2 圖像獲取(1)

1、1第二章第二章 圖像獲取圖像獲取 (圖像數(shù)字化，預(yù)備知識圖像數(shù)字化，預(yù)備知識)2 數(shù)字圖像處理的三個層次數(shù)字圖像處理的三個層次 低級低級圖像處理圖像處理 內(nèi)容內(nèi)容：主要對圖象進(jìn)行各種加工以改善圖象的視覺效果、或突出有用信息，并為自動識別打基礎(chǔ)，或通過編碼以減少對其所需存儲空間、傳輸時間或傳輸帶寬的要求。 特點特點：輸入是圖像，輸出也是圖像，即圖象之間進(jìn)行的變換。 3 低級圖像處理實例（圖像增強）4 中級中級圖像處理圖像處理 內(nèi)容內(nèi)容：主要對圖象中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測（或分割）和測量，以獲得它們的客觀信息從而建立對圖象的描述。 特點特點：輸入是圖象，輸出是數(shù)據(jù)。 中級圖像處理實例（圖像分割）5

2、高級高級圖像處理圖像處理 內(nèi)容：內(nèi)容：在中級圖像處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究圖象中各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間相互的聯(lián)系，并得出對圖象內(nèi)容含義的理解（對象識別）及對原來客觀場景的解釋（計算機視覺），從而指導(dǎo)和規(guī)劃行動。 特點特點：以客觀世界為中心，借助知識、經(jīng)驗等來把握整個客觀世界。 “輸入是數(shù)據(jù)，輸出是理解”高級圖像處理實例（圖像識別）6人眼構(gòu)造簡介水晶體虹膜角膜瞳孔視神經(jīng)盲點視網(wǎng)膜黃斑區(qū)睫狀小帶7人眼的機理簡介v人眼的機理與照相機類似：人眼的機理與照相機類似： 1、瞳孔瞳孔：透明的角膜后是不透明的虹膜，虹膜中：透明的角膜后是不透明的虹膜，虹膜中間的圓孔稱為瞳孔，其直徑可調(diào)節(jié)，從而控制進(jìn)間的圓孔稱為瞳

3、孔，其直徑可調(diào)節(jié)，從而控制進(jìn)入人眼內(nèi)之光通量入人眼內(nèi)之光通量 照相機光圈作用照相機光圈作用 2、晶狀體晶狀體：瞳孔后是一扁球形彈性透明體，其曲：瞳孔后是一扁球形彈性透明體，其曲率可調(diào)節(jié)，以改變焦距，使不同距離的圖在視網(wǎng)率可調(diào)節(jié)，以改變焦距，使不同距離的圖在視網(wǎng)膜上成像膜上成像 照相機透鏡作用照相機透鏡作用8人眼的機理簡介v人眼的機理與照相機類似：人眼的機理與照相機類似： 3、視細(xì)胞視細(xì)胞：視網(wǎng)膜上集中了大量視細(xì)胞，分為兩類：視網(wǎng)膜上集中了大量視細(xì)胞，分為兩類： v1） 錐狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞：明視細(xì)胞，在強光下檢測亮度和顏色；：明視細(xì)胞，在強光下檢測亮度和顏色； v2） 桿桿(柱柱)狀細(xì)胞狀細(xì)胞：暗

4、視細(xì)胞，在弱光下檢測亮度，無：暗視細(xì)胞，在弱光下檢測亮度，無色彩感覺。色彩感覺。 v其中，每個錐狀視細(xì)胞連接著一個視神經(jīng)末梢，故分辨其中，每個錐狀視細(xì)胞連接著一個視神經(jīng)末梢，故分辨率高，分辨細(xì)節(jié)、顏色；多個桿狀視細(xì)胞連接著一個視率高，分辨細(xì)節(jié)、顏色；多個桿狀視細(xì)胞連接著一個視神經(jīng)末梢，故分辨率低，神經(jīng)末梢，故分辨率低，僅分辨圖的輪廓。僅分辨圖的輪廓。9v錐狀細(xì)胞將電磁光譜的可見光部分分為三個波段：錐狀細(xì)胞將電磁光譜的可見光部分分為三個波段：紅、綠、藍(lán)。由于這個原因，這三種顏色被稱為紅、綠、藍(lán)。由于這個原因，這三種顏色被稱為三三基色基色（Primary ColorPrimary Color） 紅

5、紅(red)(red) 綠綠(green)(green) v所有顏色都可看作是三種基本顏色按照不同的比例所有顏色都可看作是三種基本顏色按照不同的比例組合而成。組合而成。v人眼成像過程人眼成像過程 視細(xì)胞受到光刺激產(chǎn)生電脈沖視細(xì)胞受到光刺激產(chǎn)生電脈沖- 視神經(jīng)視神經(jīng)中樞中樞-大腦成像大腦成像. .傳遞傳遞人眼的成像機理人眼的成像機理10 我們?nèi)粘Ｉ钪幸姷降膱D像一般是連續(xù)形式的模擬圖我們?nèi)粘Ｉ钪幸姷降膱D像一般是連續(xù)形式的模擬圖像，所以數(shù)字圖像處理的一個先決條件就是將像，所以數(shù)字圖像處理的一個先決條件就是將連續(xù)圖像離連續(xù)圖像離散化，轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像散化，轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。 （1）圖像數(shù)字化圖像數(shù)字化

