第2章數(shù)字圖像基礎(chǔ)最終版

第二章

數(shù)字圖像基礎(chǔ)DigitalImageFundamentalsSEIE-TJU2本章內(nèi)容本章內(nèi)容人眼的視覺特性基于亮度的視覺模型圖像的感知和獲取圖像的取樣和量化圖像質(zhì)量像素間的基本關(guān)系像素間的操作SEIE-TJU3人眼的構(gòu)造人眼橫截面簡(jiǎn)圖人眼是一個(gè)近似的球體，直徑約2cm外層由三層膜包裹角膜和鞏膜脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜角膜是一種硬而透明的組織，覆蓋著眼睛的前表面。與角膜相連的鞏膜是一層包圍著眼球剩余部分的不透明膜；脈絡(luò)膜是眼睛重要的滋養(yǎng)源，脈絡(luò)膜外殼著色很重，有助于減少進(jìn)入眼睛外來光和眼球內(nèi)反向散射光的數(shù)量；視網(wǎng)膜是眼睛最內(nèi)側(cè)的一層膜，當(dāng)眼球適當(dāng)聚焦時(shí)，來自眼睛外部的光在視網(wǎng)膜上成像。在視網(wǎng)膜表面分散的光接收器(光敏細(xì)胞）提供了圖案視覺。SEIE-TJU4人眼的構(gòu)造虹膜：調(diào)整光圈(光通量)大小虹膜中間開口處(瞳孔)直徑是可變的，2~8mm；其前部是看到的眼珠顏色；其后部則有黑色素；晶狀體：調(diào)整成像焦距大小由同心的纖維細(xì)胞層組成，并由附在睫狀體上的纖維懸掛著，含水量60~70%由稍黃的色素著色，顏色隨年齡的增長而加深吸收大約8%的可見光譜，對(duì)短波長有較高的吸收率晶狀體結(jié)構(gòu)中，蛋白質(zhì)吸收紅外光和紫外光，過量時(shí)會(huì)傷害眼睛SEIE-TJU5人眼的構(gòu)造視網(wǎng)膜表面的光接收器（光敏細(xì)胞）分為兩種：錐狀細(xì)胞和

桿狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞數(shù)目約600~700萬，位于中央凹的部分既感光，又感色，對(duì)顏色敏感度很高每個(gè)錐體對(duì)連接到自身的一個(gè)神經(jīng)末端。錐狀視覺叫做白晝視覺或者明視覺。桿狀細(xì)胞數(shù)目約7500~15000萬，視野內(nèi)一般的總體圖像沒有色彩感覺，在低照明度下對(duì)圖像較敏感幾個(gè)桿狀細(xì)胞連接到一個(gè)神經(jīng)末端桿狀視覺叫做夜視覺或者暗視覺錐狀桿狀SEIE-TJU6人眼的構(gòu)造中央凹視網(wǎng)膜上直徑約1.5mm的凹坑可以把中央凹作為大小為1.5mm1.5mm的方形傳感器陣列觀察在視網(wǎng)膜這一區(qū)域中，錐狀體的密度大約150000個(gè)元素/mm2眼睛中敏感度最高的區(qū)域，錐狀細(xì)胞的數(shù)量約為337，000個(gè)元素（從行分辨能力的觀點(diǎn)看，恰好是一個(gè)電耦合元件(CCD)中等分辨(比如VGA格式640×480=307200)的成像芯片所具有的元素?cái)?shù)量）SEIE-TJU72.55mm圖像的形成人眼的晶狀體和普通光學(xué)透鏡的主要差別在于:人眼晶狀體的適應(yīng)性更強(qiáng)，其形狀由捷狀體韌帶和張力控制。聚焦遠(yuǎn)處的物體，晶狀體變得相對(duì)扁平；聚焦近處的物體，晶狀體變得較厚;聚焦中心與視網(wǎng)膜之間的距離為14mm~17mm。成像過程視網(wǎng)膜圖像主要反射在中央凹區(qū)域上然后由光敏細(xì)胞的相應(yīng)刺激作用產(chǎn)生感覺感覺把輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖最后由大腦解碼SEIE-TJU8第二章

