數(shù)字圖像復(fù)習(xí)要點(diǎn)資料

1、2022/7/271數(shù)字圖像處理復(fù)習(xí)(fx)總結(jié)共五十七頁第一章 概論(giln)1、圖像就是三維場景在二維平面上的影像。2、數(shù)字圖像是用配置在二維平面(畫面)上的灰度值或彩色值來表示信息的， 信息擴(kuò)展在二維平面上。 3、模擬圖像：指空間坐標(biāo)和明暗程度都連續(xù)變化的、計(jì)算機(jī)無法直接處理的圖像。如傳統(tǒng)相機(jī)拍攝的照片、圖片(tpin)、海報(bào)、廣告畫、電影膠片等。 4、 數(shù)字圖像:以數(shù)字格式存放的圖像。 5、數(shù)字圖像的表示: 一幅MN個(gè)像素的數(shù)字圖像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩陣G或二維數(shù)組T來表示:共五十七頁6、像素：數(shù)字圖像中每個(gè)基本單元叫做圖像元素，簡稱像素(pixel)。一幅圖像在空間上

2、的分辨率與其包含的像素個(gè)數(shù)成正比，像素個(gè)數(shù)越多，圖像的分辨率越高，也就越有可能看出圖像的細(xì)節(jié)。 7、數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）:利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、 增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等的理論、 方法和技術(shù)稱為數(shù)字圖像處理。也稱之為計(jì)算機(jī)圖像處理（Computer Image Processing）。 8、圖像處理的目的 1） 提高圖像的視感質(zhì)量， 以達(dá)到賞心悅目的目的。 2）提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息， 以便于計(jì)算機(jī)分析，常用作模式識(shí)別(m sh sh bi)、計(jì)算機(jī)視覺的預(yù)處理等。共五十七頁 3） 對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、 編碼和壓縮， 以便于

3、圖像的存儲(chǔ)和傳輸。 9、數(shù)字圖像處理的主要(zhyo)內(nèi)容1）圖像獲取、表示和表現(xiàn)（Image Acquisition， Representation and Presentation）2）圖像復(fù)原（Image Restoration）(客觀)3）圖像增強(qiáng)（Image Enhancement）(主觀)4） 圖像分割（Image Segmentation） 5）圖像分析6）圖像重建 7）圖像壓縮編碼共五十七頁10、數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)：（1） 處理精度高，再現(xiàn)性好。（2） 易于控制處理效果。（3）處理的多樣性。（4） 圖像數(shù)據(jù)量龐大。（5） 處理費(fèi)時(shí)。（6 ） 圖像處理技術(shù)(jsh)綜合性強(qiáng)。圖像

4、工程三個(gè)層次：共五十七頁11、相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域 圖像工程(gngchng)是一門系統(tǒng)地研究各種圖像理論、技術(shù)和應(yīng)用的交叉學(xué)科。與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別、 計(jì)算機(jī)視覺、 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 遺傳算法、模糊邏輯等理論和技術(shù)都有密切的聯(lián)系，它的發(fā)展應(yīng)用與醫(yī)學(xué)、遙感、通信、文檔處理和工業(yè)自動(dòng)化等許多領(lǐng)域也是密不可分的。 共五十七頁第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)(jch) 圖像處理(t xin ch l)的方法有:模擬式 數(shù)字式(計(jì)算機(jī))圖像數(shù)字化過程：包括采樣和量化過程。 采樣：將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)的操作。 采樣點(diǎn)：用空間上部分點(diǎn)的灰度值代表圖像的

5、這些點(diǎn)。采樣步驟：.先沿垂直方向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。. 再對(duì)一維掃描線信號(hào)按一定間隔采樣得到離散信號(hào)。（水平方向采樣）共五十七頁采樣間隔選?。翰蓸娱g隔的選取決定了采樣后圖像的質(zhì)量。選取依據(jù)：由原圖像中包含的細(xì)微(xwi)濃淡變化來決定。一般圖像中細(xì)節(jié)越多，采樣間隔應(yīng)越小。 對(duì)一幅圖像采樣時(shí)，若每行（即橫向）像素為M個(gè)，每列（即縱向）像素為N個(gè)，則圖像大小為MN 個(gè)像素。量化：將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值的過程?；叶燃?jí)數(shù)：一幅數(shù)字圖像中不同灰度值的個(gè)數(shù)，用G表示。 一般來說 ，g就是表示圖像像素灰度值所需的比特位數(shù)(如bit或bit)。 一

