成像圖像基礎(chǔ)

顏色空間RGB加混色顏色空間彩色圖像可由紅、綠、藍三基色圖像疊加而成,紅、綠、藍越多，顏色越亮。第一頁，共56頁。2RGBImageDataRedChannelGreenChannelFullColorImageBlueChannel第二頁，共56頁。CMY減混色顏色空間CMY減混色顏色空間CMY油墨和顏料用的越多，顏色越暗。WhitelightPigmentlayersReflectinglayer(whitepaper)GreenRedBlueBlackWhiteCyanYellowMagentaCyanMagentaYellowBlack第三頁，共56頁。4CMYImageDataFullColorImageCyanImage(1-R)MagentaImage(1-G)YellowImage(1-B)第四頁，共56頁。HSI顏色空間也稱為視覺生理模型：色調(diào)（H，Hue）色飽和度（S，Saturation）明度（I，Intensity）例如：孟塞爾顏色系統(tǒng)應(yīng)用：設(shè)計，試衣網(wǎng)第五頁，共56頁。HSI顏色空間也稱為視覺生理模型：色調(diào)（H，Hue）色飽和度（S，Saturation）明度（I，Intensity）例如：孟塞爾顏色系統(tǒng)應(yīng)用：設(shè)計，試衣網(wǎng)第六頁，共56頁。7HSIImageDataHueChannelSaturationChannelIntensityChannelFullImage第七頁，共56頁。RGB到HIS空間的轉(zhuǎn)換第八頁，共56頁。HSI到RGB空間的轉(zhuǎn)換第九頁，共56頁。YUV和RGB之間轉(zhuǎn)換PAL制式彩色電視使用YUV模型其中，Y為亮度，U、V為色度。下式可實現(xiàn)與RBG間的轉(zhuǎn)換：

Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.169R-0.331G+0.5B第十頁，共56頁。圖像數(shù)字化圖像傳感器與數(shù)字成像

數(shù)字化原理第十一頁，共56頁。

圖像傳感器與數(shù)字成像1.CCD傳感器

電荷耦合器件（ChargedCoupledDevice），感應(yīng)可見光的光強

掃描儀的圖像數(shù)字化過程原理圖

第十二頁，共56頁。圖像傳感器與數(shù)字成像2.CMOS傳感器

互補性金屬氧化物半導(dǎo)體（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）應(yīng)用范圍：低端領(lǐng)域：監(jiān)控，聊天高端領(lǐng)域：專業(yè)單反數(shù)碼相機第十三頁，共56頁。數(shù)字化原理1．?dāng)?shù)學(xué)模型第十四頁，共56頁。2．采樣和量化

采樣：空間上的離散化量化：灰度上的離散化數(shù)字化原理f連續(xù)信號（抽樣、量化）——數(shù)字信號第十五頁，共56頁。

采樣點陣：正方形、正三角數(shù)字化原理圖像矩陣的特點：

數(shù)字化采樣：正方形點陣、三角形點陣、正六角形點陣等第十六頁，共56頁。數(shù)字化原理3.二維采樣定理：采樣頻率大于圖像信號最高頻率的2倍第十七頁，共56頁。非均勻采樣和均勻采樣－細節(jié)部分，分配較多的采樣數(shù)字化原理均勻采樣非均勻采樣第十八頁，共56頁。5.量化均勻量化非均勻量化:

a）基于視覺特性：對亮度值急劇變化部分無需過細分層，進行粗量化,對亮度值平緩變化部分需過細分層，進行細量化

b）先計算所有可能的亮度值出現(xiàn)的概率分布，對概率分布大的進行細量化,對概率分布小的進行粗量化,非均勻量化可以減少量化誤差，又能用較少的比特數(shù)實現(xiàn)量化數(shù)字化原理f第十九頁，共56頁。量化和采樣是兩個不同的概念，量化是在每個采樣點上進行的，所以必須先采樣后量化。量化和采樣是圖像數(shù)字化的不可或缺的兩個操作，二者緊密相關(guān)，同時完成。6.采樣和量化的關(guān)系數(shù)字化原理第二十頁，共56頁。圖像空間分辨率變化所產(chǎn)生的效果數(shù)字化原理第二十一頁，共56頁。圖像幅度分辨率變化所產(chǎn)生的效果