數(shù)字圖像基礎(chǔ)本章內(nèi)容人眼的視覺特性基于亮度的視覺模型圖像的感知和獲取圖像的取樣和量化圖像質(zhì)量像素間的基本關(guān)系像素間的操作SEIE-TJU9人眼的亮度視覺特性—亮度適應(yīng)性亮度適應(yīng)人的視覺系統(tǒng)能適應(yīng)的光強(qiáng)度級(jí)別范圍很寬，從夜視域值到強(qiáng)閃光約有1010數(shù)量級(jí)。與整個(gè)適應(yīng)范圍相比較，人眼在某一時(shí)刻能夠鑒別的亮度級(jí)別范圍很小。對(duì)于任何一組給定條件，視覺系統(tǒng)當(dāng)前的靈敏度級(jí)別稱為亮度適應(yīng)級(jí)別(BrightnessLevel)SEIE-TJU10主觀亮度是進(jìn)入人眼的光強(qiáng)的對(duì)數(shù)函數(shù)。明視覺的范圍是106夜視到明視逐漸過渡，過渡范圍大約為0.001到0.1mL(對(duì)數(shù)坐標(biāo)中-3到-1mL)人的視覺不能同時(shí)在整個(gè)范圍內(nèi)工作，它通過適應(yīng)周圍環(huán)境亮度來實(shí)現(xiàn)這么大動(dòng)態(tài)范圍。這就是所謂的亮度適應(yīng)現(xiàn)象(BrightnessAdaptation)圖中對(duì)應(yīng)亮度級(jí)別

B

,曲線Bb為適應(yīng)

的主觀亮度感覺范圍主觀亮度感覺范圍人眼的亮度視覺特性SEIE-TJU11感覺亮度不是簡(jiǎn)單的亮度函數(shù)韋伯定理WeberRatio馬赫帶效應(yīng)MachEffect視在對(duì)比度視覺暫留人類感知現(xiàn)象的另外一個(gè)例子是視錯(cuò)覺以下依次用圖例說明人眼的亮度視覺特性SEIE-TJU12人眼的亮度視覺特性－韋伯定理韋伯定理(Weber’sLaw)：如果一個(gè)物體的亮度I+△I與其周圍背景I有剛剛可覺察的差別（最小可覺差）,則△I和I的比值是在一定的亮度范圍內(nèi)近似不變,為常數(shù)值0.02，這稱為韋伯比。即：

人眼亮度感覺S和客觀亮度B的對(duì)數(shù)值成正比，是單調(diào)的非線性系統(tǒng)。通過這一對(duì)數(shù)性質(zhì),人眼在受到保護(hù)的同時(shí)，達(dá)到寬達(dá)106

的視覺亮度范圍。II+

I(韋伯-費(fèi)希納定律)

韋伯(ErnstHeinrichWeber1795－1878)

德國生理學(xué)家費(fèi)希納（GustavTheodora

Fetcher1801～1887）德國物理學(xué)家、心理物理學(xué)

實(shí)際上，人的一切感覺，包括視覺、聽覺、膚覺（含痛、癢、觸、溫度）、味覺、嗅覺、電擊覺等等，都遵從這個(gè)定律SEIE-TJU13階梯邊緣的馬赫效應(yīng)人眼的亮度視覺特性－馬赫帶馬赫帶（MachEffect）1865年厄恩斯特.馬赫（ErnstMach，1838～1916）奧地利物理學(xué)家、哲學(xué)家），馬赫速度(馬赫數(shù))和馬赫帶以他的名字命名。視覺系統(tǒng)在不同亮度區(qū)域邊緣周圍的“欠調(diào)”和“過調(diào)”現(xiàn)象。雖然條帶的亮度恒定，但是實(shí)際感覺條帶邊緣亮度有變化。奧地利維也納市政廳公園的雕像SEIE-TJU14視在對(duì)比度示例人眼的亮度視覺特性－視在對(duì)比度感覺的亮度區(qū)域不是簡(jiǎn)單取決于亮度相同亮度的方塊在不同背景下，感覺亮度不同；位于中心位置的方塊亮度相同，當(dāng)背景變亮?xí)r，方塊的亮度變暗。一張白紙放在桌子上看上去很白，但用白紙遮蔽眼睛直視明亮的天空時(shí)，紙看起來總是黑的。SEIE-TJU15人眼的亮度視覺特性－視覺暫留不同亮度下亮度感覺與作用時(shí)間的關(guān)系。某些亮度下，最大亮度感覺比正常亮度感覺大得多。所以，短暫的光刺激比較長時(shí)向的光刺激更加醒目。海上航標(biāo)采用斷續(xù)燈光就是利用人眼的這種特性視覺暫留：人眼的主觀亮度感覺與光的作用時(shí)間有關(guān)，并且光象一旦在視網(wǎng)膜上形成，在它消失后，視覺將會(huì)對(duì)這個(gè)光象的感覺維持一個(gè)有限的時(shí)間。不同亮度下亮度感覺與時(shí)間的關(guān)系視覺惰性SEIE-TJU16沒線的三角形輪廓完整的圓(盡管沒有線)相等線平行線人眼的亮度視覺特性－視錯(cuò)覺由于感知條件不佳、客觀刺激不清晰、視聽覺功能減退、強(qiáng)烈情緒影響、想象、暗示以及意識(shí)障礙等，引起無意識(shí)的推論。SEIE-TJU17曖昧錯(cuò)覺：圖像或物體引起視覺感知在兩種解釋之間擺動(dòng)。人眼的亮度視覺特性－視錯(cuò)覺ImpossibleCubeorNeckCubeSEIE-TJU18扭曲錯(cuò)覺：大小、長度或曲率的失真。人眼的亮度視覺特性－視錯(cuò)覺墨爾本港口Müller-Lyer