6、：將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用：將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。數(shù)字表示的圖像。圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化包括包括采樣采樣和和量化量化兩個過程。兩個過程。 （2）采樣采樣：是將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣：是將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點（即像素）集的操作。即：點（即像素）集的操作。即：空間坐標(biāo)的離散化空間坐標(biāo)的離散化。 （3）量化量化：把采樣后所得的各像素的灰度值從模擬量到：把采樣后所得的各像素的灰度值從模擬量到離散量的轉(zhuǎn)換稱為圖像灰度的量化。即：離散量的轉(zhuǎn)換稱為圖像灰度的量化。即：灰度的離散化灰度的離散化。11 數(shù)字化數(shù)字化是由模擬照片到數(shù)字圖像的過程。是由

7、模擬照片到數(shù)字圖像的過程。 設(shè)設(shè)連續(xù)圖像連續(xù)圖像f(x, y)經(jīng)數(shù)字化后，可以用一個離散量組成經(jīng)數(shù)字化后，可以用一個離散量組成的的矩陣矩陣g (i, j)（即（即二維數(shù)組二維數(shù)組）來表示。）來表示。12 矩陣中的每一個元素矩陣中的每一個元素(i, j)稱為稱為像元、像素或圖像元素像元、像素或圖像元素。而。而 (i, j)代表代表(i, j)點的點的灰度值灰度值，即，即亮度值亮度值。以上數(shù)字化有以下幾點說明：。以上數(shù)字化有以下幾點說明： （1）由于）由于 (i, j)代表該點圖像的光強度，而光是能量的一種行代表該點圖像的光強度，而光是能量的一種行式，故式，故 (i, j)必須大于零，且為有限值，

8、即：必須大于零，且為有限值，即： 0 (i, j)。 -=) 1, 1() 1 , 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()0 , 0(),(nmfmfmfnfffnfffjig13 （2） 數(shù)字化數(shù)字化采樣采樣一般是按一般是按正方形點陣正方形點陣取樣的，取樣的， 除此之外還有除此之外還有三角形點陣、正六角形點陣取樣。如圖三角形點陣、正六角形點陣取樣。如圖1所示。所示。 14圖1 采樣網(wǎng)格 (a) 正方形網(wǎng)格; (b) 正六角形網(wǎng)格 (a)(b)15 （3） 以上是用以上是用f (i, j)的數(shù)值來表示的數(shù)值來表示(i, j)位置點上

9、灰度級值的大位置點上灰度級值的大小，即只反映了黑白灰度的關(guān)系，小，即只反映了黑白灰度的關(guān)系， 如果是一幅如果是一幅彩色彩色圖像，圖像， 各點的數(shù)值還應(yīng)當(dāng)反映色彩的變各點的數(shù)值還應(yīng)當(dāng)反映色彩的變化，可用化，可用f (i, j, )表示，其中表示，其中是波長。是波長。 如果圖像是如果圖像是運動運動的，還應(yīng)是時間的，還應(yīng)是時間t的函數(shù)，即可表示為的函數(shù)，即可表示為f (i, j, , t)。 16數(shù)字圖像的采樣與量化數(shù)字圖像的采樣與量化17-=)1, 1()1 , 1()0 , 1()1, 1 ()1 , 1 ()0 , 1 ()1,0()1 ,0()0 ,0(),(nmgmgmgngggngggj

10、iG 數(shù)字圖像可以用一個離散量組成的矩陣數(shù)字圖像可以用一個離散量組成的矩陣g (i, j)（即二維數(shù)組）來表示。（即二維數(shù)組）來表示。 其中：矩陣中的每一個元素稱為其中：矩陣中的每一個元素稱為像元像元、像素像素或或圖像元素圖像元素。而而g (i, j)代表代表(i, j)點的灰度值，即點的灰度值，即亮度值亮度值。 18 模擬圖像模擬圖像 數(shù)字圖像數(shù)字圖像 正方形點陣正方形點陣 和正六邊形和正六邊形 具體來說，就是把一幅圖畫分割成上圖所示的具體來說，就是把一幅圖畫分割成上圖所示的一個個小區(qū)域（像元或像素），并將各小區(qū)域灰度一個個小區(qū)域（像元或像素），并將各小區(qū)域灰度用整數(shù)來表示，形成一幅數(shù)字圖像

11、。用整數(shù)來表示，形成一幅數(shù)字圖像。 包括包括采樣采樣和和量化量化過程。過程。圖像數(shù)字化過程：圖像數(shù)字化過程：(a)(b)19概念：概念： 采樣：采樣：將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點的操作。將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點的操作。 采樣點：采樣點：用空間上部分點的灰度值代表圖像的這些點。用空間上部分點的灰度值代表圖像的這些點。采樣步驟：采樣步驟： . .先沿先沿垂直方向垂直方向按一定間隔從上到下順序地沿水平方向直按一定間隔從上到下順序地沿水平方向直線掃描，取出各水平線上灰度值的一維掃描。線掃描，取出各水平線上灰度值的一維掃描。. .再對一維掃描線信號按一定間隔采樣得到離散信號。再對一維掃描線信號按

