数字图像图像处理基础PPT课件.ppt

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1、关于数字图像图像处理基础第一张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第第2章章 数字图像处理基础数字图像处理基础视觉感知要素光和电磁波谱图像的感知和获取图像的采样和量化像素间的一些基本关系线性和非线性操作第二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.1 视觉感知要素视觉感知要素眼睛的构造眼睛的构造:(人眼包含有三层膜人眼包含有三层膜)眼角膜与巩膜外壳眼角膜与巩膜外壳脉络膜脉络膜(前面睫状体前面睫状体 虹膜虹膜 晶状体晶状体)视网膜视网膜(视网膜表面的分离光视网膜表面的分离光 接收器提供图案视觉接收器提供图案视觉,分为锥状体、杆状体分为锥状体、杆状体)锥状体锥状体:位于视网膜中间位于视

2、网膜中间,对颜色对颜色 灵敏度高灵敏度高,分辨图像细节分辨图像细节.白昼视觉白昼视觉杆状体杆状体:分布在视网膜表面分布在视网膜表面,无彩无彩 色感觉色感觉,在低照明度下对在低照明度下对 图像较敏感，用来给出图像较敏感，用来给出 视野内一般的总体图像视野内一般的总体图像.夜视觉夜视觉 第三张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.1 视觉感知要素视觉感知要素视网膜上锥状体和杆状体的分布视网膜上锥状体和杆状体的分布第四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 杆状细胞（rod cell）：负责黑白视觉，同时负责察觉物体的运动对低亮度光敏感（夜视觉）数量约为7500 万 1.5 亿 锥状细

3、胞（cone cell）负责彩色视觉有三种类型：红色、绿色、蓝色感光细胞可感受67百万种颜色空间分辨能力强，能看清物体表面的细节与轮廓境界数量约为600700万 典型动物猫头鹰仅有杆状细胞鸡仅有锥状细胞第五张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月三种锥状细胞对不同光波的感光灵敏度445 nm535 nm575 nm第六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.1 视觉感知要素视觉感知要素晶状体成像晶状体成像 晶晶状状体体成成像像与与普普通通光光学学透透镜镜原原理理类类似似,但但晶晶状状体体可可以以根根据据需需要要调调整整曲曲率率半半径径,分分别别对远处和近处的物体聚焦对远处和近处的物

4、体聚焦.第七张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月n人眼对不同亮度的适应和鉴别能力人眼对不同亮度的适应和鉴别能力n感感光光灵灵敏敏度度：杆杆状状细细胞胞与与锥锥状状细细胞胞不同不同n锥状细胞：明视觉锥状细胞：明视觉n杆状细胞：暗视觉杆状细胞：暗视觉n视敏函数视敏函数n在在相相同同亮亮度度感感觉觉的的条条件件下下，不不同同波波长长上上光光辐辐射功率的倒数射功率的倒数n可可以以用用来来衡衡量量人人眼眼对对各各波波长长光光明明亮亮感感觉觉的的敏感程度。称为视敏函数敏感程度。称为视敏函数n相对视敏函数相对视敏函数n实实验验表表明明，人人眼眼对对波波长长为为555555纳纳米米的的光光最最敏敏感感

5、，因因此此把把任任意意波波长长的的光光的的视视敏敏函函数数与与最最大大视视敏敏函函数数值值K(555)K(555)相相比比的的比比值值称为相对视敏函数称为相对视敏函数 2.1 视觉感知要素视觉感知要素第八张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月人眼对亮度的适应能力与鉴别能力（续）人眼对亮度的适应能力与鉴别能力（续）适适应应能能力力亮亮度度适适应应范范围围:人人眼眼能能够够感感知知的的亮亮度度最最大大值值和和最最小小值值范范围围；最最大大值值和和最最小小值值之之比比10101010量级以上量级以上人眼对光亮度的响应：人眼对光亮度的响应：对数特性对数特性动动态态范范围围：人人眼眼能能够够同同时