6、幅大小為MN、灰度級(jí)數(shù)為G的圖像所需的存儲(chǔ)空間，即圖像的數(shù)據(jù)量，大小為 MNg(bit共五十七頁采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系數(shù)字化方式可分為均勻采樣、量化和非均勻采樣、量化。 所謂“均勻”，指的是采樣、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。 非均勻采樣是根據(jù)圖象細(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。 非均勻量化是對(duì)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）采樣間隔（采樣點(diǎn)）與圖像的關(guān)系 一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素?cái)?shù)越少，空間分辨率低，質(zhì)量(zhling)差，嚴(yán)重時(shí)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

7、像素?cái)?shù)越多，空間分辨率高，圖像質(zhì)量(zhling)好，但數(shù)據(jù)量大。共五十七頁量化等級(jí)與圖像關(guān)系 圖像的采樣點(diǎn)數(shù)一定時(shí)，量化等級(jí)越多，所得圖像層次越豐富，圖像質(zhì)量好； 量化等級(jí)越少，圖像層次欠豐富，會(huì)出現(xiàn)假輪廓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量變差。采樣和量化的一般原則 當(dāng)限定數(shù)字圖像的大小時(shí), 為了得到質(zhì)量較好的圖像可采用 （1）對(duì)緩變的圖像，應(yīng)該細(xì)量化，粗采樣，以避免假輪廓。 （2） 對(duì)細(xì)節(jié)豐富的圖像，應(yīng)細(xì)采樣，粗量化，以避免模糊（混疊）。對(duì)于(duy)彩色圖像，是按照顏色成分紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）分別采樣和量化的。若各種顏色成分均按8 bit量化，即每種顏色量級(jí)別是256，則可以處理256256256=

8、16777216種顏色。 常見的數(shù)字化設(shè)備有數(shù)字相機(jī)、掃描儀、數(shù)字化儀等。共五十七頁 (1) 采樣孔(Sampling aperture)： 使數(shù)字化設(shè)備能夠單獨(dú)地觀測特定的圖像元素而不受圖像其他(qt)部分的影響。 (2) 圖像掃描機(jī)構(gòu)： 使采樣孔按照預(yù)先確定的方式在圖像上移動(dòng)，從而按順序觀測每一個(gè)像素。 (3) 光傳感器： 通過采樣檢測圖像的每一像素的亮度， 通常采用CCD陣列。 (4) 量化器：將傳感器輸出的連續(xù)量轉(zhuǎn)化為整數(shù)值。典型的量化器是A/D轉(zhuǎn)換電路，它產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓或電流成比例的數(shù)值。 (5) 輸出存儲(chǔ)裝置：將量化器產(chǎn)生的灰度值按適當(dāng)格式存儲(chǔ)起來，以用于計(jì)算機(jī)后續(xù)處理。 數(shù)字

9、化設(shè)備(shbi)的組成數(shù)字化共五十七頁靜態(tài)圖像可分為：矢量(Vector)圖和位圖(Bitmap)，位圖也稱為柵格圖像矢量(Vector)圖特點(diǎn)：用一系列繪圖指令來表示一幅圖，如AutoCAD中的繪圖語句。矢量圖的優(yōu)缺點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn)：(1).矢量圖形文件較小。(2).圖像質(zhì)量與分辨率無關(guān)。矢量圖形的是無論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等都不會(huì)失真； 缺點(diǎn): (1)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(b shi)很逼真。 (2)不易在不同的軟件間交換文件。共五十七頁位圖 一、 特點(diǎn)：是通過許多像素點(diǎn)表示一幅圖像，每個(gè)像素具有(jyu)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

10、反映明暗的變化、復(fù)雜的場景和顏色。 優(yōu)缺點(diǎn)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，并且縮放時(shí)清晰度會(huì)降低并出現(xiàn)鋸齒。位圖的類型：1、線畫稿（LineArt)、2、灰度圖像(GrayScale)、3、索引圖像(Index Color) 4、真彩色圖像（True Color）。灰度圖像：像素灰度級(jí)用8 bit表示，每個(gè)像素都是介于黑色和白色之間的256（28=256）種灰度中的一種。通常所說的黑白照片，其實(shí)包含了黑白之間的所有灰度色調(diào)。從技術(shù)上來說，就是具有從黑到白的256種灰度色域（Gamut）的單色圖像。 共五十七頁位圖的有關(guān)(yugun)術(shù)語 1. 像素（Pixel）、點(diǎn)（