12、一定間隔采樣得到離散信號。（水平方向采樣水平方向采樣）對于運動圖像，需先在對于運動圖像，需先在時間軸上采樣時間軸上采樣，再沿，再沿垂直方向垂直方向采樣，采樣，最后沿最后沿水平方向水平方向采樣由這三個步驟完成。采樣由這三個步驟完成。 采樣采樣采樣20圖2 采樣示意圖 采樣行采樣列像素行間隔采樣間隔 對一幅圖像采樣時，若每行（即橫向）像素為對一幅圖像采樣時，若每行（即橫向）像素為M個，每個，每列（即縱向）像素為列（即縱向）像素為N個，則圖像大小為個，則圖像大小為MN 個像素。個像素。?采樣采樣21采樣間隔選取采樣間隔選取 依據(jù)依據(jù)：由原：由原圖像中包含的細(xì)微的濃淡變化決定。取決于希望圖像中包含的細(xì)

13、微的濃淡變化決定。取決于希望忠實反映圖像的程度。忠實反映圖像的程度。 一般圖像中一般圖像中細(xì)節(jié)越多細(xì)節(jié)越多，采樣間隔應(yīng)，采樣間隔應(yīng)越小越小。 圖像中圖像中細(xì)節(jié)越少細(xì)節(jié)越少，則采樣間隔可以適當(dāng)取，則采樣間隔可以適當(dāng)取大大。 采樣采樣22量化量化 原因原因：經(jīng)采樣圖像被分割成空間上離散的像素，經(jīng)采樣圖像被分割成空間上離散的像素，但其但其灰度是連續(xù)的灰度是連續(xù)的，還不能用計算機進(jìn)行處理。，還不能用計算機進(jìn)行處理。 量化：量化：將將像素灰度像素灰度轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成離散離散的整數(shù)值的過程。的整數(shù)值的過程。 灰度級數(shù)：灰度級數(shù)：一幅數(shù)字圖像中不同灰度值的個數(shù)，一幅數(shù)字圖像中不同灰度值的個數(shù)，用用G G表示。表

14、示。 量化量化23圖2-3 量化示意圖（a） 量化； (b) 量化為8 bit 連 續(xù) 灰 度 值 量 化 值 (整 數(shù) 值 )灰 度 標(biāo) 度 灰 度 量 化Zi 1ZiZi 1qi 1qi 125525412812710(a)(b)圖圖3 3（a a）說明了量化過程。若連續(xù)灰度值用）說明了量化過程。若連續(xù)灰度值用z z來表示，對于滿來表示，對于滿足足ziziz zzizi+1+1的的z z值，都量化為整數(shù)值，都量化為整數(shù)qiqi。qiqi稱為像素的灰度稱為像素的灰度值，值，z z與與qiqi的差稱為的差稱為量化誤差量化誤差。量化量化圖3 量化示意圖24 一般來說一般來說 ，g就是表示圖像像素

15、灰度值所需就是表示圖像像素灰度值所需的比特位數(shù)的比特位數(shù)(如如bit或或bit)。 一幅一幅大小為大小為M MN N、灰度級數(shù)為灰度級數(shù)為G G的圖像所需的的圖像所需的存儲存儲空間空間，即圖像的數(shù)據(jù)量，大小為，即圖像的數(shù)據(jù)量，大小為 M MN Ng(bitg(bit）。）。黑白圖像黑白圖像 是指圖像的每個像素只能是黑或白，沒有中間的過是指圖像的每個像素只能是黑或白，沒有中間的過渡，故又稱為二值圖像。二值圖像的像素值為渡，故又稱為二值圖像。二值圖像的像素值為0或或1。例如例如=011100001I量化量化gG2=25灰度圖像灰度圖像灰度圖像是指每個像素由一個量化的灰度值來描述的灰度圖像是指每個像

16、素由一個量化的灰度值來描述的圖像。它不包含彩色信息。圖像。它不包含彩色信息。彩色圖像彩色圖像 彩色圖像是指每個像素由彩色圖像是指每個像素由R、G、B三原色像素構(gòu)成的三原色像素構(gòu)成的圖像，其中圖像，其中R、B、G是由不同的灰度級來描述的。是由不同的灰度級來描述的。=00255800255240240255R=02550160255255801600G=25525525524000160800B=100220250180501202001500I量化量化26采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系 數(shù)字化方式可分為數(shù)字化方式可分為均勻采樣、量化均勻采樣、量化和和非均勻采

17、樣、量化。非均勻采樣、量化。 所謂所謂“均勻均勻”，指的是，指的是采樣、量化為等間隔。圖像數(shù)字采樣、量化為等間隔。圖像數(shù)字化一般采用均勻采樣和均勻量化方式?；话悴捎镁鶆虿蓸雍途鶆蛄炕绞?。 非均勻采樣非均勻采樣是根據(jù)圖像細(xì)節(jié)的豐富程度改變采樣間距。是根據(jù)圖像細(xì)節(jié)的豐富程度改變采樣間距。細(xì)節(jié)豐富的地方，采樣間距小，否則間距大。細(xì)節(jié)豐富的地方，采樣間距小，否則間距大。 非均勻量化非均勻量化是對像素出現(xiàn)頻度少的間隔大，而頻度大的是對像素出現(xiàn)頻度少的間隔大，而頻度大的間隔小。（非等間隔量化）間隔小。（非等間隔量化） 采用非均勻采樣與量化，會使問題復(fù)雜化，因此很少采用。采用非均勻采樣與量化，會使問題復(fù)