數(shù)字化原理第二十二頁，共56頁?？臻g和幅度分辨率同時變化所產(chǎn)生的效果數(shù)字化原理第二十三頁，共56頁。

圖像（水平）尺寸M：

圖像（垂直）尺寸N： 象素灰度級數(shù)G(k-bit)： 圖像數(shù)字化后所需的位數(shù)b：數(shù)字化原理第二十四頁，共56頁。幾種常用的圖像大小如下：

漢字：取決于字的大小，每個字可以從16×16到256×256象素；

顯微鏡圖像：256×256或512×512象素；

電視圖像：500～700×480象素；

CRT顯示器：一般640×480或1024×1024象素，2048×2048象素等數(shù)字化原理第二十五頁，共56頁。圖像分辨率

圖像中每單位長度上的像素數(shù)目，稱為圖像的分辨率，其單位為像素/英寸（PPI）或是像素/厘米。在相同尺寸的兩幅圖像中，高分辨率的圖像包含的像素比低分辨率的圖像包含的像素多。72像素10像素圖像的尺寸、圖像的分辨率和圖像文件的大小三者之間有著密切的聯(lián)系。圖像的尺寸越大，圖像的分辨率越高，圖像文件也就越大。調(diào)整圖像的大小和分辨率即可改變圖像文件的大小。第二十六頁，共56頁。屏幕分辨率

屏幕分辨率是顯示器上每單位長度顯示的點的數(shù)目（DPI）。屏幕分辨率取決于顯示器大小及其像素設(shè)置。當(dāng)圖像分辨率高于顯示器分辨率時，屏幕中顯示的圖像比實際尺寸大。25dpi150dpi300dpi圖2-3不同分辨率之比較第二十七頁，共56頁。輸出分辨率打印機分辨率輸出分辨率是照排機或打印機等輸出設(shè)備產(chǎn)生的每英寸的油墨點數(shù)（dpi）。打印機的分別率在720dpi以上的，可以使圖像獲得比較好的效果。

CTP分辨率印刷機分辨率（LPI）第二十八頁，共56頁。二值圖像

黑白圖象，二值圖，每個像素點由1位二進制數(shù)據(jù)表示1第二十九頁，共56頁?；叶葓D像

灰度圖象，8位二進制表示每個像素點2第三十頁，共56頁。彩色圖像

彩色圖象，24位二進制表示每個像素點，RGB3第三十一頁，共56頁。圖像數(shù)據(jù)量計算

圖像數(shù)據(jù)量大小=像素總數(shù)×圖像深度÷8例如，一幅640×480的256色圖像大小為:640×480×8／8=307200字節(jié)第三十二頁，共56頁。數(shù)字圖像處理中的lenna萊娜(lenna)圖在數(shù)字圖像處理學(xué)習(xí)與研究中頗為知名，常被用作數(shù)字圖像處理各種實驗的例圖。該圖原本是刊于1972年11月號花花公子雜志上的一張裸體插圖照片的一部分，這期花花公子也是歷年來最暢銷的一期，銷量達7,161,561本。1973年6月，美國南加州大學(xué)的信號圖像處理研究所的一個助理教授和他的一個研究生打算為了一個學(xué)術(shù)會議找一張數(shù)字照片，而他們對于手頭現(xiàn)有成堆"無聊"照片感到厭煩。事實上他們需要的是一個人臉照片，同時又能讓人眼前一亮。這時正好有人走進實驗室，手上帶著一本當(dāng)時的花花公子雜志，結(jié)果故事發(fā)生了……而限于當(dāng)時實驗室設(shè)備和測試圖片的需要，lenna的圖片只摳到了原圖的肩膀部分。第三十三頁，共56頁。數(shù)字圖像處理中的lennaLenna女士現(xiàn)在仍住在她的家鄉(xiāng)瑞典，擁有一個有三個孩子的家庭，并且在國家酒類專賣局工作。在1988年的時候，她接受了瑞典一些計算機相關(guān)出版社的訪問，她對于她的照片有這樣的奇遇感到非常的驚奇與興奮。這是她首次得知她的照片被應(yīng)用在計算機行業(yè)。Lenna于1997年被邀請為嘉賓，參加了數(shù)字圖像科學(xué)技術(shù)50周年學(xué)術(shù)會議。在該會議上，Lenna成了最受歡迎的人之一，她做了關(guān)于自己介紹的簡要發(fā)言，并被無數(shù)的fans索取簽名。