CaféwallillusionSEIE-TJU19矛盾錯(cuò)覺：是不可能的或荒謬的物體引起的。人眼的亮度視覺特性－視錯(cuò)覺SEIE-TJU20第二章

數(shù)字圖像基礎(chǔ)本章內(nèi)容人眼的視覺特性基于亮度的視覺模型圖像的感知和獲取圖像的取樣和量化圖像質(zhì)量像素間的基本關(guān)系像素間的操作SEIE-TJU21光和電磁波譜可見光的彩色范圍只占電磁波譜很小的一部分(400THz~800THz)可見光（380nm~780nm）太陽輻射功率波譜電磁輻射波譜SEIE-TJU22可見光的光譜1666年牛頓發(fā)現(xiàn)太陽光通過棱鏡后成為七色光；灰度級(jí)：描述單色光強(qiáng)度，它的范圍從黑到灰，最后到白。人感覺物體的顏色是人眼、光源、物體的吸收和發(fā)射特性共同決定的；單色光和復(fù)合光SEIE-TJU23光源彩色感覺既決定于人眼對(duì)可見光譜中的不同成分有不同視覺效果的能力，又決定于光源所含的光譜成分以及景物反射（或透射）和吸收其中某些成分的特性。同一物體在不同光源照射下呈現(xiàn)的彩色也有所不同。人眼彩色感覺是主觀和客觀結(jié)合的過程，二者缺一不可。光源有兩種：不發(fā)光的物體，在光源照射下，因反射一定的光譜成分和吸收其余部分而呈現(xiàn)一定的彩色；本身發(fā)光的物體，它輻射光譜分布，引起人眼的一定彩色感覺SEIE-TJU24黑體如果一種光源的光譜分布與黑體在某一溫度下的輻射光的光譜分布相同或相近，并且二者的色度相同，那么黑體的溫度，稱為該光源的色溫。單位以絕對(duì)溫度K表示絕對(duì)黑體（也稱全輻射體）是指既不反射也不透射而完全吸收入射輻射的物體。絕對(duì)黑體在不同溫度時(shí)的輻射功率波譜>60003300~6000<3300冷、清爽中間暖、溫馨GustavRobertKirchhoff

，1824.3.12-1887.10.17,，德國物理學(xué)家，1860年提出了術(shù)語“黑體”SEIE-TJU25標(biāo)準(zhǔn)光源D65光源

色溫為6500K，相當(dāng)于白天的平均光照。在400毫微米以下范圍內(nèi)，它的波譜能量比B光源與C光源要大些，所以近年來被用作彩色電視中的標(biāo)準(zhǔn)白光。它可以由彩色顯象管的三種熒光粉發(fā)出的光適當(dāng)配合而得到。E光源

是在色度學(xué)中采用的一種假想的等能白光（E白），就是當(dāng)可見光譜范圍內(nèi)的所有波長的光都具有相等輻射功率時(shí)所形成的一種白光，它與色溫為5500K的白光相近。純粹是為了簡(jiǎn)化色度學(xué)中的計(jì)算。A光源