18、雜化，因此很少采用。采樣與量化采樣與量化271、采樣間隔（采樣點）與圖像的關(guān)系采樣間隔（采樣點）與圖像的關(guān)系 一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素數(shù)越少，空間分一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素數(shù)越少，空間分辨率低，質(zhì)量差，嚴(yán)重時出現(xiàn)像素呈塊狀的國際棋盤效應(yīng)；采辨率低，質(zhì)量差，嚴(yán)重時出現(xiàn)像素呈塊狀的國際棋盤效應(yīng)；采樣間隔越小，所得圖像像素數(shù)越多，空間分辨率高，圖像質(zhì)量樣間隔越小，所得圖像像素數(shù)越多，空間分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大。好，但數(shù)據(jù)量大。（a）原始圖像）原始圖像(256256)；（；（b）采樣圖像）采樣圖像1(128128)；（；（c） 采樣圖像采樣圖像2(6464)； （d）

19、采樣圖像）采樣圖像3(3232)； （e）采樣圖像）采樣圖像4(1616)；（；（f） 采樣圖像采樣圖像5(88)采樣與量化采樣與量化圖圖428 分辨率不同的圖像比較29分辨率分辨率 640 x48030分辨率 320 x24031分辨率 160 x12032分辨率 80 x6033 2 2、量化等級與圖像關(guān)系、量化等級與圖像關(guān)系 圖像的采樣點數(shù)一定時：圖像的采樣點數(shù)一定時： 量化量化等級越多等級越多，所得圖像，所得圖像層次越豐富層次越豐富，灰度分辨率，灰度分辨率高，圖像質(zhì)量好，但高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大； 量化量化等級越少等級越少，圖像層次欠豐富，灰度分辨率低，圖像層次欠豐富，灰度

20、分辨率低，會出現(xiàn)會出現(xiàn)假輪廓現(xiàn)象假輪廓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量變差，但，圖像質(zhì)量變差，但數(shù)據(jù)量小數(shù)據(jù)量小。采樣與量化采樣與量化34圖圖5 不同量化級別對圖像質(zhì)量的影響不同量化級別對圖像質(zhì)量的影響（a） 原始圖像原始圖像(256級級)； （b） 量化圖像量化圖像1(64級級)； （c） 量化圖像量化圖像2(32級級)； （d） 量化圖像量化圖像3(16級級)； （e） 量化圖像量化圖像4(4級級)； （f） 量化圖像量化圖像5(2級級) 采樣與量化采樣與量化353 3、采樣和量化的一般原則、采樣和量化的一般原則 當(dāng)當(dāng)限定限定數(shù)字?jǐn)?shù)字圖像的大小圖像的大小時時, , 為了得到質(zhì)量較好的圖像可采用為了得到質(zhì)量較

21、好的圖像可采用 （1 1）對）對緩變的圖像緩變的圖像，應(yīng)該，應(yīng)該細(xì)量化，粗采樣細(xì)量化，粗采樣，以避免假輪廓。，以避免假輪廓。 （2 2） 對對細(xì)節(jié)豐富的圖像細(xì)節(jié)豐富的圖像，應(yīng)，應(yīng)細(xì)采樣，粗量化細(xì)采樣，粗量化，以避免模糊，以避免模糊（混疊）。（混疊）。 對于彩色圖像，是按照顏色成分對于彩色圖像，是按照顏色成分紅（紅（R R）、綠（）、綠（G G）、）、藍(lán)（藍(lán)（B B）分別采樣和量化的。若各種顏色成分均按）分別采樣和量化的。若各種顏色成分均按8 bit8 bit量化，即量化，即每種顏色量級別是每種顏色量級別是256256，則可以處理，則可以處理256256256256256=16777216256

22、=16777216種種顏色。顏色。 采樣與量化采樣與量化36總結(jié)：總結(jié)：（1）空間分辨率：圖像空間中可分辨的最小細(xì)節(jié)。一般用）空間分辨率：圖像空間中可分辨的最小細(xì)節(jié)。一般用單位長度上采樣的像素數(shù)目表示。單位長度上采樣的像素數(shù)目表示。（2）灰度分辨率：圖像灰度級中可分辨的最小變化。一般）灰度分辨率：圖像灰度級中可分辨的最小變化。一般用灰度級或比特數(shù)表示。用灰度級或比特數(shù)表示。（3）空間分辨率空間分辨率（圖像的采樣圖像的采樣）與圖像質(zhì)量的關(guān)系）與圖像質(zhì)量的關(guān)系 空間分辨率越高，圖像質(zhì)量越好；空間分辨率越低，圖空間分辨率越高，圖像質(zhì)量越好；空間分辨率越低，圖像質(zhì)量越差，會出現(xiàn)像質(zhì)量越差，會出現(xiàn)棋盤模

