C#數(shù)字圖像處理算法(最終版)

1、C#C#數(shù)字圖像處理算法數(shù)字圖像處理算法計(jì)算方法組：CQ,DAD,CDH,XYQ,SXM,LJ,ZR任務(wù)分工任務(wù)分工目錄目錄圖像的基本知識(shí)圖像的幾何運(yùn)算圖像的非幾何運(yùn)算 圖像處理的總結(jié)目錄目錄圖像的基本知識(shí)圖像的幾何運(yùn)算圖像的非幾何運(yùn)算圖像處理的總結(jié)一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)幾個(gè)基本概念圖像的灰度化圖像處理的方法和領(lǐng)域一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念n 像素（pixel）定義：像素（pixel），即圖像元素（picture element），是圖像 顯示的基本單元。yx像素點(diǎn)像素越高，單位面積內(nèi)的像素點(diǎn)越多，圖像就能被真實(shí)的還原出來，清晰度越高。一、圖像的

2、基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念n 分辨率定義：用于衡量圖像細(xì)節(jié)的能力。通常說的分辨率包含圖像分辨率，顯示器分辨率和打印機(jī)分辨率。u 圖像分辨率：指圖像中存儲(chǔ)的信息量，是每英寸圖像內(nèi)有多少個(gè)像素點(diǎn)，單位PPI（Pixels Per Inch）。u 顯示器分辨率：?jiǎn)挝幻娣e顯示像素的個(gè)數(shù)。u 打印機(jī)分辨率：打印機(jī)每英寸的油墨點(diǎn)數(shù)。一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念n 數(shù)字圖像定義：數(shù)字圖像是圖像的數(shù)字表示，像素是其最小的單元。一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)圖像的灰度化圖像的灰度化定義：將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像的過程稱為圖像的灰度化。即在RGB顏色模

3、式中，設(shè)置R=G=B，且R=G=B的值叫做灰度值。一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)圖像的灰度化圖像的灰度化定義：將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像的過程稱為圖像的灰度化。即在RGB顏色模式中，設(shè)置R=G=B，且R=G=B的值叫做灰度值。為什么要進(jìn)行圖像的灰度化呢？1.為了得到灰色圖片。2.降低計(jì)算量。一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)圖像的灰度化圖像的灰度化n 圖像灰度化的方法u 最大值法：使R，G，B值等于3值中最大的一個(gè)。R=G=B=max(R,G,B)u 平均值法：使R，G，B值等于R，G，B的平均值。R=G=B=（R+G+B）/3u 加權(quán)平均值法：根據(jù)重要性或其他指標(biāo)給R，G，B賦予不同的

4、權(quán)值，并使R，G，B加權(quán)平均。R=G=B=WrR+WgG+WbB一般取Wr=0.299,Wg=0.587,Wb=0.114，所以R=G=B=0.299R+0.587G+0.114B一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)圖像的灰度化圖像的灰度化n 灰度直方圖灰度直方圖是灰度的函數(shù)，描述的是圖像中具有該灰度級(jí)的像素的個(gè)數(shù)。如果用直角坐標(biāo)系來表示，則它的橫坐標(biāo)是灰度級(jí)，縱坐標(biāo)是該灰度出現(xiàn)的頻數(shù)?；叶燃?jí)頻數(shù)一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)處理的方法和領(lǐng)域處理的方法和領(lǐng)域n Bitmap類Bitmap類是用于處理由像素?cái)?shù)據(jù)定義的圖像的對(duì)象，繼承自Image類。u 常用屬性名稱說明屬性Height獲取此

