数字图像处理第一章

数字图象处理赵晓丽绪论数字图象处理承袭的技术和理论数字图象处理技术的起源数字图象处理的应用领域数字图象处理技术的起源图像传输过程中的质量改善原始图像质量不佳由于传输中噪音导致质量不佳模式识别中的场景数据处理自动识别要求对图像进行分析人工视觉要求对图像进行解释数字图象处理承袭的技术和理论信号处理图形学色彩学独有技术数字图象处理的应用领域•传统应用领域医学军事航天模式识别人工视觉•热门应用领域印刷制版电视互联网多媒体DRM电影特技游戏动画制作数字相机虚拟现实电子商务宽带应用DAM例1:图象质量自动调整例2图象的自动拼接2020/2/88图像和数字图像图像和数字图像2020/2/812图像处理图像理解图像分析高层中层低层低高抽象程度像素目标符号操作对象图象工程的三个层次2020/2/813采集处理和分析显示存储通信图像(处理和分析)系统的构成示意图颜色视觉颜色无彩色：白色，黑色及灰色彩色：除去上述黑白系列以外的各种颜色所有颜色都可看作是三种基本颜色----红（R），绿（G），蓝（B）---的不同组合颜色的三种基本特性量：辉度，色调和饱和度。与物体的反射率成正比与混合光谱中主要波长相联系与色调的纯度有关。色调和饱和度和起来称为色度。颜色可用亮度和色度共同表示颜色模型颜色模型RGB模型（面向显示器，打印机之类的硬设备）HSI模型（面向彩色处理）H表示色调（hue），S表示饱和度（saturation），I表示密度（intensity，对应图像灰度）。HIS模型的特点：一是I分量与图像的彩色信息无关；二是H和S分量与人感受颜色的方式紧密相连。这些特点使HIS模型非常适合于借助人的视觉系统来感知彩色特性。光度学和成象模型f(x,y)基本上由两部分构成:(1)入射到可见场景上光的量i(x,y);(2)场景中目标对入射光反射的比率r(x,y)f(x,y)=i(x,y)r(x,y)单色图像f(·)在坐标(x,y)的辉度值称作图象在该点的灰度值ll=0时看作黑色，l=L时看作白色，而所有中间值代表从黑到白之间的灰度值。1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化为了计算机处理，图像函数f(x,y)在空间和取值上必须数字化•图像的采样–空间坐标(x,y)的数字化被称为图像采样–确定水平和垂直方向上的像素个数N、MNM1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像采样的形式化定义–设Z表示整数集合–采样处理：将xy平面分配到一个网格上，且每一个网格中心的坐标是一个笛卡儿乘积ZxZ的元素对，即所有有序元素对(a,b)的集合，其中a和b属于整数集合Zxy平面(a,b)1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化•图像的量化–取值的数字化被称为图像灰度级量化–量化处理：将f映射到Z的处理–Z的最大取值，确定像素的灰度级数G=2m，如256f1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化图像的采样与数字图象的质量265x180133x9066x4533x22图像的量化与数字图象的质量256灰度级16灰度级8灰度级4灰度级1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化一个好的近似图像，需要多少采样分辨率和灰度级胡昂[1965]实验：–实验方法»选取一组细节多少不同的、不同N、M、G的图象»让观察者根据他们的主观质量感觉给这些图象排序–实验结论»随着采样分辨率和灰度级的提高，主观质量也提高»对有大量细节的图象，质量对灰度级需求相应降低1.2.1图像的数字化：统一的采样和量化1.2.1图像的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的采样–在灰度级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平滑的区域，用粗糙的采样1.2.1图像的采样：非统一的采样和量化非统一的图像的量化–在边界附近使用较少的灰度级。剩余的灰度级可用于灰度级变化比较平滑的区域–避免或减少由于量化的太粗糙，在灰度级变化比较平滑的区域出现假轮廓的现象f第二节基本系统1.2.2图像的存储–图像的存储体系–彩色图像的存储–处理中的图像存储1.2.2图像的存储：图像的存储体系图像文件格式体系–互联网用：GIF、JPG、PNG–印刷用：TIF、JPG、TAG、PCX–国际标准：TIF、JPG图像存储体系–内存存储：处理时使用–硬盘存储：处理、备份时用（在线）–备份存储：光盘、磁带（离线、近线）–分级存储（HSM），网络存储（SAN/NAS)1.2.2图像的存储：彩色图像的存储按像素存储按色面存储1.2.2图像的存储:处理中的图像存储图像处理算法对存储缓冲区的不同处理模式–以像素为单位的处理，单缓冲区存储处理单缓冲区原缓冲区目标缓冲区–行和子图为单位的处理，双缓冲存储处理1.2.2图像的存储:处理中的图像存储大体积图像处理中的块缓冲区处理方式–行缓冲区、定长块缓冲区、不定长块缓冲行缓冲区定长块缓冲区不定长块缓冲1.2.2图像的存储:处理中的图像存储大体积图像处理中的文件映射处理方式–由操作系统和程序语言开发工具提供支持–存在的问题：存储空间的动态不可控性实际内存虚拟操作内存实际数据存放在硬盘P的四连通和q的四连通交集为空