23、式棋盤模式。 （4）灰度分辨率灰度分辨率（圖像的量化圖像的量化）與圖像質(zhì)量的關(guān)系）與圖像質(zhì)量的關(guān)系 灰度分辨率越高，圖像質(zhì)量越好；灰度分辨率越低，圖灰度分辨率越高，圖像質(zhì)量越好；灰度分辨率越低，圖像質(zhì)量越差，會像質(zhì)量越差，會出現(xiàn)虛假輪廓出現(xiàn)虛假輪廓。37 256256 128128 64 64 32 3238 L=16 L=8 L=4 L=239 靜態(tài)圖像可分為：靜態(tài)圖像可分為：矢量矢量(Vector)(Vector)圖圖和和位圖位圖(Bitmap)(Bitmap)，位圖也稱，位圖也稱為柵格圖像。為柵格圖像。v矢量矢量(Vector)圖圖v1 1、特點：、特點：用一系列繪圖指令來表示一幅圖，如

24、用一系列繪圖指令來表示一幅圖，如AutoCADAutoCAD中的中的繪圖語句。繪圖語句。v2 2、本質(zhì)、本質(zhì): :使用直線和曲線來描述圖形，這些圖形的元素是一使用直線和曲線來描述圖形，這些圖形的元素是一些點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等等，它們都是通過數(shù)些點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等等，它們都是通過數(shù)學(xué)公式計算獲得的，學(xué)公式計算獲得的，圖像中每一個對象都是一個完整的公式。圖像中每一個對象都是一個完整的公式。數(shù)字圖像類型數(shù)字圖像類型 40矢量圖的優(yōu)缺點v優(yōu)點優(yōu)點: v (1).矢量圖形文件較小。矢量圖形文件較小。v (2).圖像質(zhì)量與分辨率無關(guān)。矢量圖形的是無論放大、圖像質(zhì)量與分辨率無關(guān)。矢

25、量圖形的是無論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等都不會失真；縮小或旋轉(zhuǎn)等都不會失真；v缺點缺點:v (1)不易制作色調(diào)豐富或色彩變化太多的圖像，而且不易制作色調(diào)豐富或色彩變化太多的圖像，而且繪出來的圖像不是很逼真。繪出來的圖像不是很逼真。 (2)不易在不同的軟件間交換文件。不易在不同的軟件間交換文件。矢量圖矢量圖41矢量圖制作常用軟件矢量圖制作常用軟件 常用軟件：常用軟件：Corel Draw、Adobe Illustrator、Freehand、AutoCAD等軟件生成的圖像均為矢量圖等軟件生成的圖像均為矢量圖 .矢量圖矢量圖42位圖位圖 一、特點一、特點：是通過許多像素點表示一幅圖像，每個像素具是通過許多

26、像素點表示一幅圖像，每個像素具有顏色屬性和位置屬性。適合表現(xiàn)大量的圖像細(xì)節(jié)，可以很好有顏色屬性和位置屬性。適合表現(xiàn)大量的圖像細(xì)節(jié)，可以很好的反映明暗的變化、復(fù)雜的場景和顏色。的反映明暗的變化、復(fù)雜的場景和顏色。 優(yōu)缺點和矢量圖正好相反，它能表現(xiàn)逼真的圖像效果，但優(yōu)缺點和矢量圖正好相反，它能表現(xiàn)逼真的圖像效果，但是文件比較大，并且放大時清晰度會降低并出現(xiàn)鋸齒。是文件比較大，并且放大時清晰度會降低并出現(xiàn)鋸齒。 位圖位圖矢量圖矢量圖位圖位圖43二、位圖的類型1 1、線畫稿（線畫稿（LineArt)LineArt)2 2、灰度圖像、灰度圖像(GrayScale)(GrayScale)3 3、索引顏色圖

27、像、索引顏色圖像(Index Color)(Index Color) 4 4、真彩色圖像（、真彩色圖像（True ColorTrue Color）44 1 1、線畫稿、線畫稿 線畫稿線畫稿只有黑白只有黑白兩種顏色，通常也稱為兩種顏色，通常也稱為“黑白藝術(shù)黑白藝術(shù)”、 “位圖藝術(shù)位圖藝術(shù)”、 “一位元藝術(shù)一位元藝術(shù)”。線畫稿。線畫稿適合于由黑白兩色構(gòu)適合于由黑白兩色構(gòu)成而沒有灰度陰影的圖像成而沒有灰度陰影的圖像。圖。圖2-6所示是一幅線畫稿圖。所示是一幅線畫稿圖。 圖圖2-6 線畫稿圖線畫稿圖xyO452 2、灰度圖像、灰度圖像 像素灰度級用像素灰度級用8 bit表示，表示，每個像素都是介于黑色

28、和白色之每個像素都是介于黑色和白色之間的間的256（28=256）種灰度中的一種。）種灰度中的一種。 通常所說的黑白照片，通常所說的黑白照片，其實包含了黑白之間的所有灰度色其實包含了黑白之間的所有灰度色調(diào)。調(diào)。從技術(shù)上來說，就是具有從黑到白的從技術(shù)上來說，就是具有從黑到白的256種灰度色域種灰度色域（Gamut）的單色圖像。）的單色圖像。 463、索引圖像v索引圖像把像素值直接作為索引顏色的序號。索引圖像把像素值直接作為索引顏色的序號。v根據(jù)索引顏色的序號就可以找到該像素的實際顏色。根據(jù)索引顏色的序號就可以找到該像素的實際顏色。v當(dāng)把索引圖像讀入計算機時，索引顏色將被存儲到調(diào)色板中。當(dāng)把索引圖