5、Image的高度Palette獲取或設(shè)置此Image的調(diào)色板PixelFormat獲取此Image的像素格式RawFormat獲取此Image的文件格式Size獲取此圖像的以像素為單位的寬度和高度Width獲取此Image的寬度一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)處理的方法和領(lǐng)域處理的方法和領(lǐng)域n Bitmap類u 常用方法名稱說明方法Clone創(chuàng)建此Image的一個(gè)精確副本Dispose釋放此Image占用的資源Equals確定對(duì)象是否等于當(dāng)前對(duì)象GetPixel獲取此Bitmap中指定像素的顏色GetThumbnailImage返回此Image的縮略圖LockBits將Bitmap鎖定到系

6、統(tǒng)內(nèi)存RotateFlip旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)或者同時(shí)旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)ImageSave將該Image保存到指定的文件或流SetPixel設(shè)置此Bitmap中指定像素的顏色SetResolution設(shè)置此Bitmap的分辨率UnlockBits從系統(tǒng)內(nèi)存中解鎖此BitmapPublic BitmapData LockBits(Rectangle rect,ImageLockMode flags,PixelFormat format)成員描述ImageLockMode的成員ReadOnly位圖的鎖定部分只用于讀操作ReadWrite位圖的鎖定部分用于讀操作和寫操作UserInputBuffer讀取和寫入像素?cái)?shù)據(jù)的

7、緩存由用戶支配WriteOnly位圖的鎖定部分用于寫操作一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)處理的方法和領(lǐng)域處理的方法和領(lǐng)域n Bitmap類成員描述PixelFormat主要成員Format1bppIndexed每個(gè)像素1位，使用索引顏色，因此顏色表中有兩種顏色Format4bppIndexed每個(gè)像素4位，使用索引顏色Format8bppIndexed每個(gè)像素8位，使用索引顏色Format16bppGrayScale 每個(gè)像素16位，共指定65536種灰色調(diào)Format24bppRgb每個(gè)像素24位，紅色、綠色、藍(lán)色分量分別使用八位，他們的順序是藍(lán)、綠、紅Format32bppArgb每個(gè)

8、像素32位，Alpha、紅色、綠色、藍(lán)色分量分別使用8位，這是默認(rèn)的GDI+顏色組合Format64bppArgb每個(gè)像素64位，Alpha、紅色、綠色、藍(lán)色分量分別使用16位Indexed顏色索引值，這些值是系統(tǒng)顏色表中顏色的索引，而不是單個(gè)顏色值一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)處理的方法和領(lǐng)域處理的方法和領(lǐng)域n BitmapData類指定位圖圖像的特性。BitmapData類由Bitmap類的LockBits和UnlockBits方法使用，不可繼承。名稱說明BitmapData屬性Height獲取或設(shè)置Bitmap對(duì)象的像素高度PixelFormat獲取或設(shè)置返回此BitmapData

9、對(duì)象的Bitmap中像素信息的格式Scan0獲取或設(shè)置位圖中第一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)的地址。它也可以看成是位圖中的第一個(gè)掃描行Stride獲取或設(shè)置Bitmap對(duì)象的跨距寬度（也稱為掃描寬度）Width獲取或設(shè)置Bitmap對(duì)象的像素寬度一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)處理的方法和領(lǐng)域處理的方法和領(lǐng)域n 圖像處理的三種方法u 提取像素法利用Bitmap中的GetPixel和SetPixel方法分別獲取和設(shè)置一個(gè)圖像指定像素的顏色。u 內(nèi)存法使用Bitmap類提供的LockBits和UnlockBits方法，分別鎖定和解鎖系統(tǒng)內(nèi)存中的位圖像素，消除了通過循環(huán)對(duì)位圖像素逐個(gè)處理的需要，使程序的運(yùn)行速度大