色溫為2854K，其波譜能量主要集中在紅外線區(qū)域，看起來不如太陽光白，帶些橙紅色，早上的陽光。B光源

色溫為4800K，接近于正午直射的陽光。C光源

色溫為67701K，其波譜能量在400～500毫微米處較大，可見C白

含藍(lán)色成分較多，相當(dāng)于白天的自然光。SEIE-TJU26簡(jiǎn)單的圖像形成模型圖像：用二維函數(shù)

f(x,y)形式表示在特定坐標(biāo)(x,y)處，亮度/強(qiáng)度f的值或幅度是一個(gè)正的標(biāo)量，其物理意義由圖像源決定。本書的大部分圖像是單色圖像，圖像值可稱為灰度級(jí)。圖像的值正比于物理源的輻射能量(電磁波)，因此，f(x,y)一定是非零和有限的：0<f(x,y)<

f(x,y)由兩個(gè)分量來表征：

f(x,y)=i(x,y)r(x,y)入射分量i(x,y)：入射到觀察場(chǎng)景的光源總量；

0<i(x,y)<

：取決于照射源；反射分量r(x,y)：場(chǎng)景中物體反射光的總量；0<r(x,y)<1：取決于成像物體的性質(zhì)；r(x,y)=0，全吸收；r(x,y)=1，全反射對(duì)于透射成像(如X光片)，用透射分量代替上述的反射分量。SEIE-TJU27簡(jiǎn)單的圖像形成模型照射和反射的典型值照度：0<i(x,y)<

晴朗的白天，太陽在地球表面產(chǎn)生的照度超過90000lm/m2；有云，

10000lm/m2；（lm流明-光通量，lm/m2

是照度的單位）晴朗的夜晚，滿月時(shí)約為0.1lm/m2反射：0<r(x,y)<1黑天鵝絨為0.01；不銹鋼為0.65;白色墻0.80;鍍銀金屬0.90；雪0.93;水面反射(上海豫園)SEIE-TJU28簡(jiǎn)單的圖像形成模型（本課程中規(guī)定）單色圖像在任何坐標(biāo)(x0,y0)處的強(qiáng)度為圖像在該點(diǎn)的圖像灰度Lmin

gLmax區(qū)間[Lmin,Lmax]稱為灰度級(jí)通常把[Lmin,Lmax]移位為區(qū)間[0,L-1]l=0

在灰度級(jí)中為黑；l=L-1

在灰度級(jí)中為白；中間值是從黑到白的各種灰色調(diào)；SEIE-TJU29圖像的獲取圖像是由“照射”源和“場(chǎng)景”對(duì)光的反射或透射而產(chǎn)生的。照射：傳統(tǒng)的電磁能：雷達(dá)、紅外線或紫外線、X射線、可見光等非傳統(tǒng)的光源：超聲波、計(jì)算機(jī)生成的照射模式。場(chǎng)景：熟悉的物體；分子、巖石、人腦、太陽成像、星座圖像反射：平面反射；透射：X光成像等(a)單個(gè)成像傳感器(如光二極管)(b)線傳感器(掃描儀、遙感掃描)(c)傳感器陣列（CCD）SEIE-TJU30(a)單個(gè)傳感器通過運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生二維圖像(b)線傳感器獲取圖像（掃描儀、傳真）(c)環(huán)形傳感器獲取圖像（CT、PET、核磁共振掃描）(d)傳感器陣列（CCD）圖像的獲取(d)SEIE-TJU31第二章

數(shù)字圖像基礎(chǔ)本章內(nèi)容人眼的視覺特性基于亮度的視覺模型圖像的感知和獲取圖像的取樣和量化圖像質(zhì)量像素間的基本關(guān)系像素間的操作SEIE-TJU32圖像取樣和量化數(shù)字圖像是模擬圖像f(x,y)通過取樣、量化、編碼獲得的圖像取樣：圖像空間離散化圖像量化：圖像幅度離散化

（又稱為灰度級(jí)量化）編碼：用有限比特去表示量化后的數(shù)值(a)連續(xù)圖像(b)在連續(xù)圖像中用從A到B的掃描線來說明取樣和量化的概念(c)取樣和量化(d)數(shù)字化后的結(jié)果SEIE-TJU33數(shù)字圖像的質(zhì)量很大程度上取決于取樣的樣值數(shù)和量化中所用的灰度級(jí)，而圖像內(nèi)容是選擇這些參數(shù)的重要因素。圖像取樣和量化SEIE-TJU34本課程中數(shù)字圖像的坐標(biāo)約定：(a)多數(shù)圖像處理書中所用的坐標(biāo)約定；(b)MatlabIPT中所用的坐標(biāo)約定差別：1）坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)一個(gè)在（0，0），一個(gè)在（1，1）；2）坐標(biāo)中行列的符號(hào)一個(gè)是（x，y），一個(gè)是（r，c），但坐標(biāo)順序還是一