11、Dot）和樣點(diǎn)（Sample）像素：在計(jì)算機(jī)中，圖像是由顯示器上許多光點(diǎn)組成的， 將顯示在顯示器上的這些點(diǎn)（光的單元）稱為像素。不像“克”和“厘米”那樣是絕對(duì)的度量單位，可大可小。點(diǎn)（Dot）和樣點(diǎn)（Sample）掃描儀將源圖像看成由大量的網(wǎng)格組成，然后在每一個(gè)網(wǎng)格里取出一點(diǎn)，用該點(diǎn)的顏色值來代表這一網(wǎng)格里所有點(diǎn)的顏色值，這些被選中的點(diǎn)就是樣點(diǎn)。 1） 圖像分辨率 圖像分辨率：是指每英寸圖像含有多少個(gè)點(diǎn)或像素， 分辨率的單位為dpi。在數(shù)字圖像中，分辨率的大小直接影響到圖像的質(zhì)量。圖像尺寸分辨率文件大小共五十七頁2） 屏幕分辨率 顯示器上每單位長度顯示的像素或點(diǎn)的數(shù)量稱為(chn wi)屏幕分

12、辨率。通常以每英寸點(diǎn)數(shù)(dpi)來表示。屏幕分辨率取決于顯示器的大小及其像素設(shè)置。(VGA)3） 打印機(jī)分辨率 打印機(jī)分辨率又稱輸出分辨率，是指打印機(jī)輸出圖像時(shí)每英寸的點(diǎn)數(shù)(dpi)。共五十七頁圖像(t xin)文件格式 圖像的一般結(jié)構(gòu)：包含有文件頭、文件體和文件尾等三部分1,BMP位圖格式 最典型的應(yīng)用BMP格式的程序就是Windows的畫筆。文件不壓縮，占用磁盤空間較大，它的顏色存儲(chǔ)格式有 1位、4位、8位及24位，該格式是當(dāng)今應(yīng)用比較廣泛的一種格式。但缺點(diǎn)是該格式文件比較大，所以只能應(yīng)用在單機(jī)上，不受網(wǎng)絡(luò)歡迎。 2、GIF格式 該圖形格式卻在Internet上被廣泛地應(yīng)用，原因主要是25

13、6種顏色已經(jīng)較能滿足主頁圖形需要(xyo)，而且文件較小，適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳輸和使用。 非柵格的圖像標(biāo)準(zhǔn)共五十七頁3、JPEG格式 可以用不同的壓縮比例對(duì)這種文件壓縮，其壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，對(duì)圖像質(zhì)量影響(yngxing)不大，因此可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像質(zhì)量。由于它優(yōu)異的性能，所以應(yīng)用非常廣泛，而在Internet上，它更是主流圖形格式。 4、PCX格式 PCX格式是ZSOFT公司在開發(fā)圖像處理軟件Paintbrush時(shí)開發(fā)的一種格式，存儲(chǔ)格式從 1位到24位，它是經(jīng)過壓縮的格式，占用磁盤空間較少。由于該格式出現(xiàn)的時(shí)間較長，并且具有壓縮及全彩色的能力，所以 PCX格式現(xiàn)在仍是十分流行。

14、5、PSD格式（Photoshop格式） Adobe公司開發(fā)的圖像處理軟件Photoshop中自建的標(biāo)準(zhǔn)文件格式就是PSD格式，在該軟件所支持的各種格式中，PSD格式存取速度比其它格式快很多，功能也很強(qiáng)大。由于 Photoshop軟件越來越廣泛地應(yīng)用，所以這個(gè)格式也逐步流行起來。PSD格式是Photoshop的專用格式，里面可以存放圖層、通道、遮罩等多種設(shè)計(jì)草稿。 共五十七頁6、TIFF格式 TIFF格式具有圖形格式復(fù)雜、存儲(chǔ)信息多的特點(diǎn)。3DS、3DS MAX中的大量貼圖就是TIFF格式的。TIFF最大色深為32bit，可采用LZW無損壓縮方案存儲(chǔ)。 7、PNG格式 PNG（Portable

