第2章 圖像處理基礎(chǔ)知識

第2章圖像處理基礎(chǔ)知識圖像和視覺基礎(chǔ)視覺基礎(chǔ)人眼與亮度視覺顏色視覺成像基礎(chǔ)成像模型成像幾何采樣和量化圖像基礎(chǔ)像素間聯(lián)系圖像運算圖像坐標(biāo)變換第2章圖像處理基礎(chǔ)知識2.1圖像數(shù)字化2.2圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3圖像文件格式2.4圖像質(zhì)量評價2.1

圖像數(shù)字化2.1.1圖像傳感器與數(shù)字成像2.1.2數(shù)字化原理2.1.1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

2.1.1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）2.1.2數(shù)字化原理1．?dāng)?shù)學(xué)模型2．采樣和量化

采樣：空間上的離散化量化：灰度上的離散化連續(xù)信號（抽樣、量化）——數(shù)字信號2.1.2數(shù)字化原理

采樣點陣：正方形、正三角2.1.2數(shù)字化原理圖像矩陣的特點：

a）

b）數(shù)字化抽樣：正方形點陣、三角形點陣、正六角形點陣等2.1.2數(shù)字化原理3.采樣定理一維采樣定理：惠特克－卡切尼柯夫－香農(nóng)2.1.2數(shù)字化原理二維采樣定理：采樣頻率大于圖像信號最高頻率的2倍2.1.2數(shù)字化原理2.1.2數(shù)字化原理4.采樣誤差混疊噪聲

孔徑效應(yīng)：實際采樣脈沖不是理想沖擊函數(shù)，有一定的寬度，會產(chǎn)生失真插入噪聲：由采樣圖像信號恢復(fù)到原圖像，無理想濾波器（在內(nèi)頻率特性平坦，相位特性成直線)抖動噪聲：采樣周期為，但發(fā)射與接受端存在相位差異，稱相位抖動。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2.1.2數(shù)字化原理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。2.1.2數(shù)字化原理6.采樣和量化的關(guān)系2.1.2數(shù)字化原理2.1.2數(shù)字化原理2.1.2數(shù)字化原理非均勻采樣和量化－細節(jié)部分，分配較多的采樣－灰度突變部分，可用較少的灰度級數(shù)2.1.2數(shù)字化原理

表示灰度級、bright,彩色,連續(xù)圖像

.如X光圖像反映人體組織吸收特性，紅外圖像反映溫度輻射特性，CCD反映可見光的特性在圖像建模中涉及到保真度(fidelity)：衡量處理方法好壞，清晰否？采樣、量化正交序列展開，F(xiàn)ourier變換統(tǒng)計模型：把圖像看成一個集合的成員如均值、方差。2.1.2數(shù)字化原理2.2

圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.2.1

圖像模式2.2.2

彩色空間2.2.3

圖像存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.2.1圖像模式1．灰度圖像

可由黑白照片數(shù)字化得到，或從彩色圖像進行去色處理得到（256灰度級）2．二值圖像

灰度圖像經(jīng)過二值化處理后的結(jié)果，兩個灰度級，只需用1bit表示。2.2.1圖像模式3．彩色圖像彩色圖像的數(shù)據(jù)不僅包含亮度信息，還要包含顏色信息。彩色的表示方法是多樣化的。三基色模型：RGB（Red/Green/Blue，紅綠藍）

RGB三基色可以混合成任意顏色。2.2.1圖像模式2.2.2

彩色空間1)RGB彩色空間：面向硬件設(shè)備的彩色模型三基色原理三基色指可以用來調(diào)配出其它顏色的紅、綠、藍三種顏色。彩色圖像可由紅、綠、藍

三基色圖像疊加而成。2.2.2

彩色空間在RGB彩色空間中，任意彩色光的配色方程式為：2)CMY彩色空間

自然界物體顏色光的形成方式將物體劃分為兩類——發(fā)光物體和不發(fā)光物體，發(fā)光物體稱為有源物體，不發(fā)光物體稱為無源物體。無源物體是不發(fā)出光波的物體，其顏色由該物體吸收或反射哪些光波來決定，因此采用CMY三基色相減模型和CMY彩色空間描述。2.2.2

彩色空間2.2.2

彩色空間油墨和顏料的三基色是CMY（Cyan/Magenta/Yellow，青/洋紅/黃）而不是RGB，CMY三基色的特點是油墨和顏料用的越多，顏色越暗（或越黑），所以將CMY稱為三減色，而RGB稱為三加色。2.2.2

彩色空間3)HSI彩色空間

區(qū)分顏色常用的3種基本特性量：色調(diào)（Hue）、飽和度（Saturation）、強度（Intensity）。色調(diào)Hue：與混合光譜中主要光波長相聯(lián)系飽和度Saturation：與一定色調(diào)的純度有關(guān)強度Intensity：與物體的反射率成正比1.

一維數(shù)組方式:行×列2.多波段圖像數(shù)據(jù)結(jié)合結(jié)構(gòu)1）按各個波段存儲

列

行紅綠藍2.2.3

圖像存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2）按掃描行存儲紅

綠

藍

…第1行3）按各個像素存儲

紅綠

藍

…（1，1）（1，2）2.2.3

圖像存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.多波段圖像數(shù)據(jù)結(jié)合結(jié)構(gòu)2.3

圖像文件格式2.3.1BMP文件格式2.3.2GIF文件格式2.3.3TIFF文件格式2.3.4JPEG文件格式2.3.5DICOM文件格式2.3

圖像文件格式2.3.1

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）。2.3.2

GIF文件格式

GIF（graphicInterchangeFormat）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。擴展名為gif。2.3

圖像文件格式2.3.3TIFF文件格式

TIFF（TaggedImageFileFormat）是相對經(jīng)典、功能很強的圖像文件存儲格式，擴展名為tif或tiff。2.3.4JPEG文件格式由（國際）聯(lián)合圖像專家組（JointPhotographicExperts

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)。擴展名為jpg或jpeg。2.3.5DICOM文件格式

DICOM

(DigitalImagingandCommunicationsin

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