樣，一個(gè)元素表示行，第二個(gè)元素表示列。圖像取樣和量化原點(diǎn)原點(diǎn)坐標(biāo)約定SEIE-TJU35數(shù)字圖像的表示連續(xù)圖像數(shù)字化以后變?yōu)镸

N維的矩陣，表示圖像空間上的M行N列，N、M分別為行、列方向的取樣點(diǎn)數(shù)；圖像幅度上的灰度級(jí)總數(shù)為L；圖像矩陣表達(dá)為：圖像取樣和量化SEIE-TJU36矩陣中的每個(gè)元素稱為圖像單元、圖像元素或像素（pixelorpel）

M、N、L的取值必須是正整數(shù)，通常取2的整數(shù)次冪：M=2m、N=2n、L=2k，則一幅數(shù)字圖像總的比特?cái)?shù)(bit)為：

b=M

N

k例如：灰度級(jí)別為64（26），大小

128128的圖像，所需比特128×128×6=98304bits=12KB當(dāng)一幅圖像有2k灰度級(jí)時(shí)，通常稱該圖像是

k

比特圖像離散灰度級(jí)是等間隔的，且是[0,L-1]內(nèi)的整數(shù)；灰度級(jí)取值范圍稱為圖像的動(dòng)態(tài)范圍；占有灰度級(jí)全部有效段的圖像，稱作高動(dòng)態(tài)范圍圖像；圖像取樣和量化SEIE-TJU37圖像取樣和量化不同M=N和k時(shí)的圖像比特總數(shù)

N

N

k

問題數(shù)字化后一幅真彩色圖像的比特總數(shù)是多少？真彩色活動(dòng)視頻的碼率是多少（bit/s）？對(duì)于活動(dòng)視頻信號(hào)，除了空間和幅度離散化外，時(shí)間方向需要離散化嗎？高清電視(1920

1080):2MB;4K電視(4096

2160):8MB;1200萬像素(4112

3032):11.9MB;4000萬像素(7728

5368):40MB;SEIE-TJU38圖像Matlab讀取Matlab圖像讀取函數(shù)：imread(‘filename’)>>f=imread(‘filename’);文件讀取路徑：當(dāng)filename不包含路徑信息時(shí)，從當(dāng)前目錄中尋找并讀取圖像文件filename，若無有，則繼續(xù)在Matlab搜索路徑中尋找。可以指定路徑：>>f=imread('D:\Men_Docs\Lectures\DIP\DIP2010\Myimages\水路.jpg');也可以從當(dāng)前工作目錄總名為myimages的子目錄中讀取文件

>>f=imread(‘.\Myimages\水路.jpg');SEIE-TJU39圖像Matlab顯示Matlab圖像顯示函數(shù)：imshow(f,G)>>imshow(f,G)f是圖像數(shù)組，G是顯示該圖像的灰度級(jí)數(shù)。若G省略，則默認(rèn)灰度級(jí)為256；>>imshow(f,[lowhigh])小于等于low的值顯示為黑色，大于等于high的值顯示為白色，low和high之間的值將以默認(rèn)級(jí)數(shù)顯示。例如，圖像的讀取和顯示>>f=imread('水路.jpg');>>whosf>>imshow(f)SEIE-TJU40圖像Matlab保存Matlab圖像保存函數(shù)：imwrite(f,’filename’)Filename必須包含函數(shù)能識(shí)別的文件格式擴(kuò)展名，如.jpg,.tif或者用第三個(gè)參數(shù)說明文件格式例如：>>imwrite(f,'test.tif')

或>>imwrite(f,'test','tif')函數(shù)imwrtie可以有其他參數(shù)，具體取決于所選文件格式常用的文件格式為JPEG或TIFF格式常用但只適用于JPEG圖像的imwrite函數(shù)，其語法為：

imwrite(f,'filename.jpg','quality',q)其中，q是表示圖像質(zhì)量的0~100之間的整數(shù)，q越小，圖像的退化就越嚴(yán)重。>>imwrite(f,'filename75.jpg','quality',75)>>imwrite(f,'filename5.jpg','quality',5)SEIE-TJU41圖像文件信息圖像文件信息：imfinfofilename其中filename是圖像文件名，結(jié)果顯示在屏幕上。例如：>>imfinfo水路.jpg輸出如下信息（注意，在這種情況下，有些域不包含信息）：Filename:'水路.jpg'FileModDate:'26-Aug-201023:42:42'FileSize:152572Format:‘jpg’FormatVersion:''