6、时分分辨辨的的亮亮度度范范围围，远远远远小于人眼对亮度的适应范围小于人眼对亮度的适应范围视视觉觉亮亮度度灵灵敏敏度度：人人眼眼辨辨别别亮亮度度差差别别的的能能力力，与与环境亮度和本身亮度有关环境亮度和本身亮度有关暗暗适适应应：从从亮亮光光处处到到暗暗光光处处的的适适应应能能力力，一一般般1212秒秒亮亮适适应应：从从暗暗处处到到亮亮处处的的适适应应能能力力，一一般般20302030秒秒 2.1 视觉感知要素视觉感知要素第九张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月人眼的分辨能力对灰度层次的分辨能力约40级对颜色的分辨能力光波波长变化12 nm，人眼即可感受到人眼可同时分辨数千种不同色彩和不同

7、亮度的颜色面积对色觉的影响：目标物体的颜色面积变小时，色觉颜色也变；面积小到一定程度时，变为灰色色对比：若目标物的色度相同，但背景色度有所不同时，看起来有不同的颜色主观色：一个纯黑白的图形在特殊情况下也会有颜色感觉（转动的Benham黑白圆板）2.1 视觉感知要素视觉感知要素第十张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月人眼对亮度的适应能力与鉴别能力（续）人眼的视觉残留现象：人眼对亮度的感觉不会随着光刺激的消失而立即消失，而是大致按指数规律逐渐减小。2.1 视觉感知要素视觉感知要素第十一张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第十二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第十三张，P

8、PT共一百零八页，创作于2022年6月第十四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月n人人眼眼感感觉觉亮亮度度并并不不是是简简单单的强度函数的强度函数n 马马赫赫带带 Mach效效应应（1865年年由由Ernst Mach所所发发现现的的现现象）象）表表明明视视觉觉系系统统有有趋趋向向于于过过高高或或过过低低估估计计不不同同亮亮度度区区域域边边界界值值的的现现象象。马马赫赫带带有有增增强强图图像像轮轮廓提高图像反差的作用。廓提高图像反差的作用。2.1 视觉感知要素视觉感知要素第十五张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.1 视觉感知要素视觉感知要素几何错觉图形几何错觉图形错视现象：

9、错视现象：人眼对物体人眼对物体形状和大小的感觉因物形状和大小的感觉因物体的布置、远近、背景体的布置、远近、背景条件的不同而不同条件的不同而不同第十六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月错视现象鲁宾的面孔第十七张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第十八张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第十九张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月佛雷泽螺旋是最有影响的幻觉图形之一。你所看到的好像是个螺旋，但其实它是一系列完好的同心圆！这幅图形如此巧妙，以至于会促使你的手指沿着错误的方向追寻它的轨迹。第二十张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月扭曲的同心圆第二十一张，PPT共一

10、百零八页，创作于2022年6月第二十二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第二十三张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第二十四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第二十五张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月埃舍尔的错视艺术第二十六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第二十七张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第二十八张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第二十九张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.2 2 电磁波谱与可见光谱电磁波谱与可见光谱 1 1、电磁辐射波、电磁辐射波、电磁辐射波、电磁辐射波 在实际的图像处理应用中，最主

11、要的图像来源于电在实际的图像处理应用中，最主要的图像来源于电 磁辐射成像。磁辐射成像。电磁辐射波包括无线电波电磁辐射波包括无线电波、微波微波、红外线红外线、可见光、可见光、紫外线、紫外线、X射线、射线、射线。射线。电磁辐射波的波谱范围很广，波长最长的是无线电电磁辐射波的波谱范围很广，波长最长的是无线电 波为波为3102m，其波长是可见光波长的几十亿倍；，其波长是可见光波长的几十亿倍；波长最波长最短的是短的是射线，波长为射线，波长为310-17m，其波长，其波长 比可见光小几比可见光小几百万倍。百万倍。第三十张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.2 2 电磁波谱与可见光谱电磁波谱与

12、可见光谱 图图2.1 2.1 电磁辐射波普电磁辐射波普 0.001nm 1nm 10nm 0.001nm 1nm 10nm 电波电波 可见光可见光 射线射线 x x射线射线 紫外线紫外线 红外线红外线 微波微波 视频、无线电波视频、无线电波 紫紫 蓝蓝 绿绿 黄黄 橙橙 红红 近红外近红外 短波红外短波红外 中红外中红外 热红外热红外 远红外远红外400nm 500nm 600nm 700nm 1300 nm 3m 8m 14m 1mm毫米波毫米波 厘米波分米波超短波厘米波分米波超短波 短波短波 中波中波 长波长波 超长波超长波1mm 10mm 1cm 1m 10m 100m 0.1km 10

