數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)

圖像數(shù)字化數(shù)字化:將一幅圖像從原來的形式轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的過程。掃描、采樣、量化構(gòu)成了數(shù)字化過程第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像數(shù)字化--術(shù)語掃描對一幅圖像內(nèi)給定位置的尋址把圖像劃分為矩形網(wǎng)格，即光柵掃描的最小單元為像素第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像數(shù)字化--術(shù)語采樣在一幅圖像的每個像素位置上測量灰度值傳感元件將光亮度轉(zhuǎn)化為電壓值。對圖像信號的定義域離散化量化將測量的灰度值用整數(shù)表示通過模數(shù)轉(zhuǎn)化器實(shí)現(xiàn)對圖像信號的值域離散化第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像數(shù)字化第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的表示

點(diǎn)陣圖像（位圖）---數(shù)字圖像常用矩陣來表示：

設(shè)采樣后，每個樣本灰度表示為稱為“像素”或“像元”。若取圖像尺寸M=N，即i,j=0,1,…,N-1，則數(shù)字圖像可用矩陣表示如下

第j列第i列第6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素顯示器、打印機(jī)等的像素

第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素

像素的三個屬性：大小灰度位置第j列第i列第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素

大小與空間分辨率有關(guān)灰度與灰度分辨率有關(guān)第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--大小

如用掃描儀進(jìn)行數(shù)字化過程中，像素的大小決定于photocell的多少和推進(jìn)速度長的采樣間隔產(chǎn)生低的空間分辨率短的采樣間隔產(chǎn)生高的空間分辨率第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--大小

長的采樣間隔產(chǎn)生低的空間分辨率短的采樣間隔產(chǎn)生高的空間分辨率第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--大小

圖像質(zhì)量與分辨率第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--大小顯示器的像素打印機(jī)的像素

第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

位深度

用來存放像素顏色值所用的位數(shù)。1位(2色)/4(16)/8(256)/24(真彩色)灰度級

表示象素明暗程度的整數(shù)量，如0,1,…255層次

表示灰度級的數(shù)量,如16,64,256灰度分辨率指值的單位幅度上包含的灰度級數(shù)256個層次的圖像64個層次的圖像16個層次的圖像第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

位深度

第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

位深度、灰度級、層次第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

位深度為1的圖像只有黑、白2個層次的灰度級(值0/1)用一組黑白像素模擬灰度(ditheringorhalftoning)

位深度8的圖像有256個層次的灰度級(值0,1,…255)每個像素值可以是黑、白或中間的254個灰度位深度為12的圖像提供了超過4000(212)個層次的灰度級第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

圖像數(shù)據(jù)的實(shí)際層次越多視覺效果就越好第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素—位置第j列第i列第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置鄰域（neighbor）4-鄰域D-鄰域8-鄰域連通性(adjacency)4-連通8-連通m-連通距離第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置

4-鄰域（neighbor）定義象素p(x,y)的4-鄰域是(x+1,y)(x-1,y)(x,y+1)(x,y-1)用N4(p)表示p的4-鄰域

D-鄰域象素p(x,y)的對角上的點(diǎn)(x+1,y+1)(x+1,y-1)(x-1,y+1)(x-1,y-1)用ND(p)表示p的D-鄰域8-鄰域定義象素p(x,y)的8-鄰域是4-鄰域的點(diǎn)加上對角上的點(diǎn)(x+1,y+1)(x+1,y-1)(x-1,y+1)(x-1,y-1)用N8(p)表示p的8-鄰域

第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置

兩個像素鄰接的兩個必要條件是

兩個像素的位置在某種情況下是否相鄰兩個像素的值是否滿足某種相似性鄰接(adjacency)類型4-鄰接8-鄰接m-鄰接第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置4-鄰接(adjacency)定義對于具有值V的象素p和q如果q在集合N4(p)中則稱這兩個象素是4-鄰接的8-鄰接(adjacency)定義對于具有值V的象素p和q如果q在集合N8(p)中則稱這兩個象素是8-鄰接的第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置m-鄰接(adjacency)定義 對于具有值V的象素p和q如果:q在集合N4(p)中或q

ND(p),且N4(p)

N4(q)不含值為V的任何象素則稱這兩個象素是m-鄰接的即4-鄰接和D-鄰接的混合鄰接鄰接鄰接第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置像素臨近(adjacent)的定義如果象素p和q是鄰接的，則稱p臨近于q可以定義4-臨近(adjacent)8-臨近m-臨近圖像子圖臨近的定義如果兩個圖象子集S1和S2中的某些象素是臨近的，則稱S1和S2是臨近的

第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置路徑(Path)的定義

一條從具有坐標(biāo)(x,y)的象素p,到具有坐標(biāo)(s,t)的象素q的路徑,是具有坐標(biāo)(x0,y0),(x1,y1),...,(xn,yn)的不同象素的序列.其中(x0,y0)=(x,y),(xn,yn)=(s,t),(xi,yi)臨近于(xi-1,yi-1),1=<i<=n,n是路徑的長度.可用定義臨近的方法定義4-路徑8-路徑m-路徑第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置像素在圖像子集中連通(connected)的定義如果象素p和q是圖象子集S中的元素,如果存在一條完全由S中的象素組成的從p到q的路徑,則稱p和q在S中是連通的圖像子集連通成分(connectedcomponent)的定義對于S中的任意象素p,S中連接到p的所有象素的集合被稱為S的連通成分

4-連通成分第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置連通集合(connectedset):如果S只有一個連通成分，稱S為連通集合區(qū)域(region)：一個連通集合稱為圖像的一個區(qū)域邊界(boundary)：指區(qū)域中所有的有一個或多個不屬于當(dāng)前區(qū)域的相鄰像素的像素的集合。

4-連通成分第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置像素之間距離函數(shù)的定義

對于象素p、q和z分別具有坐標(biāo)(x,y)、(s,t)、(u,v),D是距離函數(shù)或稱度量，當(dāng)：(a)D(p,q)>=0(D(p,q)=0僅當(dāng)p=q)---兩點(diǎn)之間距離大于等于0(b)D(p,q)=D(q,p)

---距離與方向無關(guān)(c)并且D(p,z)<=D(p,q)+D(q,z)

---兩點(diǎn)之間直線距離最短第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置歐幾里德距離p和q之間的歐基里德距離定義為 De(p,q)=[(x-s)2+(y-t)2]1/2對于這個距離計(jì)算法,具有與(x,y)距離小于等于某個值r的那些象素是包含在以(x,y)為圓心以r為半徑的圓環(huán)中的那些點(diǎn)第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置D4距離城市距離p和q之間的D4距離定義為 D4(p,q)=|x-s|+|y-t|具有與(x,y)距離小于等于某個值r的那些象素形成一個菱形,例如與點(diǎn)(x,y)中心點(diǎn)D4距離小于等于2的象素形成下列常數(shù)距離的輪廓具有D4=1的象素是(x,y)的4-鄰域第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置

D8距離棋盤距離p和q之間的D8距離定義為 D8(p,q)=max(|x-s|,|y-t|);具有D8=1的象素是(x,y)的8-鄰域距離小于r的像素圍城一個矩形第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

清晰度----與清晰度相關(guān)的主要因素

亮度對比度

主題內(nèi)容的大小細(xì)微層次

顏色飽和度

等第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

亮度第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

對比度:是指一幅圖象中灰度反差的大小

第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

對比度:是指一幅圖象中灰度反差的大小

第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

對比度:是指一幅圖象中灰度反差的大小

第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

對比度第40頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量