Width:878Height:1321BitDepth:24ColorType:'truecolor'FormatSignature:''Comment:{}其中，F(xiàn)ileSize以字節(jié)為單位。圖像寬度Width乘以高度Height，再乘以每像素比特?cái)?shù)BitDepth，然后除以8，就得到原始圖像的字節(jié)數(shù)。用這個(gè)結(jié)果除以

壓縮后的文件大小Filesize，就得到壓縮比：878×1321×24÷8÷152572=22.8倍SEIE-TJU42Matlab圖像數(shù)據(jù)類型Matlab中所有的數(shù)值計(jì)算都可以用double類，所以它也是圖像處理應(yīng)用中最常用的數(shù)據(jù)類型。Uint8也是一種常用的數(shù)據(jù)類型，尤其是從存儲(chǔ)設(shè)備或文件讀取數(shù)據(jù)時(shí)，因?yàn)?bit圖像是實(shí)際中最常用的圖像。SEIE-TJU43第二章

數(shù)字圖像基礎(chǔ)本章內(nèi)容人眼的視覺特性基于亮度的視覺模型圖像的感知和獲取圖像的取樣和量化圖像質(zhì)量圖像質(zhì)量及影響因素分辨率圖像種類圖像的放大和收縮像素間的基本關(guān)系像素間的操作SEIE-TJU44圖像質(zhì)量－層次灰度級(jí)（灰度層次）：表示像素明暗程度的整數(shù)量例如：像素的取值范圍為0-255，就稱該圖像為256個(gè)灰度級(jí)的圖像。圖像數(shù)據(jù)的實(shí)際灰度層次越多，視覺效果就越好SEIE-TJU45圖像質(zhì)量－灰度層次灰度層次（鋸齒斜波）SEIE-TJU46圖像質(zhì)量－對(duì)比度對(duì)比度：是指一幅圖像中灰度反差的大小對(duì)比度=最大亮度/最小亮度SEIE-TJU47圖像質(zhì)量－清晰度清晰度Definition：圖像上某方向?yàn)槿搜鬯吹降南袼財(cái)?shù)，以線或行數(shù)表示。因?yàn)榕c人眼視覺有關(guān)，圖像的清晰度是一種主觀感覺。與清晰度相關(guān)的主要因素亮度對(duì)比度尺寸大小圖像細(xì)節(jié)顏色飽和度SEIE-TJU48空間和灰度級(jí)分辨率圖像分辨率指組成一幅圖像的像素密度。對(duì)同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。包括：空間分辨率,灰度級(jí)（幅度）分辨率空間分辨率是圖像中可辨別的最小空間細(xì)節(jié)取樣值多少是決定圖像空間分辨率的主要參數(shù)；意義：每單位距離可分辨的最小線對(duì)數(shù)；灰度級(jí)分辨率是指在灰度級(jí)別中可分辨的最小變化。灰度級(jí)數(shù)通常是2的整數(shù)次冪。通常把大小為MN、灰度為L級(jí)的數(shù)字圖像稱為空間分辨率為

MN像素、灰度級(jí)分辨率為L級(jí)的數(shù)字圖像。下圖分別演示在數(shù)字圖像中不同取樣值和灰度級(jí)變化的典型效果：SEIE-TJU49空間分辨率SEIE-TJU50圖2.19顯示了一幅10241024像素的圖像，灰度級(jí)別用8比特表示，其他圖像是通過對(duì)

10241024圖像抽樣（直接隔行隔列刪除得到）的結(jié)果。這些圖像顯示了不同取樣密度間的大小比例，但是它們顯示尺寸大小的差別使得很難看出減少取樣數(shù)目帶來的影響。用復(fù)制一行和一列的方法，將抽樣后的圖像都恢復(fù)到

10241024像素進(jìn)行比較，很明顯小尺寸的圖像恢復(fù)后有明顯的塊效應(yīng)（圖2.20）?？臻g分辨率SEIE-TJU51空間分辨率SEIE-TJU52對(duì)于一幅452×374的CT圖像，下面保持取樣數(shù)恒定，而以2的整數(shù)次冪方式把灰度級(jí)從256減少到2，觀察圖像的變化。256，128和64灰度級(jí)圖像的實(shí)際效果在視覺上幾乎是不可分辨的。32級(jí)灰度的圖像在平滑灰度區(qū)域內(nèi)（特別是頭蓋骨處）有一組幾乎看不見的非常細(xì)小的山脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。這種效果是由于數(shù)字圖像平滑區(qū)灰度級(jí)數(shù)量不足引起的，稱為偽輪廓。