13、km 100km第三十一张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第三十二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.2 2 电磁波谱与可见光谱电磁波谱与可见光谱 2 2、太阳的电磁辐射波、太阳的电磁辐射波 太阳的电磁辐射波恰好主要占据整个可见光谱范太阳的电磁辐射波恰好主要占据整个可见光谱范太阳的电磁辐射波恰好主要占据整个可见光谱范太阳的电磁辐射波恰好主要占据整个可见光谱范 围。围。可见光随波长的不同依次呈现出紫可见光随波长的不同依次呈现出紫、蓝蓝蓝蓝、绿绿绿绿、黄黄、橙橙橙橙(橘红橘红橘红橘红)、红六种颜色，白光是由不同颜色的可红六种颜色，白光是由不同颜色的可 见光线混合而成的。见

14、光线混合而成的。见光线混合而成的。见光线混合而成的。第三十三张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月可见光谱2.2.2 2 电磁波谱与可见光谱电磁波谱与可见光谱 第三十四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.2 2 电磁波谱与可见光谱电磁波谱与可见光谱 2 2、太阳的电磁辐射波、太阳的电磁辐射波 人从一个物体感受到的颜色是由物体反射的可见人从一个物体感受到的颜色是由物体反射的可见人从一个物体感受到的颜色是由物体反射的可见人从一个物体感受到的颜色是由物体反射的可见 光的特性决定的，若一个物体反射的光在所有可光的特性决定的，若一个物体反射的光在所有可光的特性决定的，若一个物体反射

15、的光在所有可光的特性决定的，若一个物体反射的光在所有可 见光波长范围内是平衡的，则对观察者来说显示见光波长范围内是平衡的，则对观察者来说显示见光波长范围内是平衡的，则对观察者来说显示见光波长范围内是平衡的，则对观察者来说显示 的是白色；若一个物体只反射可见光谱中有限范的是白色；若一个物体只反射可见光谱中有限范的是白色；若一个物体只反射可见光谱中有限范的是白色；若一个物体只反射可见光谱中有限范 围的光，则物体就呈现某种颜色。围的光，则物体就呈现某种颜色。围的光，则物体就呈现某种颜色。围的光，则物体就呈现某种颜色。第三十五张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.2 2 电磁波谱与可见光

16、谱电磁波谱与可见光谱 3 3、相关概念、相关概念 仅有单一波长成份的光称为单色光，含有两种以上仅有单一波长成份的光称为单色光，含有两种以上仅有单一波长成份的光称为单色光，含有两种以上仅有单一波长成份的光称为单色光，含有两种以上 波长成份的光称为复合光，单色光和复合光都是有波长成份的光称为复合光，单色光和复合光都是有波长成份的光称为复合光，单色光和复合光都是有波长成份的光称为复合光，单色光和复合光都是有 色彩的光。色彩的光。色彩的光。色彩的光。没有色彩的光称为消色光。消色光就是观察者看到没有色彩的光称为消色光。消色光就是观察者看到没有色彩的光称为消色光。消色光就是观察者看到没有色彩的光称为消色光

17、。消色光就是观察者看到 的黑白电视的光，所以消色指白色、黑色和各种深的黑白电视的光，所以消色指白色、黑色和各种深的黑白电视的光，所以消色指白色、黑色和各种深的黑白电视的光，所以消色指白色、黑色和各种深 浅程度不同的灰色。浅程度不同的灰色。浅程度不同的灰色。浅程度不同的灰色。消色光的属性仅有亮度或强度，通常用灰度级描述消色光的属性仅有亮度或强度，通常用灰度级描述消色光的属性仅有亮度或强度，通常用灰度级描述消色光的属性仅有亮度或强度，通常用灰度级描述 这种光的强度。这种光的强度。这种光的强度。这种光的强度。第三十六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 2.3 2.3 图像感知与获取图像感知

18、与获取 我们感兴趣的各类图像都是由我们感兴趣的各类图像都是由“照射照射”源和形成图像的源和形成图像的“场景场景”元素对光能的反射或吸收相结合而产生的。元素对光能的反射或吸收相结合而产生的。第三十七张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 把照射量变为数字把照射量变为数字图像的传感器装置图像的传感器装置 2.3 2.3 图像感知与获取图像感知与获取第三十八张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.3 2.3 图像感知和获取图像感知和获取用单个传感器获取图像用单个传感器获取图像 第三十九张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 2.3 2.3 图像感知和获取图像感知和获取用带状传感器