10、大提高。u 指針法通過LockBits方法獲取位圖的首地址，直接應(yīng)用指針對(duì)位圖進(jìn)行操作。一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)處理的方法和領(lǐng)域處理的方法和領(lǐng)域n 三種方法的比較難易程度效率安全性提取像素法易低安全內(nèi)存法難高安全指針法一般很高不安全建議：初學(xué)者使用提取像素法，有一定編程能力者使用內(nèi)存法，對(duì)C#指針有深入理解者用指針法。一、圖像的基本知識(shí)一、圖像的基本知識(shí)處理的處理的方法方法和領(lǐng)域和領(lǐng)域n 圖像處理的兩個(gè)領(lǐng)域u 空間域空間域指圖像平面本身，由圖像像元組成的空間，以對(duì)圖像的像素直接處理為基礎(chǔ)。u 頻率域以空間頻率（即波數(shù)）為自變量描述圖像的特征，可以將一幅圖像像元值在空間上的變化分解為

11、具有不同振幅、空間頻率和相位的減振函數(shù)的線性疊加。目錄目錄圖像的基本知識(shí)圖像的幾何運(yùn)算圖像的非幾何運(yùn)算圖像處理的總結(jié)二、圖像的二、圖像的幾何運(yùn)算幾何運(yùn)算平移鏡像縮放旋轉(zhuǎn)二、圖像的幾何運(yùn)算二、圖像的幾何運(yùn)算平移平移定義：圖像平移就是使圖像沿水平和垂直方向移動(dòng)。變換公式：x=x+x0 y=y+y0 其中，（x,y）為原圖像坐標(biāo)，（x,y）為變換后的圖像坐標(biāo)。二、圖像的幾何運(yùn)算二、圖像的幾何運(yùn)算鏡像鏡像定義：鏡像是一個(gè)物體相對(duì)于一個(gè)鏡面的復(fù)制品。包括水平鏡像和垂直鏡像兩種。n 水平鏡像矩陣表達(dá)式：其中，W為圖像的寬度。二、圖像的幾何運(yùn)算二、圖像的幾何運(yùn)算鏡像鏡像定義：鏡像是一個(gè)物體相對(duì)于一個(gè)鏡面的復(fù)

12、制品。包括水平鏡像和垂直鏡像兩種。n 垂直鏡像矩陣表達(dá)式：其中，H為圖像的高度。二、圖像的幾何運(yùn)算二、圖像的幾何運(yùn)算縮放縮放將圖像中的某點(diǎn)（x，y）經(jīng)放大縮小后其位置變?yōu)椋▁，y），變換公式為：矩陣表達(dá)式：x=ax y=by 常用方法：最近鄰插值法、雙線性插值法二、圖像的幾何運(yùn)算二、圖像的幾何運(yùn)算縮放縮放n 最近鄰插值法令輸出像素的灰度值等于離它所映射到的位置最近的輸入像素的灰度值。n 雙線性插值法求到相鄰的4個(gè)方格上點(diǎn)的距離之比，用這個(gè)比率和4個(gè)臨點(diǎn)像素的灰度值進(jìn)行灰度差值。對(duì)于一個(gè)目的像素，設(shè)置坐標(biāo)通過反向變換得到的浮點(diǎn)坐標(biāo)為(i+u,j+v)，其中i，j均為非負(fù)整數(shù)，p、q為0,1）區(qū)間

13、的浮點(diǎn)數(shù)，則這個(gè)像素的值f(i+p,j+q)可由原圖像中坐標(biāo)(i，j)、 (i+1，j)、 (i，j+1) 、 (i+1，j+1)所對(duì)應(yīng)周圍的4個(gè)像素的值決定，即：f(i+p,j+q)=(1-p)(1-q) f(i,j)+(1-p)qf(i,j+1)+p(1-q)f(i+1,j)+pqf(i+1,j+1)其中，f(i,j)表示源圖像(i,j)處的像素值。二、圖像的幾何運(yùn)算二、圖像的幾何運(yùn)算旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)如果平面內(nèi)的點(diǎn)（x，y）繞原點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) ，則它的旋轉(zhuǎn)公式為：x=xcos-ysin y=xsin+ycos逆變換公式為：x=xcos+ysin y=-xsin+ycos 矩陣表達(dá)式：目錄目錄圖像的基

