第5章-數(shù)字圖像處理技術(shù)(上)

數(shù)字圖像處理技術(shù)(上）本章內(nèi)容數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理研究的主要內(nèi)容圖像與圖像數(shù)字化的過程數(shù)字化處理中的色彩學知識位圖繪畫與編輯圖像文件格式與圖像處理軟件數(shù)字圖像處理概述圖像處理圖像處理就是將客觀世界中的物體映射成數(shù)字化圖像，然后用數(shù)學方法通過編程在計算機中進行處理、存儲和顯示。與數(shù)字音頻類似，數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量一般都比較大，在存儲時會占用大量的空間，因此需要對圖像進行壓縮編碼。數(shù)字圖像處理概述現(xiàn)代圖像的范圍可見光范圍內(nèi)的圖像，不可見光范圍內(nèi)的圖像（紅外成像技術(shù)）可見圖像和不可見圖像可見圖像：照片、圖、畫不可見圖像：主要是物理圖像，如溫度、氣壓、地勢圖等，還包括醫(yī)學影像數(shù)字圖像處理概述連續(xù)圖像和離散圖像連續(xù)圖像：模擬圖像離散圖像：數(shù)字圖像，可以用計算機處理的圖像。圖片和圖形紅外成像數(shù)字圖像處理概述位圖圖像位圖圖像，亦稱為點陣圖像或繪制圖像，是由稱作像素（圖片元素）的單個點組成的。這些點可以進行不同的排列和染色以構(gòu)成圖樣。圖像面積越大，文件的字節(jié)數(shù)越多

文件的色彩越豐富，文件的字節(jié)數(shù)越多位圖圖象矢量圖形特征能較好表現(xiàn)色彩濃度與層次可展示清楚線條或文字用途照片或復雜圖象文字、商標等相對規(guī)則的圖形圖影縮放效果易失真不易失真制作3D影象不可以可以文件大小較大較小常用的文件格式BMP、PSD、TIFF、GIF、JPEGEPS、DXF、PS、WMF、SWF數(shù)字圖像處理概述圖像的數(shù)字化物理圖像數(shù)字化的三個步驟掃描采樣量化數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理系統(tǒng)處理圖像的計算機圖像數(shù)字化設(shè)備：數(shù)碼相機等圖像顯示設(shè)備數(shù)字圖像處理與其它相關(guān)學科的關(guān)系數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容圖像數(shù)字化圖像增強圖像幾何變換圖像復原圖像重建數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容圖像隱藏圖像變換圖像編碼圖像識別與理解數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容圖像數(shù)字化：將圖像以數(shù)字的形式進行表示。（哪些步驟？）圖像增強：不考慮圖像質(zhì)量下降的原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇的突出，而衰減不需要的特征，它的目的主要是提高圖像的可懂度。

數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容圖像復原：圖像復原技術(shù)與增強技術(shù)不同，它需要了解圖像質(zhì)量下降的原因，首先要建立“降質(zhì)模型”，再利用該模型，恢復原始圖像

如對遙感圖像資料進行大氣影響的校正、幾何校正以及對由于設(shè)備原因造成的掃描線漏失、錯位等的改正，將降質(zhì)圖像重建成接近于或完全無退化的原始理想圖像的過程。同義詞：圖像恢復