29、像讀入計算機時，索引顏色將被存儲到調(diào)色板中。v調(diào)色板是包含不同顏色的顏色表，每種顏色以紅，綠，藍(lán)三調(diào)色板是包含不同顏色的顏色表，每種顏色以紅，綠，藍(lán)三種顏色的組合來表示。調(diào)色板的單元個數(shù)是與圖像的顏色數(shù)種顏色的組合來表示。調(diào)色板的單元個數(shù)是與圖像的顏色數(shù)一致的。一致的。256256色圖像有色圖像有256256個索引顏色，相應(yīng)的調(diào)色板就有個索引顏色，相應(yīng)的調(diào)色板就有256256個單元。個單元。 474、真彩色圖像（1 1）概念）概念v RGB顏色：顏色：大多數(shù)掃描儀都是以大多數(shù)掃描儀都是以24位模式對圖像進(jìn)行采樣，位模式對圖像進(jìn)行采樣，即可以從圖像中采樣出即可以從圖像中采樣出1670萬種不同的顏

30、色。用這種方式獲萬種不同的顏色。用這種方式獲得的顏色通常稱為得的顏色通常稱為RGB顏色。顏色。v真彩色：真彩色：顏色深度為每像素顏色深度為每像素24位的數(shù)字圖像位的數(shù)字圖像是目前所能獲取、是目前所能獲取、瀏覽和保存的顏色信息最豐富的彩色圖像，瀏覽和保存的顏色信息最豐富的彩色圖像，由于它所表達(dá)的由于它所表達(dá)的顏色遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人眼所能辨別的范圍顏色遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人眼所能辨別的范圍，故將其稱為，故將其稱為“真彩色真彩色” 48 （2）區(qū)別 從技術(shù)角度考慮，從技術(shù)角度考慮， 真彩色真彩色是指是指寫到磁盤上的寫到磁盤上的圖像類型圖像類型， 而而RGB顏色顏色是指是指顯示器的顯示器的顯示模式顯示模式。RGB圖像

31、的顏色是非圖像的顏色是非映射的，它可以從系統(tǒng)的映射的，它可以從系統(tǒng)的“顏色表顏色表”里自由獲取所需的顏里自由獲取所需的顏色，這種圖像文件里的顏色直接與色，這種圖像文件里的顏色直接與PC機上的顯示顏色相對機上的顯示顏色相對應(yīng)。應(yīng)。（3 3）說明）說明 在真彩色圖像中，每一個像素由紅、綠和藍(lán)三個字節(jié)在真彩色圖像中，每一個像素由紅、綠和藍(lán)三個字節(jié)組成，組成， 每個字節(jié)為每個字節(jié)為8 bit，表示，表示0到到255之間的不同的亮度值，之間的不同的亮度值，這三個字節(jié)組合可以產(chǎn)生這三個字節(jié)組合可以產(chǎn)生1670萬種不同的顏色。萬種不同的顏色。 49位圖的有關(guān)術(shù)語位圖的有關(guān)術(shù)語 1 1、像素（、像素（Pixe

32、lPixel）、點（）、點（DotDot）和樣點（）和樣點（SampleSample）在計算機圖像處理中，像素、在計算機圖像處理中，像素、 點和樣點是在計算機上對不點和樣點是在計算機上對不同階段的圖像進(jìn)行度量的稱謂。同階段的圖像進(jìn)行度量的稱謂。像素：像素：在計算機中，圖像是由顯示器上許多光點組成的，在計算機中，圖像是由顯示器上許多光點組成的， 將顯示在顯示器上的這些點（光的單元）稱為像素將顯示在顯示器上的這些點（光的單元）稱為像素。不像不像“克克”和和“厘米厘米”那樣是絕對的度量單位，可大可小。那樣是絕對的度量單位，可大可小。點（點（DotDot）和樣點（）和樣點（SampleSample）掃

33、描儀將源圖像看成由大量的掃描儀將源圖像看成由大量的網(wǎng)格組成，然后在每一個網(wǎng)格里取出一網(wǎng)格組成，然后在每一個網(wǎng)格里取出一點點，用該點的顏色值來代，用該點的顏色值來代表這一網(wǎng)格里所有點的顏色值，這些被選中的點就是表這一網(wǎng)格里所有點的顏色值，這些被選中的點就是樣點樣點。50 2、分辨率、分辨率 1） 圖像分辨率圖像分辨率 圖像分辨率：圖像分辨率：是指每英寸圖像含有多少個點或像素，是指每英寸圖像含有多少個點或像素， 分辨分辨率的單位為率的單位為dpi（Dots Per Inch ）。）。在數(shù)字圖像中，分辨率的大在數(shù)字圖像中，分辨率的大小直接影響到圖像的質(zhì)量。小直接影響到圖像的質(zhì)量。圖像尺寸圖像尺寸分辨

