数字图像处理基础知识课件.ppt
2.2 基本系统基本系统基本图像处理系统的结构基本图像处理系统的结构图像存储设备图像存储设备（大容量图像存储）（大容量图像存储）2.2.1 图像的输入图像的输入输入设备输入设备摄像机摄像机（可见、不可见（红外、紫外、（可见、不可见（红外、紫外、X光、光、超声）、超声）、CCD固态摄像器件）固态摄像器件）飞点扫描器飞点扫描器（照片、文件资料，底片）（照片、文件资料，底片）鼓形扫描器鼓形扫描器（照片、文件资料、底片）（照片、文件资料、底片）基于基于CCD光电耦器件的输入设备光电耦器件的输入设备摄像机、数字摄像机摄像机、数字摄像机数字相机数字相机平板扫描仪平板扫描仪基于光电倍增管的输入设备基于光电倍增管的输入设备滚筒扫描仪滚筒扫描仪 2.2.1 图像的输入图像的输入扫描仪分辨率与扫描图像的大小扫描仪分辨率与扫描图像的大小分辨率：单位长度上采样的像素个数：分辨率：单位长度上采样的像素个数：DPI(dot/inch)1000DPI1600DPI1000象素象素1600象素象素1英寸英寸原稿原稿 2.2 图像的输入图像的输入例如例如喷墨打印机喷墨打印机激光打印机激光打印机热升华打印机热升华打印机热蜡打印机热蜡打印机输出设备输出设备显示器、打印机、印刷照像显示器、打印机、印刷照像 2.2.2 图像的输出图像的输出印刷机印刷机数字印刷机数字印刷机传统印刷机：平印、传统印刷机：平印、凹印、丝印凹印、丝印 2.2.2 图像的输出图像的输出图像存储图像存储 内存存储：处理时使用内存存储：处理时使用 硬盘存储：处理、备份时用（在线）硬盘存储：处理、备份时用（在线）备份存储：光盘、磁带等备份存储：光盘、磁带等 2.2.3 图像的存储图像的存储2.3 数字图像处理基础数字图像处理基础2.3.1 图像运算图像运算1.算术运算算术运算1)加法加法运算的定义运算的定义C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)主要应用举例主要应用举例去除去除“叠加性叠加性”噪声噪声生成图像叠加效果生成图像叠加效果2.3.1 图像运算图像运算 去除去除“叠加性叠加性”噪声噪声 对于原图像对于原图像f(x,y),有一个噪声有一个噪声图像集图像集 gi(x,y)i=1,2,.M其中：其中：gi(x,y)=f(x,y)+h(x,y)iM个图像的均值定义为：个图像的均值定义为：g(x,y)=1/M(g1(x,y)+g2(x,y)+gM(x,y)当：噪声当：噪声h(x,y)i为互不相关，且均值为为互不相关，且均值为0时，时，上述图像均值将降低噪声的影响。上述图像均值将降低噪声的影响。2.3.1 图像运算图像运算生成图像叠加效果生成图像叠加效果对于两个图像对于两个图像f(x,y)f(x,y)和和h(x,y)h(x,y)的均值有：的均值有：g(x,y)=1/2f(x,y)+1/2h(x,y)g(x,y)=1/2f(x,y)+1/2h(x,y)推广这个公式为：推广这个公式为：g(x,y)=f(x,y)+h(x,y)g(x,y)=f(x,y)+h(x,y)其中其中+=1+=1 我我们们可可以以得得到到各各种种图图像像合合成成的的效效果果，也也可可以以用于两张图片的衔接用于两张图片的衔接第第二二章章 数数字字图图像像处处理理基基础础知知识识2.3.1 图像运算图像运算2)2)减法减法运算的定义运算的定义 C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)主要应用举例主要应用举例去除不需要的叠加性图案去除不需要的叠加性图案显示两幅图像的差异，检测同一场景两幅图显示两幅图像的差异，检测同一场景两幅图像之间的变化像之间的变化 如：视频中镜头边界的检测如：视频中镜头边界的检测图像分割：如分割运动的车辆，减法去掉静图像分割：如分割运动的车辆，减法去掉静止部分，剩余的是运动像素和噪声止部分，剩余的是运动像素和噪声第第二二章章 数数字字图图像像处处理理基基础础知知识识2.3.1 图像运算图像运算去除不需要的叠加性图案去除不需要的叠加性图案设设：背背景景图图像像b(x,y)b(x,y)，前前景景背背景景混混合合图图像像f(x,y)f(x,y)g(x,y)=f(x,y)b(x,y)g(x,y)=f(x,y)b(x,y)g(x,y)g(x,y)为去除了背景的图像。为去除了背景的图像。