15、 Network Graphics）是一種新興的網(wǎng)絡(luò)圖形格式，結(jié)合了GIF和JPEG的優(yōu)點(diǎn)，具有存儲(chǔ)形式豐富的特點(diǎn)。PNG最大色深為48bit，采用無損壓縮方案存儲(chǔ)。著名的Macromedia公司的Fireworks的默認(rèn)格式就是PNG。 8、SVG格式(現(xiàn)在最火熱的圖像文件格式) SVG是Scalable Vector Graphics 的首字母縮寫，含義是可縮放的矢量圖形。它是一種開放標(biāo)準(zhǔn)的矢量圖形語言，可讓你設(shè)計(jì)激動(dòng)人心的、高分辨率的 Web圖形頁面。該軟件提供了制作復(fù)雜元素的工具，如漸變、嵌入字體、透明效果、動(dòng)畫和濾鏡效果，并且可使用平常的字體命令插入到HTML編碼(bin m)中。S

16、VG被開發(fā)的目的是為Web提供共五十七頁分段(fn dun)線性變換為了突出感興趣的目標(biāo)或灰度區(qū)間(q jin)，相對(duì)抑制那些不感興趣的灰度區(qū)域，可采用分段線性變換。常用的三段線性變換法如下頁圖所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：概述分類灰度變換（4-4）共五十七頁分段(fn dun)線性變換概述分類灰度變換圖 分段(fn dun)線性變換 變換后圖像原始圖像變換函數(shù)實(shí)例共五十七頁通過細(xì)心調(diào)整折線拐點(diǎn)的位置及控制分段直線的斜率，可對(duì)任一灰度區(qū)間進(jìn)行(jnxng)擴(kuò)展或壓縮。這種變換適用于在黑色或白色附近有噪聲干擾的情況。分段(fn dun)線性變換概述分類灰度變換共五十七頁例1：有一幅 6464，8級(jí)灰度

17、的圖像(t xin)，其灰度級(jí)分布及 對(duì)其實(shí)現(xiàn)直方圖均衡化過程見下表。8個(gè)灰度級(jí)5個(gè)灰度級(jí)1/7=0.142 2/7=0.286 3/7=0.429 4/7=0.571 5/7=0.714 6/7=0.857 7/7=1Sk=pr(rj)sk并sknskpk(s)0.191/7s0=1/77900.190.443/7s1=3/710230.250.655/7s2=5/78500.210.816/70.896/7s3=6/79850.240.9510.9811.001s4=14480.11rknkpr(rk)=nk/nr0=07900.19r1=1/710230.25r2=2/78500.21r

18、3=3/76560.16r4=4/73290.08r5=5/72450.06r6=6/71220.03810.02r7=1j=0k共五十七頁圖 直方圖均衡化處理(chl) 圖像(t xin)直方圖均衡化離散情況 原圖像的直方圖 變換函數(shù) 均衡化后的直方圖概念性質(zhì)應(yīng)用計(jì)算共五十七頁1、利用累積分布函數(shù)作為灰度變換函數(shù)的的方法對(duì)于對(duì)比度較弱的圖像進(jìn)行處理很有效。2、由于直方圖是近似的概率密度函數(shù)，所以用離散灰度級(jí)作變換一般得不到完全平坦的結(jié)果。3、變換后的灰度級(jí)減少了的這種現(xiàn)象叫“簡并”現(xiàn)象。由于簡并現(xiàn)象的存在(cnzi)，處理后的灰度級(jí)總是要減少的， 這是像素灰度有限的必然結(jié)果。所以 數(shù)字圖像的

19、直方圖均衡只是近似的。直方圖均衡(jnhng)結(jié)論圖像直方圖定義性質(zhì)應(yīng)用計(jì)算共五十七頁4.3.2 模板(mbn)卷積模板：可以是一幅小圖像，也可以是一個(gè)濾波器，或者說是一個(gè)窗口，通常用矩陣來表示。模板卷積作用，可實(shí)現(xiàn)圖像平滑、圖像銳化、邊緣檢測等功能。注意，模板卷積中的模板又稱為卷積核，卷積核中的元素稱為卷積系數(shù)或模板系數(shù)或加權(quán)系數(shù)，其大小及排列順序決定(judng)了對(duì)圖像進(jìn)行鄰域處理的類型。概念基本方法共五十七頁模板卷積的基本(jbn)步驟： (1)模板在輸入圖像上移動(dòng)，讓模板原點(diǎn)依次與輸入圖像中的每個(gè)像素(xin s)重合； (2)模板系數(shù)與跟模板重合的輸入圖像的對(duì)應(yīng)像素相乘，再將乘積相