灰度級(jí)別越減少，偽輪廓現(xiàn)象越明顯?；叶燃?jí)分辨率SEIE-TJU53偽輪廓灰度級(jí)分辨率SEIE-TJU54灰度級(jí)分辨率SEIE-TJU55(a)少量細(xì)節(jié)(Lena)(b)中等細(xì)節(jié)(攝影師)(c)大量細(xì)節(jié)(觀眾)

圖2.22含有不同細(xì)節(jié)的圖像再綜合考慮N和k對(duì)圖像質(zhì)量的影響，采用圖2.22進(jìn)行主觀測(cè)試空間和灰度級(jí)分辨率SEIE-TJU56圖2.23等偏愛曲線從曲線中可以看出：當(dāng)圖像細(xì)節(jié)增加時(shí)，等偏愛曲線向右上方移動(dòng)；當(dāng)圖像細(xì)節(jié)增加時(shí)，等偏愛曲線變得更加垂直，說明大量細(xì)節(jié)的圖像只需要少數(shù)地灰度級(jí)別就可以獲得滿意的效果；另兩類圖像感覺質(zhì)量在空間分辨率增加的情況下，在某段間隔內(nèi)保持不變，但實(shí)際灰度級(jí)數(shù)在減小。

可能原因是k的減少導(dǎo)致圖像對(duì)比度明顯增加，產(chǎn)生圖像質(zhì)量改進(jìn)的視覺效果改變圖像的N和k，記錄主觀測(cè)試結(jié)果得到圖2.23的曲線空間和灰度級(jí)分辨率SEIE-TJU57數(shù)字圖像種類黑白圖像（灰度圖像）圖像只有明暗（灰度）程度的變化而沒有色彩的變化，最簡(jiǎn)單的是二值圖像，只有兩種灰度；偽彩色圖像是指經(jīng)過偽彩色處理而形成的彩色圖像。其像素值是所謂的索引值，是按照灰度值進(jìn)行彩色指定的結(jié)果其色彩不一定忠實(shí)于外界景物的真實(shí)色彩假彩色圖像是指由遙感多波段圖像合成的彩色圖像，從而把人眼不能區(qū)分的微小的灰度差別顯示為明顯的色彩差異，更便于解譯和提取有用信息。

其色彩不一定忠實(shí)于外界景物的真實(shí)色彩真彩色圖像是忠實(shí)于外界景色的色彩的圖像其像素一般是顏色的真實(shí)值SEIE-TJU58數(shù)字圖像種類分類二靜止圖像

圖像的內(nèi)容不隨時(shí)間變化?；顒?dòng)圖像

前一幀和后一幀的圖像內(nèi)容隨時(shí)間發(fā)生變化。分類三矢量圖像

由數(shù)字公式描述的點(diǎn)、線、曲線和多邊形等基本組件構(gòu)成的圖像。點(diǎn)陣圖像（位圖，光柵圖像）

由像素點(diǎn)陣所組成的圖像。SEIE-TJU59數(shù)字圖像種類灰度圖像二值圖像%im2bw灰度或彩色圖像變?yōu)槎祱D像clc,clearI=imread('lena_gray.bmp');imshow(I)BW=im2bw(I,0.46);figure,imshow(BW)SEIE-TJU60數(shù)字圖像種類偽彩色圖像

pseudo-color

偽彩色

偽彩色圖像的含義是，每個(gè)象素的顏色不是由每個(gè)基色分量的數(shù)值直接決定，而是把象素值當(dāng)作彩色查找表CLUT(colorlook-uptable)的表項(xiàng)入口地址，去查找一個(gè)顯示圖像時(shí)使用的R、G、B強(qiáng)度值，用查找出的R、G、B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。彩色查找表CLUT(colorlookuptable)是一個(gè)事先做好的表，表項(xiàng)入口地址也稱為索引號(hào)。例如16種顏色的查找表，0號(hào)索引對(duì)應(yīng)黑色，...，15號(hào)索引對(duì)應(yīng)白色。月球海拔圖（紅色最高，紫色最低）SEIE-TJU61數(shù)字圖像種類假彩色圖像False-color