电视制作的蓝屏技术就基于此电视制作的蓝屏技术就基于此第第二二章章 数数字字图图像像处处理理基基础础知知识识2.3.1 图像运算图像运算3)3)乘法乘法运算的定义运算的定义C(x,y)=A(x,y)*B(x,y)C(x,y)=A(x,y)*B(x,y)主要应用举例主要应用举例 图像的局部显示图像的局部显示用二值蒙板图像与原图像做乘法用二值蒙板图像与原图像做乘法2.3.1 图像运算图像运算2.3.1 图像运算图像运算2.2.逻辑运算逻辑运算1)1)求反运算求反运算定义定义g(x,y)=255-f(x,y)g(x,y)=255-f(x,y)主要应用举例主要应用举例获得一个阴图像获得一个阴图像获得一个子图像的补图像获得一个子图像的补图像2.3.1 图像运算图像运算获得一个阴图像获得一个阴图像2.3.1 图像运算图像运算获得一个子图像的补图像获得一个子图像的补图像=255-255-2.3.1 图像运算图像运算2)2)异或运算异或运算定义定义g(x,y)=f(x,y)g(x,y)=f(x,y)h(x,y)h(x,y)主要应用举例主要应用举例获得相交子图像获得相交子图像2.3.1 图像运算图像运算获得相交子获得相交子图像图像=2.3.1 图像运算图像运算3)3)或运算或运算定义定义 g(x,y)=f(x,y)g(x,y)=f(x,y)h(x,y)h(x,y)主要应用举例主要应用举例合并子图像合并子图像=2.3.1 图像运算图像运算4)4)与运算与运算定义定义 g(x,y)=f(x,y)g(x,y)=f(x,y)h(x,y)h(x,y)主要应用举例主要应用举例求两个子图像的相交子图求两个子图像的相交子图=2.3.2 图像处理的算法形式（空间域）图像处理的算法形式（空间域）1.1.点处理（点处理（Point OperationPoint Operation）定义：这种运算的处理结果定义：这种运算的处理结果JP(IJP(I，J)J)只和像素点只和像素点IPIP(I(I，J)J)的特征有关，即的特征有关，即 JP(IJP(I，J)=J)=P P(IP(I(IP(I，J)J)IP(I,J)IP(I,J)输入图像输入图像 IP IPJP(I,J)JP(I,J)输出图像输出图像 JP JP点处理点处理点处理点处理2.3.2 图像处理的算法形式图像处理的算法形式2.2.邻域处理（邻域处理（Neighborhood OperationNeighborhood Operation）定义：输出图像的像素定义：输出图像的像素JPJP（I I，J J）的值和位于（）的值和位于（I I，J J）附近的邻域里的像素点的特征有关，即：）附近的邻域里的像素点的特征有关，即：JPJP（I I，J J）=N N(N(IP(I(N(IP(I，J)J)输入图像输入图像IPIPIP(I,J)IP(I,J)邻域处理邻域处理JP(I,J)JP(I,J)输出图像输出图像JPJPN N（IP(I,J)IP(I,J)（IP(I,J)IP(I,J)的邻域）的邻域）邻域处理邻域处理2.3.2 图像处理的算法形式图像处理的算法形式模板运算模板运算所谓模板就是一个系数矩阵所谓模板就是一个系数矩阵模板大小：经常是奇数，如：模板大小：经常是奇数，如：3 3 5 5 7 7模板系数模板系数:矩阵的元素矩阵的元素w1 w2 w3w4 w5 w6w7 w8 w92.3.2 图像处理的算法形式图像处理的算法形式模板运算的定义模板运算的定义对于某图像的子图像：对于某图像的子图像：z1 z2 z3 z4 z5 z6 z7 z8 z9z5的模板运算公式为：的模板运算公式为：R=w1z1+w2z2+.+w9z92.3.2 图像处理的算法形式图像处理的算法形式模板运算举例：均值变换模板运算举例：均值变换模板系数：模板系数：wi=1/9计算公式：计算公式：R=1/9(z1+z2+.+z9)2.3.2 图像处理的算法形式图像处理的算法形式大局处理大局处理：JP(I,J)的值由图像内的值由图像内大范围内的像大范围内的像素值（有时也素值（有时也使用输入图像使用输入图像全部像素的值）全部像素的值）来计算。来计算。JP(I,J)=G(IP(I,J)IP(I,J)A(IP(I,J)（输入图像中的大范围）（输入图像中的大范围）输入图像输入图像IP输入图像输入图像IP或者或者(I,J)输入图像全体输入图像全体JP(I,J)输出图像输出图像JP大局处理大局处理3.大局处理（大局处理（global operation)：2.3.3 直方图直方图 1.1.直方图定义直方图定义 对应于每个灰度值、求出在图像中具有该灰度值的像素对应于每个灰度值、求出在图像中具有该灰度值的像素数的图形叫做数的图形叫做灰度值直方图灰度值直方图（GRAY LEVEL HISTOGRAMGRAY LEVEL HISTOGRAM），），或者简单地称作或者简单地称作直方图直方图。