTE rgbReserved;RGBQUAD;,2025/10/14 周二,43,第二章 数字图象基础,int loadBMP(char*file,char image)/*8,位无压缩的灰度值,BMP*/,struct BMP_BITMAPFILEHEADER filehead;,struct BMP_BITMAPINFOHEADER bmi;,FILE*fp;,fp=fopen(file,rb);/*,打开图像文件*,/,if(fp!=NULL),fread(/*,读位图文件头*,/,fread(/*,读位图信息头*,/,/*,以下取出图像参数*,/,if(bmi.biCompression=0),fseek(fp,filehead.biOffBits,SEEK_SET);,for(i=1;i bmi.biWidth;i+),for(j=0;j bmi.biHeight;j+),fread(imageij,1,1,fp);/*,读像素数据到,image*/,fclose(fp);/*,关闭图像文件*,/,return(1);,注,:,以上程序,只具有参考价值,.,2025/10/14 周二,44,第二章 数字图象基础,总结,本章探讨了数字图象的基本概念，数字化、像素相邻关系，图像文件格式等，是图象处理的基础,2025/10/14 周二,45,第二章 数字图象基础,实验准备,1熟悉,Matlab(,参见实验指导），或,2熟练运用某种编程工具语言提供的图象操作方法,实验内容：,1认识数字图象,2编写程序，实现图象任意角度的旋转（注意精度）,3,编写程序，实现图象的“无级”放大,实验,（,选一）,2025/10/14 周二,46,第二章 数字图象基础,作业,：,2.5(,思考题，选作）,2.9,2.11,2.12,（选作）,2.16,2.19,2.20(,思考题，选作）,2025/10/14 周二,47,第二章 数字图象基础,回答问题,2025/10/14 周二,48,第二章 数字图象基础,