數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容圖像幾何變換：包括圖像的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等圖像重建：由二維平面圖像數(shù)據(jù)構(gòu)造出三維物體圖像圖像隱藏：將一幅圖像或可視化的媒體信息隱藏在另一幅圖像中，防偽技術(shù)數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容圖像轉(zhuǎn)換：將圖像從空域轉(zhuǎn)化到頻域圖像編碼圖像識別與理解：主要用于計算機犯罪偵查等方面圖像增強圖像增強圖像重建圖像與圖像數(shù)字化過程比較模擬圖像和數(shù)字圖像模擬圖像：如：照片、海報、書中的插圖等都可以稱為模擬圖像。如果將模擬圖像用電信號表示，所顯示的波形是連續(xù)變化的信號波形。數(shù)字圖像：將模擬圖像經(jīng)過特殊設(shè)備的處理，如量化、采樣等就可以轉(zhuǎn)化成計算機可以識別的二進制表示的數(shù)字圖像。用電信號表示波形是方波。特點模擬圖像數(shù)字圖像處理速度相對較快，拍照、錄像、投影等閉合的系統(tǒng)內(nèi)很快完成處理（如掃描）相對較慢靈活性較差，處理方式很少，往往只能簡單的放大縮小等可以精確的靈活多樣的進行處理傳輸由于以實物為載體，受到外界因素的制約，傳輸較難以電子數(shù)字信息為載體，傳輸方便，特別是網(wǎng)絡(luò)上再現(xiàn)性保存性較差，膠片等會受時間、環(huán)境等影響，復制多次效果不同不會因為保存、傳輸或復制而產(chǎn)生圖像質(zhì)量上的變化圖像與圖像數(shù)字化過程圖像數(shù)字化圖像的數(shù)字化過程分為采樣、量化和編碼三個步驟圖像與圖像數(shù)字化過程圖像的采樣：采樣是指將空間域或時域上連續(xù)的圖像（模擬圖像）變換為離散采樣點（像素）集合的一種操作圖像與圖像數(shù)字化過程采樣的實質(zhì)是用多少點來描述一張圖像，點數(shù)的多少就是通常所說的分辨率計算機把圖像分割成離散的小區(qū)域即像素圖像與圖像數(shù)字化過程在計算機中，像素點的特征數(shù)據(jù)是以行列組織顯示的圖像的采樣就是將二維空間上模擬的連續(xù)亮度和色彩信息轉(zhuǎn)化為一系列有限的離散數(shù)值來表示水平方向M，垂直方向N，則圖像就被表示成M*N個像素構(gòu)成的像素點的集合圖像與圖像數(shù)字化過程圖像與圖像數(shù)字化過程采樣頻率：一秒鐘內(nèi)采樣的次數(shù)，決定采樣點之間間隔的大小，原始圖像中的畫面越復雜，色彩越豐富，則采樣頻率應越大，滿足奈奎斯特定理圖像與圖像數(shù)字化過程圖像的量化把采樣后得到的用連續(xù)量表示的像素值離散化為整數(shù)值的操作叫做量化圖像與圖像數(shù)字化過程在量化時所確定的離散取值個數(shù)稱為量化級數(shù)，表示量化的色彩之所需的二進制位數(shù)稱為量化字長一般采用8位、16位、24位或更高的量化字長圖像與圖像數(shù)字化過程圖像的編碼與壓縮采用編碼技術(shù)來壓縮信息編碼壓縮技術(shù)是實現(xiàn)圖像傳輸與存儲的關(guān)鍵圖像與圖像數(shù)字化過程常用的編碼技術(shù)有預測編碼、變換編碼、分形編碼、小波變換圖像壓縮編碼等序號圖像數(shù)字化的途徑特點1掃描儀掃描方便快捷，需用掃描儀2

數(shù)碼相機拍攝方便快捷，需用數(shù)碼相機3網(wǎng)上搜索并下載方便快捷4抓圖工具抓拍方便快捷5利用圖像編輯軟件自己加工或創(chuàng)作專業(yè)性強，較慢圖像與圖像數(shù)字化過程圖像處理中的色彩學知識色彩單色光：通過三棱鏡也不會再分解為其它的色光由單色光所混合的光稱為復色光包含全部顏色光譜的光是白色沒有光線照射時，人眼感覺是黑色色彩由光、物體特性與人眼視覺機構(gòu)三大因素涵蓋圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識物體呈現(xiàn)的顏色：光射到物體上時，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收。如果物體是透明的，還有一部分光透過物體。不同物體，對不同色光的反射、吸收和透過的情況不同，因此呈現(xiàn)出不同的顏色。

圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識圖像的表示景象：人眼所看到的客觀世界，物體所發(fā)出的光線進入人眼，在人眼的視網(wǎng)膜上成的像人們用各種方法記錄下這些象，稱為圖像圖像是記錄下來的象，是人眼所見的再現(xiàn)象反映了客觀景物的亮度和顏色隨空間位置和方向變化的特征，是空間坐標的函數(shù)圖像處理中的色彩學知識光強：光的強度，光源單位時間內(nèi)輻射的光通量景深：在攝影過程中，當我們讓鏡頭聚焦在某一個物體上時，我們會發(fā)現(xiàn)這個物體的前后一段距離內(nèi)的景物也都相當清晰，這個清晰的范圍我們稱之為景深。圖像處理中的色彩學知識色彩三要素亮度：光作用于人眼時所引起的明亮程度的感覺，是發(fā)射光或物體反射光明亮度程度的量度，與光強、光功率有關(guān)色調(diào)：反映顏色的種類，是決定顏色的基本特性，與光波的波長有關(guān)圖像處理中的色彩學知識色彩三要素色調(diào)：反映顏色的種類，是決定顏色的基本特性，與光波的波長有關(guān)色調(diào)是由于某種波長的顏色光使觀察者產(chǎn)生的顏色感覺，每個波長代表不同的色調(diào)。它反映顏色的種類，決定顏色的基本特性，例如紅色、棕色等都是指色調(diào)。某一物體的色調(diào)，是指該物體在日光照射下所反射的各光譜成分作用于人眼的綜合效果，對于透射物體則是透過該物體的光譜綜合作用的結(jié)果。圖像處理中的色彩學知識色相環(huán)圖像處理中的色彩學知識飽和度：顏色的純度，即顏色的深淺程度，也就是摻入白光的程度，摻入彩色引起色調(diào)變化，摻入白色引起飽和度變化圖像處理中的色彩學知識飽和度是顏色強度的度量。對于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深顏色越鮮明或者越純。例如紅色和粉紅色的區(qū)別，雖然這兩種顏色有相同的主波長，但一種也許是混合了更多的白色在里面，因此顯得不太飽和。通常把色調(diào)、飽和度統(tǒng)稱為色度，上述內(nèi)容總結(jié)為亮度表示某彩色光的明亮程度，而色度則表示顏色的類別與深淺程度。

圖像處理中的色彩學知識色彩模型色彩空間：為了使各種顏色能按照一定的排列次序并容納在一個空間內(nèi)，將三維坐標軸與顏色的三個獨立參數(shù)對應起來，使每一種顏色都有一個對應的空間位置，反過來，在空間的任何一點都能代表一個特定的顏色，這個空間稱為色彩空間三維色彩空間圖像處理中的色彩學知識色彩模型：色彩空間是三維的，作為色彩空間三維坐標的三個獨立參數(shù)可以是色彩心理的三屬性，用不同的三個色彩參數(shù)就代表不同的色彩模型圖像處理中的色彩學知識色域一個色彩系統(tǒng)能夠顯示或打印的色彩范圍色域由寬到窄的順序：人眼所看到的色譜Lab色域RGB色域CMY色域圖像處理中的色彩學知識RGB模型三基色：基色是指互為獨立的三色，任一色彩都不能有其他兩種色彩混合而成紅色、綠色、藍色，按照不同的比例組合可以配出自然界大部分的顏色配色關(guān)系式

F=R[R]+G[G]+B[B]圖像處理中的色彩學知識RGB模型三基色原理相加混色法圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識HSL模型H代表色調(diào)、S代表飽和度、L代表亮度該模型描述顏色更自然，更適合于色彩設(shè)計圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識CMY模型C代表青，M代表品紅，Y代表黃，因為該三種顏色無法產(chǎn)生完善的黑或灰色，所以加入B黑色，構(gòu)成CMYK模型減色混色法圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識四色印刷并非所有RGB顏色都能打印出來圖像處理中的色彩學知識LAB模型可以用來模擬黑白照片效果黑白模式采用1位來表示一個像素，只能顯示黑色和白色無法表示層次復雜的圖像圖像處理中的色彩學知識圖像處理中的色彩學知識LAB模型RGB模式是一種發(fā)光屏幕的加色模式，CMYK模式是一種顏色反光的印刷減色模式。而Lab模式既不依賴光線，也不依賴于顏料，它是CIE組織確定的一個理論上包括了人眼可以看見的所有色彩的色彩模式。Lab模式彌補了RGB和CMYK兩種色彩模式的不足。

圖像處理中的色彩學知識LAB模型Lab模式由三個通道組成，但不是R、G、B通道。它的一個通道是亮度，即L。另外兩個是色彩通道，用A和B來表示。A通道包括的顏色是從深綠色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉紅色（高亮度值）；B通道則是從亮藍色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黃色（高亮度值）。因此，這種色彩混合后將產(chǎn)生明亮的色彩。

圖像處理中的色彩學知識LAB模型在表達色彩范圍上，處于第一位的是Lab模式，第二位的是RGB模式，第三位是CMYK模式

圖像處理中的色彩學知識顏色深度與位平面位圖圖像中像素的顏色信息是由若干個二進制數(shù)據(jù)位來表示的，這些數(shù)據(jù)的個數(shù)稱為圖像顏色的深度四位和八位色彩圖像稱為索引彩色圖像，因為它的色彩要通過一個顏色表查找來決定，它顯示的顏色不是圖像本身真正的顏色，稱為偽彩色圖像處理中的色彩學知識對于單色灰度圖像只有一