19、获取图像用带状传感器获取图像 第四十张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 2.3 2.3 图像感知和获取图像感知和获取用传感器阵列获取图像用传感器阵列获取图像 第四十一张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月图像的表示图像的表示数字图像的基本要素像数值对单个像素灰度值进行数字化采样4 bits/pixel6 bits/pixel8 bits/pixel12 bits/pixel16 bits/pixel:第四十二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月图像的表示数字图像的基本要素图像尺寸一幅数字图像矩阵的大小32X32、64X64、128X128、256X256、512X512

20、、1024X1024、5280X6940、6000X6000、10000X10000、第四十三张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月图像的表示矩阵表示图像是象素的二维排列一般采用均匀采样像素行、列之间的间隔相等二维排列形成一个矩阵特殊情况下，亦可采用非均匀采样第四十四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月图像的表示数学表示二维离散函数I=f(x,y)x,y 表示图象象素的坐标 x,y 表示图象象素的坐标二维矩阵Am,nm,n 表示图象的宽和高矩阵元素a(i，j)表示图像在第i 行，第j 列的像素值第四十五张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月数字图像的表示数字图像的表示 第四

21、十六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月图像的质量灰度表示图像像素明暗程度的数值灰度级表明图象中不同灰度的最大数量256级灰度16级灰度图像数据的实际灰度级越多，图像视觉效果越好第四十七张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月图像的质量对比度反映一幅图像中灰度方差的大小 对比度=最大灰度值/最小灰度值第四十八张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月图像的分辨率可分辨和记录图像细节的能力灰度分辨率在灰度级别中可分辨的最小变化数字图像的空间分辨率表示单位长度内的像素点DPI（像素数每英寸/dot per inch）或dpc(像素每厘米)单幅图像的像素数以水平和垂直的像素数表示数字化

22、图像的尺寸（分辨率）第四十九张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月数字图像空间分辨率的其它表示显示分辨率以水平和垂直的像素表示计算机屏幕上最大的显示范围800 x600、1024x768、1280 x1024、输出分辨率每英寸荧光点或打印墨点的数目，单位是dpi显示器分辨率：一般在72dpi（Mac）或96dpi（Pc）以上打印分辨率：一般在300dpi600dpi之上第五十张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月数字图像的灰度分辨率通常指单位幅度上包含的灰度级数，即在灰度级数中可分辨的最小变化若用8比特来存储一幅数字图像，其灰度级为256第五十一张，PPT共一百零八页，创作于202

23、2年6月图像的质量评价图像质量的评价图像质量评价研究已成为图像信息工程的基础技术之一当前对图像质量的评估方法主要分成两类主观评价通过人眼主观视觉效果进行判断客观评价通过客观的测量给出量化指标主观评价的方法与标准已相对完善而客观评价则处于热点研究中第五十二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月主观评价将待评价的图像序列播放给评论者观看，并记录他们的打分，然后对所有评论者的打分进行统计，得出平均分作为评价结果ITU-RBT.500-7标准定义了两种标准的主观评价方法双刺激连续质量分级法(DSCQS)将待评估的图像序列和相应的基准序列交替播放给评估者看，每个图像持续时间为10s，按此播放顺序在

24、处理图像的前后都有一个直接的质量比较。每个图像之后有2s的灰画面间隔，评估者可在此期间打分。最后以所有分数的平均值作为该序列的测试值单刺激连续质量评价方法(SSCQE)只把被评价的图像序列播放给评估者看。评价时间长达30s，评估者在观看的同时通过调节一个滑板的位置指向相应的评价分值给出评分第五十三张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月主观评价（续）通常分为绝对评价和相对评价两类绝对评价：由观察者根据事先规定的评价尺度或自己的经验对图像作出判断和评价相对评价：由观察者对一组图像按质量高低进行分类，并给出质量分数主观质量测量评分级别评价标准绝对尺度相对尺度1丝毫看不出图像质量变坏很好一群中最

