圖像獲取與表示課件

圖像獲取與表示本課程將深入探討圖像獲取和表示的原理與技術。我們將學習圖像形成、數(shù)字化、壓縮和重建等關鍵概念，并探索各種圖像處理方法。緒論圖像獲取與表示概述圖像獲取與表示是計算機視覺和圖像處理的基礎，涉及圖像的采集、處理和理解。應用領域廣泛從醫(yī)學影像到衛(wèi)星遙感，從安防監(jiān)控到人臉識別，圖像獲取與表示技術應用于各個領域。1.1圖像簡介視覺信息載體圖像承載著豐富的視覺信息，例如顏色、形狀、紋理和空間關系。世界模型圖像提供了一種對真實世界的數(shù)字化表示，可以幫助我們理解和分析周圍的環(huán)境。廣泛應用圖像在各個領域得到廣泛應用，包括醫(yī)療、工程、藝術和娛樂等。1.2圖像獲取和表示的重要性圖像采集圖像獲取是計算機視覺的基礎，它將現(xiàn)實世界的信息轉(zhuǎn)化為計算機可處理的數(shù)字形式。圖像表示是圖像處理、分析和理解的關鍵。不同的表示方法可以突出圖像的特定特征，便于計算機進行更深入的分析和應用。圖像獲取與表示在許多領域發(fā)揮重要作用，例如醫(yī)學影像、遙感、機器視覺、圖像識別等。1.3課程大綱數(shù)字圖像的定義與特點介紹數(shù)字圖像的基本概念、特點和表示方法。數(shù)字圖像的采集深入探討圖像采集原理、設備和技術。光柵圖像的表示學習圖像矩陣、顏色模型和像素存儲等內(nèi)容。圖像的存儲與壓縮介紹常見的圖像文件格式、壓縮技術和標準。2.數(shù)字圖像的定義與特點數(shù)字圖像是由計算機處理的圖像，它由一系列離散的數(shù)字值表示?？臻g離散化圖像被分割成一個個像素，每個像素對應圖像空間中的一個點。灰度離散化每個像素的亮度值被量化為有限個灰度級，用數(shù)字表示。顏色離散化彩色圖像中的每個像素被量化為有限個顏色值，用數(shù)字表示。2.1空間離散化1像素圖像的基本單元2采樣將連續(xù)空間轉(zhuǎn)換為離散點3分辨率像素的密度2.2灰度離散化1量化級別將連續(xù)的灰度值量化為有限個離散的灰度級。2量化誤差量化過程中會引入誤差，稱為量化誤差。3灰度級數(shù)量灰度級數(shù)量決定了圖像的灰度層次。2.3顏色離散化量化級別將連續(xù)的顏色值劃分為有限個離散的級別，例如，將256個灰度級減少到8個級別。色深每個像素用多少位表示顏色，例如，8位表示256個顏色，16位表示65536個顏色。顏色空間將顏色表示為不同的三維空間，例如，RGB、CMYK等。3.數(shù)字圖像的采集將現(xiàn)實世界中的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像的過程。光學成像系統(tǒng)將光線聚焦到傳感器上，形成圖像。圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將其數(shù)字化。3.1光學成像系統(tǒng)1光學鏡頭收集光線并將其聚焦在圖像傳感器上。2光圈控制進入鏡頭的光量。3快門控制光線照射傳感器的時間。3.2圖像傳感器光電轉(zhuǎn)換圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)。感光元件感光元件是圖像傳感器的核心，負責捕捉光線并將其轉(zhuǎn)換為電信號。像素感光元件由許多微小的光電二極管組成，每個二極管對應一個像素。3.3常見的圖像采集設備1數(shù)碼相機數(shù)碼相機是一種廣泛使用的圖像采集設備，能夠捕捉靜態(tài)圖像和視頻。