萊娜圖在圖像壓縮算法是最廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)測試圖——她的臉部與裸露的肩部已經(jīng)變成了事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。然而，這張圖像的使用也引起了一些爭議。一些人擔(dān)心它的色情內(nèi)容；《花花公子》雜志曾經(jīng)威脅要起訴對萊娜圖未經(jīng)授權(quán)的使用。不過這家雜志已經(jīng)放棄了這種威脅，取而代之的是鼓勵因為公眾利益使用萊娜圖。

戴維·C·蒙森,IEEE圖像處理匯刊的主編,在1996年1月引用了兩個原因來說明萊娜圖在科研領(lǐng)域流行的原因：1.該圖適度的混合了細節(jié)、平滑區(qū)域、陰影和紋理，從而能很好的測試各種圖像處理算法。2.Lenna是個美女，對于圖象處理界的研究者來說，美女圖可以有效的吸引他們來做研究。第三十四頁，共56頁。

圖像文件格式一般的圖像文件結(jié)構(gòu)主要都包含有文件頭、文件體和文件尾等三部分：軟件ID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圖像數(shù)據(jù)彩色變換表用戶名注釋開發(fā)日期工作時間第三十五頁，共56頁。圖像文件格式分類位圖圖像位圖圖像也叫點陣圖像，它是由許多單獨的小方塊組成的，這些小方塊又稱為像素點，每個像素點都有特定的位置和顏色值。像素點越多，圖像的分辨率越高，相應(yīng)地，圖像的文件量也會隨之增大。使用放大工具放大后，可以清晰地看到像素的小方塊形狀與不同的顏色。原始效果放大后的效果

Image，是由輸入設(shè)備捕捉的實際場景畫面，靜止圖像由一些排列成行和列的點組成（即像素點）。第三十六頁，共56頁。圖像文件格式分類矢量圖形

矢量圖也叫向量圖，它是一種基于圖形的幾何特性來描述的圖像。矢量圖中的各種圖形元素稱為對象，每一個對象都是獨立的個體，都具有大小、顏色、形狀、輪廓等屬性。矢量圖與分辨率無關(guān)，可以將它設(shè)置為任意大小，其清晰度不變，也不會出現(xiàn)鋸齒狀的邊緣。

原始效果放大后的效果

Graphic，是一組點、線、面等的大小、形狀及位置、維數(shù)的指令集合第三十七頁，共56頁。BMP格式TIFF格式GIF格式JPEG格式EPS格式PSD格式：DICOM文件格式常用的圖像文件格式第三十八頁，共56頁。BMP

常用文件格式Bitmap，Microsoft公司開發(fā)，用于Windows環(huán)境

文件頭信息頭實際數(shù)據(jù)擴展名采用“.bmp”文件描述單一(靜止)圖像(3)索引RGB(1)用于表現(xiàn)打印、顯示用圖像

(2)不適于網(wǎng)絡(luò)傳送

(3)不適于提供印刷文件用途第三十九頁，共56頁。Tiff/Tif

常用文件格式TagImageFileFormat，Aldus公司開發(fā)，用于精確描述圖像的場合

(1)平面設(shè)計作品的最佳表現(xiàn)形式

(2)用于提供印刷文件(3)不適于網(wǎng)絡(luò)傳送文件頭標(biāo)識信息區(qū)圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用

(1)擴展名采用“.tif”(2)文件描述單一(靜止)圖像

(3)彩色模式:21(單色)

~232(4)支持多平臺(PC&Macintosh)(5)可采用多種壓縮數(shù)據(jù)格式特點第四十頁，共56頁。TIFF格式TIFF格式是標(biāo)簽圖像格式?？梢杂糜赑C、Macintosh以及UNIX工作站3大平臺，是這3大平臺上使用最廣泛的繪圖格式。用TIFF格式存儲時應(yīng)考慮到文件的大小，因為TIFF格式的結(jié)構(gòu)要比其他格式更復(fù)雜。但TIFF格式支持24個通道，能存儲多于4個通道的文件格式。TIFF格式還允許使用PhotoshopCS3中的復(fù)雜工具和濾鏡特效。TIFF格式非常適合于印刷和輸出。第四十一頁，共56頁。GIF