25、好2可看出图像质量变化但不妨碍观看较好好于该群中平均水平3明显地看出图像质量变坏一般该群中平均水平4图像质量对观看有妨碍较差差于该群中平均水平5图像质量对观看有严重妨碍很差该群中最差第五十四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月客观评价传统客观评价方法 通过计算恢复图像偏离原始图像的误差来衡量恢复图像的质量，最常用的有均方误差(MSE)和峰值信噪比(PSNR)均方误差(MSE)：MSE 1NM峰值信噪比(PSNR)：(fij fij)2N Mi1 j1PSNR 10log10L2MSE客观评价 传统客观评价方法通过计算恢复图像偏离原始图像的误差来衡量恢复图像的质量，最常用的有均方误差(M

26、SE)和峰值信噪比(PSNR)均方误差(MSE)：MSE(fij fij)21NMN Mi1 j1峰值信噪比(PSNR)：L2MSEPSNR 10log10其中N、M分别是x方向、y方向图像像素点的个数，fij和fij分别是原始图像和测试图像在(i,j)点上的取值，L是图像中灰度取值的范围，对8比特的灰度图像而言，L=255。第五十五张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月客观评价第五十六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月客观评价（续）新方法研究基于视觉特性的影像质量评价方法探索人眼视觉特性(HVS)对图像的感知机理，仿人眼视觉模型的原理对图像质量进行客观评估基于视觉感知的测量方

27、法图像降质对人眼视觉的影响取决于人眼视觉系统的灵敏度人眼视觉系统的灵敏度受到图像局部空间频率的影响大量实验结果证明：影响像素误差可视度的因素是误差周围的局部区域环境，而不是整个图像的背景环境根据上述视觉特性，人们建立了各种HVS模型，用以评价图像的质量第五十七张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月客观评价（续）基于视觉兴趣的测量方法从视觉心理学角度，视觉是一种积极的感受行为，不仅与生理因素有关，还在相当大的程度上取决于心理因素人们在观察和理解图像时往往会不自觉地对其中某些区域产生兴趣，这些区域称之为“感兴趣区(ROI)”，整幅图像的视觉质量往往取决于ROI的质量现实生活中人们由于文化背景

28、、周围环境以及情绪的影响，对同一幅图像的评价会产生较大偏差，但是对于图像中关注的区域却具有共性根据上述视觉特性，人们探索各种ROI评价方式。如通过对图像中不同区域的加权突出人眼对ROI的兴趣程度第五十八张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.4 4 图像的采样与量化图像的采样与量化 2.2.4 4.1.1 简单的图像成像模型简单的图像成像模型 一幅图像可定义成一个二维函数一幅图像可定义成一个二维函数f(x,y)f(x,y)。由于幅。由于幅值值f f实质上反映了图像源的辐射能量，所以实质上反映了图像源的辐射能量，所以f(x,y)f(x,y)一一定是非零且有限的，也即有：定是非零且有限

29、的，也即有：0f(x,y)A0f(x,y)A0 0 (2.3)(2.3)第五十九张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 图像是由于光照射在景物上，并经其反射或透射作用图像是由于光照射在景物上，并经其反射或透射作用于人眼的结果。所以：于人眼的结果。所以：f(x,y)f(x,y)可由两个分量来表征，一是照射到观察景物的光可由两个分量来表征，一是照射到观察景物的光的总量，二是景物反射或透射的光的总量。的总量，二是景物反射或透射的光的总量。2.2.2.2.4 4.1.1 简单的图像成像模型简单的图像成像模型第六十张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 设设i(x,y)i(x,y)表示照射到

30、观察景物表面表示照射到观察景物表面(x,y)(x,y)处的白光强处的白光强度，度，r(x,y)r(x,y)表示观察景物表面表示观察景物表面(x,y)(x,y)处的平均反射处的平均反射(或透射或透射)系数，则有：系数，则有：f(x,y)=i(x,y)r(x,y)f(x,y)=i(x,y)r(x,y)(2.4)其中：其中：0 i(x,y)A0 i(x,y)A1 1 0 0 r(x,y)r(x,y)1 12.2.4 4.1.1.1.1 简单的图像成像模型简单的图像成像模型第六十一张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 对于消色光图像对于消色光图像(有些文献称其为单色光图像有些文献称其为单色光图