用横轴代表灰度值，纵轴代表像。用横轴代表灰度值，纵轴代表像素数（或者产生概率：对整个画面上的像素数的比率）的素数（或者产生概率：对整个画面上的像素数的比率）的棒图来表示。棒图来表示。直方图直方图像素数像素数0 0255255 灰度值灰度值2.3.3 直方图直方图0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70.30.30.20.20.10.10 00.170.170.250.250.200.200.150.150.100.100.070.070.040.040.020.02灰度值灰度值概率（频率）概率（频率）2.3.3 直方图直方图图像直方图的定义（图像直方图的定义（1）一个灰度级别在范围一个灰度级别在范围0，L-1的数字图像的数字图像的直方图是一个离散函数的直方图是一个离散函数 p(rk)=nk/n n 是图像的像素总数是图像的像素总数 nk是图像中第是图像中第k个灰度级的像素总数个灰度级的像素总数 rk 是第是第k个灰度级个灰度级，k=0,1,2,L-12.3.3 直方图直方图图像直方图的定义图像直方图的定义(1)(1)举例举例 p(sk)sk0.02 0.04 0.06 0.08 31 15 7 23 2.3.3 直方图直方图图像直方图的定义（图像直方图的定义（2）一个灰度级别在范围一个灰度级别在范围0，L-1的数字图像的数字图像的直方图是一个离散函数的直方图是一个离散函数 p(rk)=nk k=0,1,2,L-1 由于由于rk的增量是的增量是1，直方图可表示为：，直方图可表示为：p(k)=nk即，图像中不同灰度级像素出现的次数即，图像中不同灰度级像素出现的次数2.3.3 直方图直方图两种图像直方图定义的比较两种图像直方图定义的比较 p(rk)=nkp(rk)=nk/n使函数值正则化到使函数值正则化到0,1区间，成为实数函数区间，成为实数函数函数值的范围与像素的总数无关函数值的范围与像素的总数无关给出灰度级给出灰度级rk在图像中出现的概率密度统计在图像中出现的概率密度统计2.直方图的性质直方图的性质(1)直方图没有位置信息直方图没有位置信息(2)图像各像素的灰度值是具有二维位置信息的，图像各像素的灰度值是具有二维位置信息的，而直方图只统计某一灰度值的像素有多少，占全部像素而直方图只统计某一灰度值的像素有多少，占全部像素的比例是多少，而对那些具有同一灰度的像素在图像中的比例是多少，而对那些具有同一灰度的像素在图像中占什么位置则一无所知，不同图像可能具有同样的直方占什么位置则一无所知，不同图像可能具有同样的直方图。图。2.3.3 直方图直方图直方图的总体统计性直方图的总体统计性2.3.3 直方图直方图(2)(2)直方图是总体灰度的概念直方图是总体灰度的概念 由直方图可看出图像的整体性质。由直方图可看出图像的整体性质。p(rk)rk总体偏暗的图像总体偏暗的图像的直方图的直方图2.3.3 直方图直方图p(rk)rk总体偏亮的图像总体偏亮的图像的直方图的直方图2.3.3 直方图直方图对比度较低的图像对比度较低的图像的直方图的直方图 p(rk)rk2.3.3 直方图直方图对比度较高的图像对比度较高的图像的直方图的直方图 p(rk)rk2.3.3 直方图直方图(3)(3)直方图可叠加性直方图可叠加性 若一幅图像分为四个区，则每个区都可分别若一幅图像分为四个区，则每个区都可分别作直方图，而原图像的总直方图为各区直方图作直方图，而原图像的总直方图为各区直方图之和。各区的形状、大小都可随意选择。之和。各区的形状、大小都可随意选择。(4)(4)直方图的统计特征直方图的统计特征 由图像的直方图可直接计算其统计特征，由图像的直方图可直接计算其统计特征，如矩、绝对矩、中心矩、熵等。如矩、绝对矩、中心矩、熵等。参考文献参考文献数字图像处理（第二版），数字图像处理（第二版），R.C.Gonzalez，Richard E.Woods著，阮秋琦，阮宇智等译，电著，阮秋琦，阮宇智等译，电子工业出版社，第子工业出版社，第3.4节节数字图像处理，数字图像处理，K.R.Castleman著，朱志刚等翻著，朱志刚等翻译，电子工业出版社，译，电子工业出版社，第第2、3、5章章计算机图像处理，计算机图像处理，日日田村秀行编著，金喜子、田村秀行编著，金喜子、乔双译，科学出版社，乔双译，科学出版社，2.2节，节，2.3节。节。
