機器視覺課件： 第三章 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》

1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖像 模擬圖像：從連續(xù)的客觀場景直接觀察到用一個2-D數(shù)組f (x, y)來表示，f，x，y的值可以是任意實數(shù) 數(shù)字圖像：把連續(xù)的模擬圖像在坐標空間XY和性質(zhì)空間F都離散化了的圖像，用f(x, y)代表數(shù)字圖像，f，x，y都為整數(shù)圖像表達和顯示 圖像表達 矩陣表達 矢量表達數(shù)字圖像的表示 二維函數(shù)f(x, y)，其其中，中，x, y是空間坐標，是空間坐標，f(x, y)是點是點x, y的幅的幅值值 灰度圖像是一個二維灰度（或亮度）灰度圖像是一個二維灰度（或亮度）函數(shù)函數(shù)f(x, y) 彩色圖像由三個（如彩色圖像由三個（如RGBRGB, , HSVHSV）二維灰度（或亮度）二維灰度（或亮

2、度）函數(shù)函數(shù)f(x, y)組成y yy y數(shù)字圖像的表示 灰度圖像：對于單色（灰度）圖像而言，每個像素的亮度用一個數(shù)值來表示，通常數(shù)值范圍在0到255之間，0表示黑、255表示白，其它值表示處于黑白之間的灰度 彩色圖像：彩色圖像可以用紅、綠、藍三元組的二維矩陣來表示。 通常，三元組的每個數(shù)值也是在0到255之間，0表示相應 的基色在該像素中沒有，而255則代表相應的基色在該像 素中取得最大值灰度圖像的表示 灰度圖像是指每個像素由一個量化灰度來描述的圖像，沒有彩色信息。I=0150200120 50180250 220 100二值圖像的表示 若圖像像素灰度只有兩級，通常取0（黑色）或1（白色），

3、這樣的圖像稱為二值圖像。I=101000101彩色圖像的表示 彩色圖像是指每個像素由紅、綠、藍(R、G、B)3原色構(gòu)成的圖像，其中R、G、B是由不同的灰度級描述的。R=255000G=00255 0B=000 255數(shù)字圖像的像素 什么是像素？ 數(shù)字圖像由二維的元素組成，每一個元素具有一個特定的位置x, y和幅值f(x, y),這些元素就稱為像素yy量化和采樣 傳感器獲取的圖像是平面上的連續(xù)函數(shù) 為了產(chǎn)生一幅數(shù)字圖像，需要把連續(xù)的感知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式這包括兩種處理：采樣和量化 采樣：圖像空間坐標的數(shù)字化，將連續(xù)函數(shù)采用為M行N列的矩陣 量化：圖像函數(shù)值（灰度值）的數(shù)字化，圖像函數(shù)的連續(xù)范圍被

4、分成K個區(qū)間圖像采樣 采樣：空間坐標f(x,y)的數(shù)字化被稱為圖像采樣 確定水平和垂直方向上的像素個數(shù)N、MN NM圖像采樣和數(shù)字圖像質(zhì)量圖像采樣和數(shù)字圖像質(zhì)量1024102451251225625612812864643232量化 將采樣后的圖像的像素值用一個整數(shù)來表示，為了使人能夠覺察出圖像的細微變化，量化的級別要足夠高 大部分的圖像處理儀器都采用k個等間隔的量化方式,如果用b位來表示像素亮度的數(shù)值，那么亮度階就是k=2b 通常使用每個像素8 個比特圖像量化和數(shù)字圖像質(zhì)量256灰度灰度級級16灰度灰度級級8灰度灰度級級4灰度灰度級級圖像采樣和數(shù)字圖像質(zhì)量265x180133x9066x45

5、33x22圖像的采樣和量化 非統(tǒng)一的圖像的采樣 在灰度級變化尖銳的區(qū)域，用細膩的采樣， 在灰度級比較平滑的區(qū)域，用粗糙的采樣圖像的采樣和量化 非統(tǒng)一的圖像的量化 在邊界附近使用較少的灰度級。剩余的灰度級可用于灰度級變化比較平滑的區(qū)域 避免或減少由于量化的太粗糙，在灰度級變化比較平滑的區(qū)域出現(xiàn)假輪廓的現(xiàn)象fBMP格式格式 實際實際的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)對于對于2色位圖，色位圖，1位表示一個像素顏色，位表示一個像素顏色， 所以一個字所以一個字節(jié)節(jié)表示表示8 8個像素個像素對于對于16色位圖，色位圖，4位表示一個像素顏色，位表示一個像素顏色， 所以一個字節(jié)表示所以一個字節(jié)表示2個個像素像素對于對于25

6、6色位圖，色位圖，1個字節(jié)表示個字節(jié)表示一個像一個像素素對于真彩色圖，對于真彩色圖，3個字節(jié)表示一個像素個字節(jié)表示一個像素像素間聯(lián)系 像素鄰域 像素的連通性 像素間距離像素鄰域 4-鄰域：鄰域：N4(p)對角鄰域：對角鄰域：ND(p)8-鄰域：鄰域：N8(p)4-鄰域 4鄰域：像素p(x,y)的4鄰域是： (x+1,y)；(x-1,y)；(x,y+1)；(x,y-1) 用N4(p)表示像素p的4鄰域(x-1,y)P(x+1,y)(x,y-1)(x,y+1)D-鄰域 D-鄰域定義：像素p(x,y)的D鄰域是：對角上的點 (x+1,y+1)；(x+1,y-1)；(x-1,y+1)；(x-1,y-1