34、率分辨率文件大小文件大小2） 屏幕分辨率屏幕分辨率 顯示器上每單位長度顯示的像素或點的數(shù)量顯示器上每單位長度顯示的像素或點的數(shù)量稱為稱為屏幕分辨率。屏幕分辨率。通常通常以每英寸點數(shù)以每英寸點數(shù)(dpi)(dpi)來表示來表示。屏幕分辨率取決于顯示器的大屏幕分辨率取決于顯示器的大小及其像素設(shè)置。小及其像素設(shè)置。(VGA)(VGA)51 3） 打印機分辨率打印機分辨率 打印機分辨率打印機分辨率又稱又稱輸出分辨率輸出分辨率，是指打印機輸出圖像時每是指打印機輸出圖像時每英寸的點數(shù)英寸的點數(shù)(dpi)。打印機分辨率也決定了輸出圖像的質(zhì)量。一。打印機分辨率也決定了輸出圖像的質(zhì)量。一般打印機的分辨率可達(dá)般打

35、印機的分辨率可達(dá)300 dpi，甚至，甚至720 dpi（需用特殊紙張）（需用特殊紙張）；由于超微細(xì)碳粉技術(shù)的成熟，新的激光打印機的分辨率可達(dá)由于超微細(xì)碳粉技術(shù)的成熟，新的激光打印機的分辨率可達(dá)6001200 dpi。52 4 4） 掃描儀分辨率掃描儀分辨率 掃描儀分辨率掃描儀分辨率的表示方法與打印機相類似，一般也用的表示方法與打印機相類似，一般也用dpi表表示，示， 不過這里的不過這里的點是樣點點是樣點，與打印機的輸出點是不同的。，與打印機的輸出點是不同的。臺式掃描儀的分辨率臺式掃描儀的分辨率可以分為可以分為光學(xué)分辨率光學(xué)分辨率和和輸出分辨率輸出分辨率。光學(xué)分辨率光學(xué)分辨率是指掃描儀硬件所真

36、正掃描到的圖像分辨率，是指掃描儀硬件所真正掃描到的圖像分辨率，目前的產(chǎn)品，其光學(xué)分辨率可達(dá)目前的產(chǎn)品，其光學(xué)分辨率可達(dá)8001200 dpi以上。以上。輸出分辨率輸出分辨率是通過軟件強化以及內(nèi)插補點之后產(chǎn)生的分辨是通過軟件強化以及內(nèi)插補點之后產(chǎn)生的分辨率，大約為光學(xué)分辨率的率，大約為光學(xué)分辨率的34倍。當(dāng)見到號稱分辨率高達(dá)倍。當(dāng)見到號稱分辨率高達(dá)4800 dpi或或6400 dpi的掃描儀時，的掃描儀時， 這一定指的是輸出分辨率。這一定指的是輸出分辨率。53圖像文件格式圖像文件格式 數(shù)字圖像有數(shù)字圖像有多種存儲格式多種存儲格式，每種格式一般由不同的開發(fā)商支，每種格式一般由不同的開發(fā)商支持。因此

37、，持。因此，要進(jìn)行圖像處理，必須了解圖像文件的格式，要進(jìn)行圖像處理，必須了解圖像文件的格式， 即圖像即圖像文件的數(shù)據(jù)構(gòu)成文件的數(shù)據(jù)構(gòu)成。 圖像的一般結(jié)構(gòu)：圖像的一般結(jié)構(gòu)：包含有包含有文件頭文件頭、文件體文件體和和文件尾文件尾等三部分等三部分。文件頭：文件頭：文件類型、文件制作者、制作時間、版本號、文件類型、文件制作者、制作時間、版本號、 文件大小文件大小 軟件軟件ID、軟件版本號、圖像分辨率、圖像尺寸、圖像深、軟件版本號、圖像分辨率、圖像尺寸、圖像深 度、彩色類型、編碼方式、壓縮算法度、彩色類型、編碼方式、壓縮算法 文件體：文件體：圖像數(shù)據(jù)、彩色變換表圖像數(shù)據(jù)、彩色變換表 文件尾：文件尾：用戶

38、名、注釋、開發(fā)日期、工作時間用戶名、注釋、開發(fā)日期、工作時間54數(shù)字圖像文件格式數(shù)字圖像文件格式 BMP 格式：格式：Windows 系統(tǒng)下的系統(tǒng)下的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)位圖位圖圖像格式，后綴圖像格式，后綴 “.BMP” PCX 格式：最早支持彩色圖像的一種位圖圖像文件格式，后綴格式：最早支持彩色圖像的一種位圖圖像文件格式，后綴 “.PCX” TIFF 格式：圖像質(zhì)量較高的一種通用位圖圖像文件格式，后綴格式：圖像質(zhì)量較高的一種通用位圖圖像文件格式，后綴 “.TIF” GIF 格式：位圖圖像格式，分為靜態(tài)格式：位圖圖像格式，分為靜態(tài) GIF 和和動畫動畫 GIF 兩種，后綴兩種，后綴 “.GIF” JPEG

39、 格式：具有格式：具有大壓縮比、高圖像質(zhì)量大壓縮比、高圖像質(zhì)量的的位圖位圖圖像格式，后綴圖像格式，后綴 “.JPG” PSD 格式：格式： 圖像處理軟件圖像處理軟件 Photoshop 的專用位圖圖像格式，后綴的專用位圖圖像格式，后綴 “.PSD” PNG 格式：新興的可移植網(wǎng)絡(luò)位圖圖像格式，后綴格式：新興的可移植網(wǎng)絡(luò)位圖圖像格式，后綴 “.PNG” DXF 格式：三維模型設(shè)計軟件格式：三維模型設(shè)計軟件AutoCAD 的矢量圖專用格式，后綴的矢量圖專用格式，后綴 “.DXF” CDR 格式：圖形繪制軟件格式：圖形繪制軟件 CorelDRAW 的矢量圖專用格式的矢量圖專用格式 ，后綴，后綴 “.