2手機攝像頭智能手機攝像頭已經(jīng)成為現(xiàn)代人生活中不可或缺的一部分，用于拍照、視頻通話和掃描二維碼等。3掃描儀掃描儀用于將紙質(zhì)文檔或照片數(shù)字化，以便于存儲、編輯和共享。4醫(yī)療成像設備醫(yī)療成像設備，例如X射線機、CT掃描儀和MRI，用于診斷和治療疾病。光柵圖像的表示光柵圖像，也稱為位圖圖像，使用像素網(wǎng)格來表示圖像。每個像素都存儲了圖像在該位置的顏色信息。4.1圖像矩陣像素圖像矩陣中的每個元素代表一個像素，它是圖像的基本組成單元。灰度值每個像素都有一個灰度值，表示該像素的亮度或顏色強度。矩陣維度圖像矩陣的維度由圖像的寬度和高度決定，表示圖像中像素的排列方式。4.2RGB顏色模型紅色表示紅色通道的亮度。綠色表示綠色通道的亮度。藍色表示藍色通道的亮度。其他顏色模型CMYK顏色模型用于印刷和出版行業(yè)的顏色模型，基于青色(Cyan)、品紅(Magenta)、黃色(Yellow)和黑色(Key)四種顏色。HSV顏色模型用于描述人類感知顏色的模型，基于色調(diào)(Hue)、飽和度(Saturation)和明度(Value)三個屬性。圖像的存儲與壓縮圖像數(shù)據(jù)量龐大，直接存儲和傳輸會占用大量資源。圖像壓縮技術可以減少存儲空間和傳輸帶寬，提高效率。圖像文件格式常見的圖像文件格式包括JPEG、PNG、GIF、BMP等，它們采用不同的壓縮算法和編碼方式。無損壓縮無損壓縮算法可以完全恢復原始圖像數(shù)據(jù)，適用于需要保持圖像質(zhì)量的場景，例如醫(yī)學影像。有損壓縮有損壓縮算法會丟失部分圖像數(shù)據(jù)，但可以大幅壓縮文件大小，適用于對圖像質(zhì)量要求不高的場景，例如網(wǎng)頁圖片。5.1圖像文件格式常見格式常見的圖像文件格式包括JPEG、PNG、GIF和TIFF。存儲方式不同的格式使用不同的壓縮和存儲方法，影響圖像質(zhì)量和文件大小。應用場景選擇合適的格式取決于圖像的用途，如網(wǎng)頁設計、印刷或科學研究。5.2無損壓縮數(shù)據(jù)完整性無損壓縮算法在壓縮過程中不丟失任何原始數(shù)據(jù)?？赡嫘詨嚎s后的數(shù)據(jù)可以通過解壓縮還原為原始數(shù)據(jù)。應用場景適用于需要保留原始數(shù)據(jù)完整性的場合，例如醫(yī)學影像、財務報表等。5.3有損壓縮1不可逆壓縮過程中不可避免地會損失一部分信息。解碼后的圖像與原始圖像存在差異，但人眼通常無法察覺。2壓縮率高有損壓縮可以實現(xiàn)更高的壓縮率，從而減小圖像文件的大小。3廣泛應用JPEG、MP3等常用的圖像和音頻格式都采用了有損壓縮技術。圖像處理的基本操作1幾何變換旋轉(zhuǎn)，縮放，平移等。2灰度變換調(diào)整圖像亮度，對比度等。3濾波處理去除噪聲，增強圖像細節(jié)等。6.1幾何變換1平移移動圖像到新位置。2旋轉(zhuǎn)繞某個點旋轉(zhuǎn)圖像。3縮放改變圖像的大小。4剪切傾斜圖像。6.2灰度變換1線性變換調(diào)整圖像整體亮度和對比度。2非線性變換增強圖像細節(jié)或特定區(qū)域。3直方圖均衡化改善圖像對比度，使灰度分布更均勻。6.3濾波處理1平滑濾波消除圖像噪聲，使圖像更加平滑。2銳化濾波增強圖像邊緣和細節(jié)，使圖像更加清晰。3邊緣檢測提取圖像邊緣信息，用于目標識別和圖像分割。結語圖像獲取與表示是計算機視覺與圖像處理的基礎，掌握圖像獲取、表示和處理的關鍵技術，將為我們進一步深入學習和應用圖像處理技術奠定堅實的基礎。思考題本課程結束后，你將能夠：