20、加； (3)把結(jié)果賦予輸出圖像，其像素位置與模板原點(diǎn)在輸入圖像上的位置一致。 假設(shè)模板h有m個(gè)加權(quán)系數(shù)，模板系數(shù)hi對(duì)應(yīng)的圖像像素為pi，則模板卷積可表示為(4-16) 概念基本方法共五十七頁模板(mbn)卷積示例 圖4-11 模板(mbn)卷積示例概念基本方法共五十七頁卷積中的問題(wnt)問題一、圖像邊界問題，卷積核懸掛在圖像的邊界上，部分模板系數(shù)可能在原圖像中找不到(b do)與之對(duì)應(yīng)的圖像。圖像平滑概念基本方法原圖像“”表示無法進(jìn)行模板操作的像素點(diǎn)卷積核卷積后的圖像共五十七頁問題一解決方法： 第一種：忽略圖像邊界數(shù)據(jù)。 第二種：在圖像四周復(fù)制原圖像邊界像素的值，從而使卷積核懸掛在圖像四

21、周時(shí)可以進(jìn)行(jnxng)正常的計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用中，多采用第一種方法。問題二、是計(jì)算出來的像素值的動(dòng)態(tài)范圍問題。解決方法： 對(duì)于8位的灰度圖，可簡單地將其值置為0或255即可。 卷積中的問題(wnt)圖像平滑概念基本方法共五十七頁模板(mbn)卷積的問題模板卷積是一種非常耗時(shí)的運(yùn)算，尤其是模板尺寸較大時(shí)。因此，模板卷積時(shí)模板不宜太大，一般用33或55的模板就可以(ky)了。另外，可以(ky)設(shè)法將二維模板分解為多個(gè)一維模板，這對(duì)減少運(yùn)算量也是有效的。例如，33高斯模板可以分解為一個(gè)水平模板和一個(gè)垂直模板，即 分解為兩個(gè)模板后，完成一次模板運(yùn)算需要6次乘法、4次加法、1次除法。由此可見，當(dāng)圖像較大

22、時(shí)，模板分解將使運(yùn)算大為簡化。概念基本方法共五十七頁4.3.3鄰域(ln y)平均法鄰域平均法的思想：用像素及其指定鄰域內(nèi)像素的平均值或加權(quán)平均值作為該像素的新值，以便去除突變的像素點(diǎn)，從而濾除一定(ydng)的噪聲。數(shù)學(xué)含義可用下式表示： 式中： zi是以(x，y)為中心的鄰域像素值； wi是對(duì)每個(gè)鄰域像素的加權(quán)系數(shù)或模板系數(shù)； mn是加權(quán)系數(shù)的個(gè)數(shù)或稱為模板大小。(4-17)概念基本方法共五十七頁鄰域(ln y)平均法常用模板圖4-12是鄰域平均法中常用的兩個(gè)模板，圖(a)為一個(gè)(y )33 Box模板，圖(b)為一個(gè)33高斯模板，星號(hào)表示模板中心。(a) 33Box模板 (b) 33高斯

23、模板從平滑效果看，高斯模板比同尺寸的Box模板清晰一些。通常所說的鄰域平均是指使用Box模板的圖像平滑，而高斯平滑則是指使用高斯模板的圖像平滑。概念基本方法共五十七頁例如，用33 Box模板對(duì)一幅數(shù)字圖像處理結(jié)果(ji gu)，如圖4-18所示（計(jì)算結(jié)果按四舍五入進(jìn)行了調(diào)整，對(duì)邊界像素不進(jìn)行處理）。鄰域(ln y)平均法圖像平滑概念基本方法 圖 33Box模板平滑處理示意圖共五十七頁主要優(yōu)點(diǎn)：算法簡單，計(jì)算速度快。缺點(diǎn)：降低噪聲的同時(shí)使圖像產(chǎn)生模糊(m hu)，特別在邊緣和細(xì)節(jié)處。而且鄰域越大，在去噪能力增強(qiáng)的同時(shí)模糊程度越嚴(yán)重。對(duì)椒鹽噪聲(在圖像中表現(xiàn)為隨機(jī)分布的黑點(diǎn)和白點(diǎn)，是一種脈沖干擾)