7、) 用ND(p)表示像素p的D鄰域(x-1,y+1)(x+1,y+1)(x-1,y-1)(x+1,y-1)P8-鄰域 8-鄰域定義：像素p(x,y)的8鄰域是： 4鄰域的點 D鄰域的點 用N8(p)表示像素p的8鄰域 N8(p) = N4(p) + ND(p)P像素間的連通性 連通性是描述區(qū)域和邊界的重要概念 兩個像素連通的兩個必要條件是： 兩個像素的位置是否相鄰 兩個像素的灰度值是否滿足特定的相似性準則（或者是否相等） 4連通、8連通、m連通4-連通 對于具有值V的像素p和q，如果q在集合N4(p)中，則稱這兩個像素是4 連通的pq8-連通 對于具有值V的像素p和q，如果q在集合N8(p)中

8、，則稱這兩個像素是8連通的pqm-連通 對于具有值V的像素p和q，如果： q在集合N4(p)中，或 q在集合ND(p)中，并且N4(p)與N4(q) 的交集為空（沒有值V的像素） 則稱這兩個像素是m連通的，即4連通和D連通的混合連通。是m連通不是m連通p q p q 像素的連通性-通路 通路的定義： 一條從具有坐標(x,y)的像素p，到具有坐標 (s,t) 的像素q的通路，是具有坐標 (x0,y0),(x1,y1),.,(xn,yn)的不同像素的序列。 其中， (x0,y0) = (x,y)，(xn,yn) = (s,t)， (xi,yi) 和(xi-1,yi-1)是鄰接的，1 i n，n是路

9、徑的長度。 如果(x0,y0) = (xn,yn) ，則該通路是閉合通路。像素間的距離 像素間的距離定義： 對于像素p、q和z，分別 (x,y)， (s,t)和(u,v)，D是距離函數(shù)或稱度量，當 (1) D(p,q) 0 (D(p,q)=0，當且僅當p=q) 兩點之間距離大于等于0 (2) D(p,q) = D(q,p) 距離與方向無關(guān) (3)D(p,z) D(p,q) + D(q,z) 兩點之間直線距離最短歐氏距離 對于這個距離計算法，具有與(x,y)距離小于等于某個值r的那些像素是包含在以(x,y)為圓心，以r為半徑的圓環(huán)中的那些點DEp,q()=x-s()2+y-t()21/2城市距離

10、（D4距離） 像素p(x,y)和像素q(s,t)之間的D4距離定義為：D4p,q()=x-s+y-tD4距離舉例 具有與(x,y)距離小于等于某個值r的那些像素形成一個菱形 例如，與點(x,y)（中心點）D4距離小于等于2的像素，形成右邊固定距離的輪廓 具有D4=1的像素是(x,y)的4領(lǐng)域r22 1221 01 22 122棋盤距離（D8距離） 像素p(x,y)和像素q(s,t)之間的D8距離定義為：D8p,q()= maxx-s,y-t()rD8距離舉例 具有與(x,y)距離小于 等于某個值r的那些像素形成一個正方形例如，與點(x,y)（中心點）D 距離小于等于2的像素，形成右邊固定距離的

11、輪廓具有D8= 1的像素是(x,y)的8鄰域22 22221 11221 01221 11222 222像素間的距離 距離和鄰域距離和鄰域像素間的距離距離變換：距離變換：把二值圖像變換為灰度圖像等距離輪廓給出了與中心像素的某種距離小于或等于某個值的像素組成的圖案練習 求下列兩點間的歐氏距離，城區(qū)距離和棋盤距離練習 計算點p和q之間m-通路的長度，p=1,q=1 s=0, t=0, Dm(p,q)=? s=0, t=1, Dm(p,q)=? s=1, t=0, Dm(p,q)=? s=1, t=1, Dm(p,q)=?圖像的質(zhì)量：圖像的質(zhì)量：1 1、層次、層次灰度級：表示像素明暗程度的整數(shù)量例如

12、：像素的取值范圍為0-255，就稱該 圖像為256個灰度級的圖像層次：表示圖像實際擁有的灰度級的 數(shù)量例如：具有32種不同取值的圖像，可稱 該圖像具有32個層次圖像數(shù)據(jù)的實際層次越多，視覺效果就越好256個層次的圖像16個層次的圖像64個層次的圖像圖像的質(zhì)量：1、層次圖像的質(zhì)量：圖像的質(zhì)量：2 2、對比度、對比度對比度：是指一幅圖像中灰度反差的大小 對比度 = 最大亮度 / 最小亮度 與清晰度相關(guān)的主要因素 亮度 對比度 尺寸大小 細微層次 顏色飽和度圖像的質(zhì)量：圖像的質(zhì)量：3 3、清晰、清晰度度降低亮度影響清晰度因素影響清晰度因素1 1、亮度、亮度原圖降低對比度原圖影響清晰度因素影響清晰度因

13、素2 2、對比度、對比度縮小尺寸原圖影響清晰度因素影響清晰度因素3 3、尺寸大小、尺寸大小減少細微層次原圖影響清晰度因素影響清晰度因素4 4、細微層次、細微層次降低顏色飽和度原圖影響清晰度因素影響清晰度因素5 5、顏色飽和度、顏色飽和度作業(yè)1 分析采樣和量化的區(qū)別。對一幅灰度圖像分別進行采樣和量化仿真。要求仿真圖像顯示出采樣分辨率分別為1，1/2，1/4，1/8的情況；量化仿真要求顯示分別為8位，6位，4位和2位表示圖像的情況。read_image(Image,mreut)get_image_size(Image, Width, Height)dev_open_window(0,0,Width, Height, black, windowID)dev_display(Image)hom_mat2d_identity(HomMat2DIdentity)hom_mat2d_scale(HomM