14、本知識(shí)圖像的幾何運(yùn)算圖像的非幾何運(yùn)算圖像處理的總結(jié)三三、圖像的非幾何、圖像的非幾何運(yùn)算運(yùn)算圖像的調(diào)整圖像的濾鏡三三、圖像的、圖像的非幾何運(yùn)算非幾何運(yùn)算圖像的調(diào)整圖像的調(diào)整n 亮度/對(duì)比度定義：點(diǎn)運(yùn)算將輸入圖象映射為輸出圖象，當(dāng)輸出圖象與輸入圖像呈線性關(guān)系時(shí)，就是線性點(diǎn)運(yùn)算。線性函數(shù)為：G(X,Y)=PF(X,Y)+L其中G表示輸出圖像，F(xiàn)表示輸入圖像，P表示斜率，L表示偏移量對(duì)于斜率P：如果P1，圖像的對(duì)比度增大如果1P0，圖像的對(duì)比度將減小如果P=1，變化L的大小，圖像會(huì)變亮或是變暗如果P= bmpData.Width) dx = bmpData.Width - 1;if (dy = bmp

15、Data.Height) dy = bmpData.Height - 1;n 霧化在圖像中引入一定的隨機(jī)值，打亂圖像中的像素值，代碼為：Random MyRandom = new Random();k = MyRandom.Next(123456);tembmpj * bmpData.Stride + i * 3 = grayValuesdy*bmpData.Stride + dx * 3;tembmpj * bmpData.Stride + i * 3 + 1 = grayValuesdy*bmpData.Stride + dx * 3 + 1;tembmpj * bmpData.Strid

16、e + i * 3 + 2 = grayValuesdy*bmpData.Stride + dx * 3 + 2;三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡n 邊緣檢測(cè)邊緣檢測(cè)（圖a）層位追蹤（圖b）u 引入三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡n 邊緣檢測(cè)等高線追蹤（圖c）u 引入三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡邊緣的產(chǎn)生：由于圖像中灰度值的不連續(xù)（或者突變）。函數(shù)說明：n 邊緣檢測(cè)u 引入三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡基本思想：利用一階導(dǎo)數(shù)或者二階導(dǎo)數(shù)來檢測(cè)邊緣。一階導(dǎo)數(shù)：Roberts算子法

17、、Prewitt算子法、Sobel算子法 二階導(dǎo)數(shù)：拉普拉斯算子法n 邊緣檢測(cè)u 處理算法三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡Sobel：121000-1 -2-1-101-202-101Prewitt：-101-101-101111000-1-1-1Roberts：0 1-1 01 00 -1n 邊緣檢測(cè)u 一階導(dǎo)數(shù)三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡拉普拉斯：0101- 41011拉普拉斯是無方向的算子，因此它只有一個(gè)模版。n 邊緣檢測(cè)u 二階導(dǎo)數(shù)三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡n 圖像去噪 定義：圖像在攝取時(shí)或傳

18、輸時(shí)，所受到的隨機(jī)干擾信號(hào)。 常見類型：高斯噪聲、瑞利噪聲、指數(shù)噪聲、椒鹽噪聲等。u 引入三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡n 圖像去噪u 高斯噪聲：出現(xiàn)的位置是一定（每一點(diǎn)），噪聲的幅值是隨機(jī)的（服從正態(tài)分布）。u 椒鹽噪聲：出現(xiàn)的位置隨機(jī)，噪聲的幅值基本相同。三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡n 圖像去噪u 設(shè)計(jì)思想：利用濾波器，在盡可能保持在原圖信息的基礎(chǔ)上抑制噪聲。u 濾波器類別：均值濾波器（線性）、中值濾波器（非線性） 。三、圖像的非幾何運(yùn)算三、圖像的非幾何運(yùn)算圖像的濾鏡圖像的濾鏡n 圖像去噪u 算法分析（均值濾波器）：原理：在圖像上，對(duì)待處理的像素給定一