24、的平滑效果并不理想。鄰域(ln y)平均法主要優(yōu)缺點(diǎn):圖像平滑概念基本方法圖 圖像的領(lǐng)域平均法(a) 原始圖像(b) 鄰域平均后的結(jié)果共五十七頁鄰域(ln y)平均法的改進(jìn) 為解決鄰域平均法造成的圖像模糊問題，目前已提出許多保邊緣、細(xì)節(jié)的局部平滑算法。如,閾值法、K鄰點(diǎn)平均法、梯度倒數(shù)加權(quán)平滑法、最大均勻性平滑法、小斜面模型平滑法等.它們(t men)的出發(fā)點(diǎn)都集中在如何選擇鄰域的大小、形狀和方向、參加平均的點(diǎn)數(shù)以及鄰域各點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)等，下面簡要介紹一種算法（超限鄰域平均法 ）(a)原圖像 (b) 對(duì)(a)加椒鹽噪聲的圖像(c)33鄰域平滑 (d) 55鄰域平滑 圖像平滑概念基本方法共五十七頁

25、鄰域(ln y)平均法可以看到“超限鄰域(ln y)平均法”比一般鄰域(ln y)平均法的效果要好，在操作中對(duì)窗口的大小及門限的選擇要慎重，T太小，噪聲消除不干凈；T太大，易使圖像模糊。 在實(shí)際應(yīng)用中我們一般用33窗口，而且還可以對(duì)鄰域中各個(gè)像素乘以不同的權(quán)重然后再平均，以下給出常用的幾種加權(quán)矩陣。 圖像平滑概念基本方法共五十七頁 1、 中值濾波(lb)原理中值濾波原理(yunl)：把以某像素為中心的奇數(shù)點(diǎn)滑動(dòng)窗口內(nèi)的所有像素的灰度按從小到大排序，取排序結(jié)果的中間值作為該像素的灰度值。 是一種非線性的圖像平滑法。例：采用13窗口進(jìn)行中值濾波 原圖像為：2 2 6 2 1 2 4 4 4 2 4

26、 處理后為： 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4中值濾波器只是統(tǒng)計(jì)排序?yàn)V波器(OrderStatistics Filters)的一種。統(tǒng)計(jì)排序?yàn)V波器先對(duì)被模板覆蓋的像素按灰度排序，然后取排序結(jié)果某個(gè)值作為輸出結(jié)果。若取最大值，則為最大值濾波器，可用于檢測圖像中最亮的點(diǎn)。若取最小值，則為最小值濾波器，用于檢測最暗點(diǎn)。圖像平滑概念基本方法共五十七頁2中值濾波(lb)重要性質(zhì)(1) 不影響階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)，連續(xù)個(gè)數(shù)小于窗口長度一半的脈沖(michng)受到抑制，三角波信號(hào)頂部變平。 圖4-13是使用使用內(nèi)含5個(gè)像素的窗口對(duì)離散階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、 脈沖函數(shù)以及三角形函數(shù)進(jìn)行中值濾波和平均值

27、濾波的示例。 可以看出，中值濾波器不影響階躍函數(shù)和斜坡函數(shù)。周期小于m/2（窗口之半）的脈沖受到抑制，另外三角函數(shù)的頂部變平。概念基本方法共五十七頁圖4-13 中值濾波和平均值濾波比較(a) 階躍；(b)斜坡；(c)單脈沖；(d)雙脈沖(michng)；(e)三脈沖；(f)三角波 左列為原波形(b xn)中間列為平均 值濾波結(jié)果右邊為中值 濾波結(jié)果共五十七頁中值濾波(lb)重要性質(zhì)(2) 中值濾波的輸出與輸入噪聲的密度分布有關(guān)。對(duì)于高斯噪聲(均值為零的正態(tài)分布的隨機(jī)噪聲)，中值濾波效果不如均值濾波。對(duì)于脈沖噪聲，特別是脈沖寬度小于窗口寬度的一半時(shí)，中值濾波效果較好。（3) 中值濾波頻譜特性(t