31、像)，f(x,y)f(x,y)表示图像在坐标点表示图像在坐标点(x,y)(x,y)的灰度值的灰度值l l，且：，且：l=f(x,y)(2.5)l=f(x,y)(2.5)这种只有灰度属性没有彩色属性的图像称为灰度图像。这种只有灰度属性没有彩色属性的图像称为灰度图像。2.2.4 4.1.1 简单的图像成像模型简单的图像成像模型由式由式由式由式(2.4)(2.4)(2.4)(2.4)，显然有：，显然有：，显然有：，显然有：L LminminllL Lmaxmax (2.6)(2.6)区间区间LLminmin，L Lmaxmax 称为灰度的取值范围。称为灰度的取值范围。在实际中，一般取在实际中，一般取

32、L Lminmin的值为的值为0 0，L Lmaxmax=L-1=L-1。这样。这样,灰灰度的取值范围就可表示成度的取值范围就可表示成00，L-1L-1。第六十二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月其中其中:每个每个(x,y)(x,y)对应数字图像中的一个基本单元，称其为图像对应数字图像中的一个基本单元，称其为图像元素元素(picture element)(picture element)，简称为像素（，简称为像素（pixelpixel）；且一般）；且一般取取M M、N N和灰度级和灰度级L L为为2 2的整次幂，即：的整次幂，即：M=2M=2m m （2.82.8）N=2N=2n n

33、 （2.92.9）L=2L=2k k （2.102.10）这里，这里，这里，这里，m m、n n和和k k为正整数。为正整数。2.2.2.2.4 4 4 4.2.2 数字图像的表示数字图像的表示数字图像的表示数字图像的表示第六十三张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月显然显然显然显然:存储一幅存储一幅MMN N的数字图像，需要的存储位数为：的数字图像，需要的存储位数为：b b =M M N k （2.112.11）2.2.4 4 4 4.2.2 数字图像的表示数字图像的表示第六十四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 当一幅图像的当一幅图像的x x和和y y坐标及幅值坐标及幅值f

34、 f都为连续量时，称该都为连续量时，称该图像为连续图像。为了把连续图像转换成计算机可以接图像为连续图像。为了把连续图像转换成计算机可以接受的数字形式，必须先对连续的图像进行空间和幅值的受的数字形式，必须先对连续的图像进行空间和幅值的离散化处理。离散化处理。图像的采样：图像的采样：对图像的连续空间坐标对图像的连续空间坐标x x x x和和y y y y的离散化。的离散化。图像灰度级的量化图像灰度级的量化图像灰度级的量化图像灰度级的量化：对图像函数的幅值对图像函数的幅值对图像函数的幅值对图像函数的幅值 f f f f 的离散化的离散化的离散化的离散化。图像的采样与量化图像的采样与量化第六十五张，P

35、PT共一百零八页，创作于2022年6月 1 1、均匀采样和量化、均匀采样和量化 均匀采样：均匀采样：均匀采样：均匀采样：对一幅二维连续图像对一幅二维连续图像f(x,y)f(x,y)的连续空间坐标的连续空间坐标x x和和y y的的均均匀采样匀采样，实质上就是把二维图像平面在，实质上就是把二维图像平面在x x方向和方向和y y方向分别进方向分别进行等间距划分，从而把二维图像平面划分成行等间距划分，从而把二维图像平面划分成MNMN个网格，并个网格，并使各网格中心点的位置与用一对实整数表示的笛卡尔坐标使各网格中心点的位置与用一对实整数表示的笛卡尔坐标(i,j)(i,j)相对应。二维图像平面上所有网格中

36、心点位置对应的有相对应。二维图像平面上所有网格中心点位置对应的有序实整数对的笛卡尔坐标的全体就构成了该幅图像的采样结序实整数对的笛卡尔坐标的全体就构成了该幅图像的采样结果。果。图像的采样与量化图像的采样与量化第六十六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 1 1、均匀采样和量化、均匀采样和量化 均匀量化：均匀量化：对一幅二维连续图像对一幅二维连续图像f(x,y)f(x,y)的幅值的幅值f f的的均匀量化均匀量化，实质上实质上就是将图像的灰度取值范围就是将图像的灰度取值范围00，L Lmaxmax 划分成划分成L L个等级（个等级（L L为正为正整数，整数，L Lmaxmax=L-1=L-

37、1），并将二维图像平面上），并将二维图像平面上MNMN个网格的中心个网格的中心点的灰度值分别量化成与点的灰度值分别量化成与L L个等级中最接近的那个等级的个等级中最接近的那个等级的值。值。图像的采样与量化图像的采样与量化第六十七张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第六十八张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月第六十九张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 3 3、数字图像的表示、数字图像的表示 为了描述上的方便为了描述上的方便,本书仍用本书仍用f(x,y)f(x,y)表示数字图像。表示数字图像。设设x0 x0，M-1M-1，y0y0，N-1N-1，f0f0，L-1L-1，则