對(duì)多光譜圖像進(jìn)行處理得到的圖像美國巴爾的摩城市和切薩皮克海灣偽彩色圖

BaltimoreandChesapeakeBaySEIE-TJU62數(shù)字圖像種類真彩色圖像True-ColorSEIE-TJU63數(shù)字圖像種類矢量圖數(shù)學(xué)公式表示的點(diǎn)、線、曲線、多邊形等構(gòu)成的位圖、點(diǎn)陣圖SEIE-TJU64數(shù)字圖像的放大和縮小空間分辨率的改變：放大和縮小放大：內(nèi)插操作創(chuàng)建新的像素位置對(duì)這些新位置賦值（內(nèi)插算法，例如最近鄰域內(nèi)插法/雙線性內(nèi)插法）縮小：丟點(diǎn)操作行-列刪除Matlab函數(shù)：Ip=imresize(I,M,method)返回M倍大小的圖像，M可大于或小于1.0，對(duì)應(yīng)放大或縮小支持的內(nèi)插算法：‘nearest’(缺省)：

最近鄰域插值法，1個(gè)像素‘bilinear’

：雙線性內(nèi)插法，4個(gè)像素‘bicubic’

：雙三次內(nèi)插法，16個(gè)像素SEIE-TJU65最近鄰域插值法在原圖像上尋找最靠近的像素，并把它的灰度值賦給新像素，對(duì)于整數(shù)倍放大也就是最臨近點(diǎn)重復(fù)。缺點(diǎn)是易于產(chǎn)生塊效應(yīng)，特別是高倍數(shù)時(shí)。數(shù)字圖像的放大和縮小SEIE-TJU66數(shù)字圖像的放大和縮小%Example：最近鄰域內(nèi)插法I=imread('lena.tif');Ip=imresize(I,5);imwrite(Ip,'lena5n.jpg','quality',75);subplot(2,1,1),imshow(I)subplot(2,1,2),imshow(Ip)SEIE-TJU67數(shù)字圖像的放大和縮小雙線性內(nèi)插：利用4個(gè)最鄰近點(diǎn)產(chǎn)生新的像素點(diǎn)。雙線性內(nèi)插(BilinearInterpolation)是線性內(nèi)插的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)規(guī)則網(wǎng)格上兩個(gè)變量（x，y）的內(nèi)插。已知網(wǎng)格的四個(gè)頂點(diǎn)Q11=(x1,y1),Q12=(x1,y2),Q21=(x2,y1)，Q22=(x2,y2)，求網(wǎng)格內(nèi)部點(diǎn)P=(x，y)處的未知函數(shù)f=？首先在x方向進(jìn)行線性內(nèi)插然后計(jì)算y方向的線性內(nèi)插SEIE-TJU68數(shù)字圖像的放大和縮小原始最近鄰域雙線性SEIE-TJU69并不像名字所暗示的那樣雙線性內(nèi)插是線性的，其實(shí)它不是線性的，它的一般形式為兩個(gè)線性函數(shù)的乘積：數(shù)字圖像的放大和縮小雙線性內(nèi)插與兩個(gè)線性內(nèi)插的先后順序無關(guān)，先進(jìn)行y方向，再進(jìn)行x方向，也獲得相同的結(jié)果。最近鄰域內(nèi)插(3倍)4個(gè)像素內(nèi)插(3倍)，但加權(quán)一樣雙線性內(nèi)插(3倍)SEIE-TJU70數(shù)字圖像的放大和縮小%Example：雙線性內(nèi)插法I=imread('lena.tif');Ip=imresize(I,5,'bilinear');imwrite(Ip,'lena5b.jpg','quality',75);subplot(2,1,1),imshow(I)subplot(2,1,2),imshow(Ip)SEIE-TJU71數(shù)字圖像的放大和縮小雙線性內(nèi)插(一階插值)在原圖像中尋找新位置像素的4個(gè)像素點(diǎn),并借助雙線性函數(shù)使用4個(gè)像素點(diǎn)的灰度值計(jì)算新像素點(diǎn)的值優(yōu)點(diǎn):塊效應(yīng)不明顯缺點(diǎn):計(jì)算復(fù)雜,使圖像細(xì)節(jié)退化(平滑作用)最近鄰域內(nèi)插(零階插值)在原圖像中尋找最靠近新位置像素的像素點(diǎn),并將它的灰度值賦給新像素優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單易行

速度快缺點(diǎn)