28、xng)起伏不大，可以認(rèn)為中值濾波后，信號(hào)頻譜基本不變。設(shè)G為輸入信號(hào)頻譜，F(xiàn)為輸出信號(hào)頻譜，定義中值濾波的頻率響應(yīng)特性為 概念基本方法實(shí)驗(yàn)得H與G的關(guān)系曲線如左圖共五十七頁中值濾波(lb)窗口形狀與尺寸的選擇 常用的中值濾波窗口(chungku)有線狀、方形、圓形、十字形以及圓環(huán)形等（如圖）。就一般經(jīng)驗(yàn)來講，對(duì)于有緩變的較長輪廓線物體的圖像，采用方形或圓形窗口為宜。對(duì)于包含有尖頂角物體的圖像，用十字形窗口。 窗口大小則以不超過圖像中最小有效物體的尺寸為宜。如果圖像中點(diǎn)、線、尖角細(xì)節(jié)較多，則不宜采用中值濾波。概念基本方法共五十七頁平滑(pnghu)方法實(shí)驗(yàn) 圖4-14所示圖像平滑實(shí)驗(yàn)，圖中平滑

29、模板均采用5*5的模板。 表明，對(duì)于椒鹽噪聲，中值濾波能在去除噪聲的同時(shí)較好地保持圖像邊緣，而Box模板和高斯模板的鄰域(ln y)平均效果都不佳。對(duì)于高斯噪聲，鄰域平均法尤其是高斯平滑效果更為理想。圖像平滑概念基本方法共五十七頁5.4.3 輪廓跟蹤 輪廓跟蹤就是順序找出邊界點(diǎn)，不僅(bjn)可以跟蹤出邊界，還可以同時(shí)記錄邊界信息，如生成邊界鏈碼，為圖像分析做準(zhǔn)備。下面介紹一種二值圖像的輪廓跟蹤算法。輪廓跟蹤可以基于4方向碼和8方向碼。但對(duì)于大多數(shù)區(qū)域，不一定存在封閉的4連通輪廓，會(huì)導(dǎo)致基于4方向碼的輪廓跟蹤失敗。因此，常用基于8方向碼的輪廓跟蹤。假設(shè)需要處理的圖像為二值圖像，且圖像中只有一個(gè)

30、連通的目標(biāo)區(qū)域，則輪廓跟蹤算法如下。共五十七頁圖5-18 輪廓跟蹤(gnzng)的方向碼 共五十七頁步驟1 首先從上到下、從左到右順序掃描圖像，尋找第一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)作為邊界跟蹤的起始點(diǎn)，記為A。A點(diǎn)一定是最左角上的邊界點(diǎn)，其相鄰的邊界點(diǎn)只可能出現(xiàn)在它的左下、下、右下、右四個(gè)鄰點(diǎn)中。定義一個(gè)搜索方向變量dir，用于記錄從當(dāng)前邊界點(diǎn)搜索下一個(gè)相鄰邊界點(diǎn)時(shí)所用(su yn)的搜索方向碼。dir初始化為：(1) 對(duì)基于4方向的輪廓跟蹤，dir=3，即從方向3開始搜索與A相鄰的下一個(gè)邊界點(diǎn)。(2) 對(duì)基于8方向的輪廓跟蹤，dir=5，即從方向5開始搜索與A相鄰的下一個(gè)邊界點(diǎn)。共五十七頁步驟2 把上一次搜索到

31、的邊界點(diǎn)作為當(dāng)前邊界點(diǎn)，在其33鄰域內(nèi)按逆時(shí)針方向搜索新的邊界點(diǎn)，它的起始搜索方向設(shè)定(sh dn)如下：(1) 對(duì)基于4方向的輪廓跟蹤，使dir=(dir + 3) mod 4，即將上一個(gè)邊界點(diǎn)到當(dāng)前邊界點(diǎn)的搜索方向dir順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)方向；(2) 對(duì)基于8方向的輪廓跟蹤，若上次搜索到邊界點(diǎn)的方向dir為奇數(shù)，則使dir=(dir + 6) mod 8，即將上次的搜索方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)兩個(gè)方向；若dir為偶數(shù)，則使dir=(dir + 7) mod 8，即將上次的搜索方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)方向。共五十七頁步驟3 如果搜索到的邊界點(diǎn)就是第一個(gè)邊界點(diǎn)A，則停止搜索，結(jié)束跟蹤，否則重復(fù)步驟2繼續(xù)搜索。由依