常用文件格式GraphicsInterchangeFormat,CompuServe公司開發(fā),用于屏顯和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特點用于屏幕顯示圖像和電腦動畫(2)用于網(wǎng)絡(luò)傳送(3)不適于保存高質(zhì)量印刷文件(1)擴展名采用“.gif”(2)具有87a、89a兩種格式

87a——描述單一(靜止)圖像

89a——描述多幀圖像

(3)彩色模式:28(256色)(4)采用改進的LZW壓縮算法文件頭邏輯屏幕描述圖像數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志調(diào)色板信息第四十二頁，共56頁。GIF格式

GIF圖像格式還增加了漸顯方式，也就是說，在圖像傳輸過程中，用戶可以先看到圖像的大致輪廓，然后隨著傳輸過程的繼續(xù)而逐步看清圖像中的細節(jié)部分，從而適應(yīng)了用戶的"從朦朧到清楚"的觀賞心理。由于8位存儲格式的限制，使其不能存儲超過256色的圖像。

最適合在圖片顏色總數(shù)少于256色的使用。GIF格式，文體體積小，而且清晰度非常高。第四十三頁，共56頁。JPEG/JPG

常用文件格式JointPhotographicExpertsGroup，聯(lián)合專家小組開發(fā)，用于彩色圖像的存儲和網(wǎng)絡(luò)傳送應(yīng)用特點(1)用于保存表現(xiàn)自然景觀的圖像(2)用于網(wǎng)絡(luò)傳送(3)不適于表現(xiàn)有明顯邊界的圖形(4)不適用于高質(zhì)量印刷文件(1)擴展名采用“.jpg”(2)采用有損壓縮編碼形式，數(shù)據(jù)量小(3)彩色模式:(真彩色)(4)經(jīng)解壓縮，方可顯示圖像，顯示速度慢第四十四頁，共56頁。EPS格式

EPS格式可以用于存儲矢量圖形，幾乎所有的矢量繪制和頁面排版軟件都支持該格式。在Photoshop中打開其他應(yīng)用程序創(chuàng)建的包含矢量圖形的EPS文件時，Photoshop會對此文件進行柵格化，將矢量圖形轉(zhuǎn)換為位圖圖像。EPS格式支持Lab、CMYK、RGB、索引顏色、灰度和位圖色彩模式，不支持Alpha通道。但該格式支持剪貼路徑。第四十五頁，共56頁。PNG格式PNG（portablenetworkgraphic，便攜網(wǎng)絡(luò)圖像）圖像由于受到W3C（WorldWideWebConsortium）組織的大力推薦，目前已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上逐漸推廣。它既可以采用無損壓縮算法，又可以采用有損壓縮算法，以期在質(zhì)量與文件大小之間找到最好的平衡，同時又支持真彩色。目前較高版本的瀏覽器，都支持PNG格式的圖像。第四十六頁，共56頁。PSD格式PSD格式格式是Photoshop自身的專用文件格式，能夠支持從線圖到CMYK的所有圖像類型，但由于在一些圖形處理軟件中沒有得到很好的支持，所以其通用性不強。PSD格式格式能夠保存圖像數(shù)據(jù)的細小部分，如圖層、附加的遮膜通道等PhotoshopCS3對圖像進行特殊處理的信息。第四十七頁，共56頁。DICOM

(DigitalImagingandCommunicationsin

Medicine)

是醫(yī)學(xué)圖像文件存儲格式，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。DICOM文件格式第四十八頁，共56頁。選擇合適的圖像文件存儲格式選擇合適的圖像文件存儲格式：用于印刷：TIFF、EPS；出版物：PDF；Internet圖像：GIF、JPEG、PNG；用于PhotoshopCS3工作：PSD、PDD、TIFF醫(yī)學(xué)應(yīng)用：DICOM文件格式第四十九頁，共56頁。圖像質(zhì)量評價圖像質(zhì)量的客觀評價圖像質(zhì)量的主觀評價第五十頁，共56頁。圖像質(zhì)量的客觀評價歸一化方均誤差第五十一頁，共56頁。峰值方均誤差等效信噪比

圖像質(zhì)量的客觀評價f(j,k)——被變換的圖像場，A——f(j,k)的最大值第五十二頁，共56頁。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