40、CDR” WMF 格式：格式：Windows 中常見的一種矢量圖格式中常見的一種矢量圖格式 ，后綴，后綴 “.WMF” EMF 格式：格式：Windows 32 位擴展矢量圖格式位擴展矢量圖格式 ，后綴，后綴 “.EMF” 41/65551、BMP文件格式 不經(jīng)過壓縮直接按位存盤的文件格式，稱為位圖（bitmap）。2、GIF文件格式(圖像互換格式) GIF（graphic Interchange Format）是由CompuServe公司設(shè)計和開發(fā)的文件存儲格式，用于存儲圖形，也可以用來存儲256色圖像。是一種基于LZW算法的連續(xù)色調(diào)的無損壓縮格式，擴展名為gif。3、TIFF文件格式(標(biāo)簽

41、圖像文件格式） TIFF（Tagged Image File Format）是相對經(jīng)典、功能很強的圖像文件存儲格式，是一種主要用來存儲包括照片和藝術(shù)圖在內(nèi)的圖像的文件格式。擴展名為tif或tiff。564、JPEG文件格式 由（國際）聯(lián)合圖像專家組（Joint Photographic Experts Group）提出的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)文件格式，是面向常規(guī)彩色圖像及其它靜止圖像的一種壓縮標(biāo)準(zhǔn)，是有損壓縮。擴展名為jpg或jpeg。 5、DICOM文件格式（數(shù)字影像和通信標(biāo)準(zhǔn)） DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 是醫(yī)學(xué)圖

42、像文件存儲格式，為各類醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的存檔、傳輸和共享而起草和頒布的。DICOM格式支持幾乎所有的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像設(shè)備，例如CT、MR、DR、超聲、內(nèi)窺鏡、電子顯微鏡等，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像存儲傳輸技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)的主要組成部分。DICOM文件的常見擴展名為DCM。57v歸一化方均誤差歸一化方均誤差211211 ( , )( , ) ( , )JKjkJKjkf j kf j kNMSEf j k=-=1 1 1 11 11 11 1 1 11 22 1( , ) ( , )1 1 1 11 22 11 1 1 11 11 1f j kf j k=NMSE客觀評價58v峰值方均誤差峰值方均誤差T等效信噪

43、比 21121()( , )( , ) JKjkfj kfj kJKPMSEA=-=1010log ()PSNRPMSE= -PSNRPMSEf(j,k)被變換的圖像場，Af(j,k )的最大值59T 圖像質(zhì)量評價的研究是圖像信息工程的基本技術(shù)之一。 光電變換傳輸處理記錄其他變換T圖像增強：就是為了改善圖像的主觀視覺顯示質(zhì)量 T圖像復(fù)原：是用于補償圖像的降質(zhì)，使復(fù)原后的圖像接近原像 T圖像編碼技術(shù) :在保持被編碼圖像一定質(zhì)量的前提下， 以盡量少的碼字來表示圖像，以節(jié)省信道和儲存器容量主觀評價60v基本概念基本概念圖像逼真度（Fidelity）描述被評價圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像的偏離程度圖像可懂度（Int

44、elligibility) 表示圖像能向 人或機器提供信息的能力61v外行、內(nèi)行外行、內(nèi)行主觀評價：主觀評價：采用目視觀察和主觀感覺評價圖像采用目視觀察和主觀感覺評價圖像的質(zhì)量的質(zhì)量 絕對評價絕對評價標(biāo)準(zhǔn)圖像作參考。標(biāo)準(zhǔn)圖像作參考。 “全優(yōu)度尺度”： 非常好圖像 5分 好圖像 4分 中等圖像 3分 差圖像 2分 非常差圖像 1分62相對評價圖像好到壞分類，比較。 “群優(yōu)度尺度”最好、稍好一批中最好的圖像 7分比該批的平均水平好的圖像 6分稍好于該批的平均水平圖像 5分該批平均水平的圖像 4分稍次于該批的平均水平圖像 3分比該批的平均水平差的圖像 2分一批中最差的圖像 1分63111111( , )111( , )101111111fj kfj k=什么叫圖像逼真度和圖像可懂度？采用歸一化方均誤差NMSE計算下面兩幅數(shù)字圖像的逼真度。64像素間的基本關(guān)系像素間的基本關(guān)系1、相鄰像素相鄰像素 （1）p的的4鄰域鄰域 坐標(biāo)為(x,y)的像素p有4個水平和垂直的相鄰像素，坐標(biāo)分別為: (x+1, y), (x-1, y), (x, y+1), (x, y-1)，這個像素集稱為p的4鄰域，用N4(p)表示。65 （2）p的的4個對角鄰像素個對角鄰像素 坐標(biāo)分別為: (x+1, y+1), (x-