32、次搜索到的邊界點(diǎn)系列就構(gòu)成了被跟蹤的邊界。步驟1中所采用的準(zhǔn)則稱為“探測準(zhǔn)則”，其作用是找出第一個(gè)邊界點(diǎn)；步驟2中所采用的準(zhǔn)則稱為“跟蹤準(zhǔn)則”，其作用是找出所有邊界點(diǎn)。上述算法是輪廓跟蹤的基本算法，它無法處理圖像中的孔洞邊界，得到的輪廓是目標(biāo)區(qū)域(qy)的內(nèi)邊界(邊界點(diǎn)屬于目標(biāo)區(qū)域)。對(duì)于區(qū)域標(biāo)記后的圖像，可以使用該算法跟蹤多個(gè)區(qū)域的邊界。共五十七頁哈夫曼編碼的一般算法如下： （1） 首先統(tǒng)計(jì)信源中各符號(hào)出現(xiàn)的概率， 從大到小排序。 （2） 把最小的兩個(gè)概率相加合并成新的概率， 與剩余的概率組成新的概率集合。 （3） 對(duì)新的概率集合重新排序， 再次把其中最小的兩個(gè)概率相加， 組成新的概率集合。

33、重復(fù)(2) ， 直到最后兩個(gè)概率的和為1。 （4） 分配碼字。碼字分配從最后一步開始反向進(jìn)行， 對(duì)于每次相加的兩個(gè)概率，給大的賦“0”， 小的賦“1”（也可以全部相反， 如果兩個(gè)概率相等， 則從中任選(rn xun)一個(gè)賦“0”， 另一個(gè)賦“1”即可）， 讀出時(shí)從最后一步開始反向進(jìn)行，將路線上所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的順序排好，就是該符號(hào)的哈夫曼編碼。 共五十七頁 例6-1 設(shè)一幅灰度級(jí)為8（分別用S0、S1、S2、S3、S4、S5、 S6、S7表示）的圖像中，各灰度所對(duì)應(yīng)的概率分別為0.40、0.18、 0.10、 0.10、 0.07、 0.06、 0.05、0.04。現(xiàn)對(duì)其

34、進(jìn)行(jnxng)哈夫曼編碼 編碼過程如下所示，（方法一）共五十七頁 （方法(fngf)二）用二叉樹方法實(shí)現(xiàn)Huffman。 思考對(duì)于同一圖像采用Huffman編碼(bin m)，編碼(bin m)是否唯一？S0:0S1:110 S2:100S3:1111S4:1011S5:1010S6:11101S7:111000.13S5 0.06S4 0.07S2 0.10.23S0 0.400.09S6 0.05S7 0.04S3 0.10.19S1 0.180.370.60100000001111111共五十七頁 上述哈夫曼編碼方法形成的碼字是可識(shí)別的，即能夠保證一個(gè)符號(hào)的碼字不會(huì)與另一個(gè)符號(hào)的碼字

35、的前幾位相同。反之，如果S0的碼字為1，S1的碼字為001，而S2的碼字為0011，則當(dāng)編碼序列中出現(xiàn)0011時(shí)，會(huì)出現(xiàn)怎樣的情況？ 就不能判別它是S2的碼字還是S1的碼字 后面跟了一個(gè)S0的碼字1。 下面來看一下(yxi)哈夫曼編碼的編碼效率。 平均碼長R為 共五十七頁數(shù)字圖像的熵H為 則哈夫曼編碼(bin m)的編碼(bin m)效率為 共五十七頁 由此可見，哈夫曼編碼的編碼效率是相當(dāng)高的，其冗余度只有2.2%。如果采用等長編碼，由于有8種灰度級(jí)，則每種灰度級(jí)別至少需要3比特來表示，對(duì)于例6-1中的圖像而言，其編碼的平均碼長為3，編碼效率為85%。 哈夫曼編碼特點(diǎn) 1 編碼長度可變，壓縮與解壓縮較慢 2 硬件實(shí)現(xiàn)困難(kn nn) 3 編碼效率取決于信號(hào)源的數(shù)據(jù)出現(xiàn)概率 在信源概率接近于均勻分布時(shí)，一般不使用哈夫曼編碼。 共五十七頁imread()函數(shù)功能該函數(shù)用于讀取圖片