38、数字图，则数字图像可表示成式像可表示成式(2.7)(2.7)形式的一个形式的一个MNMN的二维数字阵列。的二维数字阵列。(2.7)2.2.4 4.2.2.2.2 数字图像的表示数字图像的表示第七十张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.4 4 4 4.2.2 数字图像的表示数字图像的表示第七十一张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.2.2.4 4.2.2 数字图像的表示数字图像的表示数字图像的表示数字图像的表示看上去一个看上去一个“像素像素”就是一个正方形的色块，就是一个正方形的色块，事实上，事实上，“像素像素”是一个纯理论的概念，它是一个纯理论的概念，它没有形状也没

39、有尺寸，看不见摸不着，只存没有形状也没有尺寸，看不见摸不着，只存在于理论计算中。在于理论计算中。第七十二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 y 一个像素 f(x,y）N-1 3 2 1 0 x O 0 1 2 3 M-1 原点 原点 O 0 1 2 3 N-1 0 y 1 2 3 M-1 f(x,y)一个像素 x(a)数字图像运算的坐标系统数字图像运算的坐标系统 (b)数字图像显示的坐标系统数字图像显示的坐标系统 图图2.5 2.5 数字图像的坐标表示数字图像的坐标表示 2.2.4 4.2.2 数字图像的表示数字图像的表示第七十三张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.5

40、 5 空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率 2.2.2.2.5 5.1.1 空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率 空间分辨率是图像中可分辨的最小细节，主要由空间分辨率是图像中可分辨的最小细节，主要由 采样间隔值决定。采样间隔值决定。一种常用的空间分辨率的定义是单位距离内可分一种常用的空间分辨率的定义是单位距离内可分 辨的最少黑白线对数目辨的最少黑白线对数目(单位是每毫米线对数单位是每毫米线对数)，比如每毫米比如每毫米8080线对。线对。1 1、空间分辨率、空间分辨率 第七十四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 对于一个同样大小的景物来说，对其进行采样的空间对于

41、一个同样大小的景物来说，对其进行采样的空间分辨率越高，采样间隔就越小，景物中的细节越能更好地分辨率越高，采样间隔就越小，景物中的细节越能更好地在数字化后的图像中反映出来，也即反应该景物的图像的在数字化后的图像中反映出来，也即反应该景物的图像的质量就越高。质量就越高。2.2.5 5.1.1.1.1 空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率第七十五张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 一幅数字图像的阵列大小（简称为图像大小）通常一幅数字图像的阵列大小（简称为图像大小）通常用用MNMN表示。表示。在景物大小不变的情况下，在景物大小不变的情况下，采样的空间分采样的空间分辨率越高，获得的

42、图像阵列辨率越高，获得的图像阵列MNMN就越大；反之，采样的空就越大；反之，采样的空间分辨率越低，获得的图像阵列间分辨率越低，获得的图像阵列MNMN就越小。就越小。在空间分辨在空间分辨率不变的情况下，率不变的情况下，图像阵列图像阵列MNMN越大，图像的尺寸就越越大，图像的尺寸就越大；反之，图像阵列大；反之，图像阵列MNMN越小，图像的尺寸就越小。越小，图像的尺寸就越小。2.2.5 5.1.1 空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率第七十六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 当简单地把矩形数字化仪的尺寸看作是当简单地把矩形数字化

43、仪的尺寸看作是“单位距离单位距离”时，就可把一幅数字图像的阵列大小时，就可把一幅数字图像的阵列大小MNMN称为该幅数称为该幅数字图像的空间分辨率。字图像的空间分辨率。2.2.2.2.5 5 5 5.1.1 空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率第七十七张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 2 2、灰度分辨率、灰度分辨率 灰度级分辨率是指在灰度级别中可分辨的最小变化，灰度级分辨率是指在灰度级别中可分辨的最小变化，通常把灰度级级数通常把灰度级级数L L称为图像的灰度级分辨率。称为图像的灰度级分辨率。2.2.5 5.1.1 空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率

44、和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率第七十八张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月2.2.2.2.5 5 5 5.2.2 空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响 1 1、采样数变化对图像视觉效果的影响、采样数变化对图像视觉效果的影响 下面的图下面的图(a)(a)给出了一幅灰度级分辨率为给出了一幅灰度级分辨率为256256，空间分，空间分辨率为辨率为512512512512的图像。的图像。图图(b)(b)是从图是从图(a)(a)的的512512512512的图像中，每隔一行删去的图像中，每隔一行删去一行和每隔一列删去一列而得到的一行和每隔一列删去一列

45、而得到的256256256256的图像。图的图像。图(c(c）、）、(d)(d)、(e)(e)、(f)(f)的获得与上述方法类似。的获得与上述方法类似。第七十九张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 1 1、采样数变化对图像视觉效果的影响、采样数变化对图像视觉效果的影响 (a)(b)(c)(d)(e)(f)图图2.7 2.7 采样数变化对图像视觉效果的影响示例采样数变化对图像视觉效果的影响示例 2.2.5 5 5 5.2.2 空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响 第八十张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 1 1、采样数变化对图像视觉效果的

46、影响、采样数变化对图像视觉效果的影响 从上面的图从上面的图(a)(a)开始直到得到图开始直到得到图(f)(f)的过程说明，原图的过程说明，原图对应的景物大小没有变化，对原图采样的对应的景物大小没有变化，对原图采样的“线对线对”宽度也宽度也没有变化没有变化,只是对同一景物图像的采样数目减少了。只是对同一景物图像的采样数目减少了。由此说明：由此说明：（1 1）在图像的空间分辨率不变）在图像的空间分辨率不变(这里指线这里指线对宽度不变对宽度不变)的情况下，采样数越少，图像越小。（的情况下，采样数越少，图像越小。（2 2）在）在景物大小不变的情况下，图像阵列景物大小不变的情况下，图像阵列MNMN越小，

47、图像的尺越小，图像的尺寸就越小。寸就越小。2.2.2.2.5 5.2.2 空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响 第八十一张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 2 2、空间分辨率变化对图像视觉效果的影响、空间分辨率变化对图像视觉效果的影响 下面的图下面的图(a)(a)给出了一幅灰度级分辨率为给出了一幅灰度级分辨率为256256，空间分辨，空间分辨率为率为512512512512的图像。的图像。图图(b)(b)、(c(c）、）、(d)(d)、(e)(e)及及(f)(f)的灰度级分辨率与图的灰度级分辨率与图(a)(a)相同相同(为为256)256)，但

48、空间分辨率依次降低为，但空间分辨率依次降低为256256256256、128128128128、64646464、32323232和和1616(1616(也即，线对宽度也即，线对宽度一次加宽了一次加宽了)。2.2.5 5 5 5.2.2 空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响 第八十二张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月（a）（b）（c）（d）（e）（f）图图2.8 2.8 空间分辨率变化对图像视觉效果的影响示例空间分辨率变化对图像视觉效果的影响示例 2.2.5 5.2.2 空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影

49、响 第八十三张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月灰度级为256，空间像素从10241024到3232的一组图像第八十四张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 所有图像放大到10241024第八十五张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 2 2、空间分辨率变化对图像视觉效果的影响、空间分辨率变化对图像视觉效果的影响 上面各图的共同特征是大小尺寸相同，这种特征的上面各图的共同特征是大小尺寸相同，这种特征的获得是通过降低空间分辨率，也即增加采样的线对宽获得是通过降低空间分辨率，也即增加采样的线对宽度保证的。度保证的。由此可见，随着空间分辨率的降低，图像中的细节由此可见，随着空间分

50、辨率的降低，图像中的细节信息在逐渐损失，棋盘格似的粗颗粒像素点变得越来越信息在逐渐损失，棋盘格似的粗颗粒像素点变得越来越明显。由此也说明，图像的空间分辨率越低，图像的视明显。由此也说明，图像的空间分辨率越低，图像的视觉效果越差。觉效果越差。2.2.5 5.2.2 空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响空间和灰度级分辨率对图像视觉效果的影响 第八十六张，PPT共一百零八页，创作于2022年6月 3 3、灰度分辨率变化对图像视觉效果的影响、灰度分辨率变化对图像视觉效果的影响 下面的图下面的图(a)(a)给出了一幅灰度级分辨率为给出了一幅灰度级分辨率为256256，空间分，空间分辨率为辨率为5125