交互设计-第2讲 图像处理初步09.ppt

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1、教学进程教学进程教学进程教学进程交互设计-第2讲 图像处理初步09 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望教学进程教学进程教学进程教学进程数字图像数字图像人眼能识别的自然景象或图像原也是一种人眼能识别的自然景象或图像原也是一种模拟信模拟信号号，为了使计算机能够记录和处理图像、图形，为了使计算机能够记录和处理图像、图形，必须首先使其必须首先使其数字化数字化。数字化后的图像、图形称。数字化后的图像、图形称为为数字图像、数字图形数字图像、数字图形，一般也简称为图

2、像、图，一般也简称为图像、图形。形。教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程图像处理系统示意图教学进程教学进程教学进程教学进程数字图像：直接量化的原始信号数字图像：直接量化的原始信号数字图像：直接量化的原始信号数字图像：直接量化的原始信号图像的最小单位是像点图像的最小单位是像点图像的最小单位是像点图像的最小单位是像点用于表现自然影像用于表现自然影像用于表现自然影像用于表现自然影像 图形：运算形成的抽象化产物图形：运算形成的抽象化产物图形：运算形成的抽象化产物图形：运算形成的抽象化产物图形由具有方向和长度的图形由具有方向和长度的图形由具有方向和长度的图形由具有方向和长度的

3、矢量表示矢量表示矢量表示矢量表示用于分析运算结果，简单用于分析运算结果，简单用于分析运算结果，简单用于分析运算结果，简单图形表示图形表示图形表示图形表示图像是自然界中多姿多彩的景物和生物图像是自然界中多姿多彩的景物和生物图像是自然界中多姿多彩的景物和生物图像是自然界中多姿多彩的景物和生物通过视觉感官在大脑中留下的印记。通过视觉感官在大脑中留下的印记。通过视觉感官在大脑中留下的印记。通过视觉感官在大脑中留下的印记。教学进程教学进程教学进程教学进程2.2数字图像类型数字图像类型 教学进程教学进程教学进程教学进程根根据据数数字字图图像像的的特特性性可可将将其其分分为为:矢矢量量(Vector)(Ve

4、ctor)图图和和位位图图（BitmapBitmap）。）。1.1.矢矢量量图图是是用用一一系系列列绘绘图图指指令令来来表表示示一一幅幅图图。这这幅幅图图可可以以分分解解为为一一系系列列子子图图如如：点点、线线、面面等等。这这种种方方法法的的本本质质是是用用数数学学公公式式描描述述一一幅幅图图像像。图图像像中中每每一一个个形形状状都都是是一一个个完完整整的的公公式式，称为一个对象。称为一个对象。2.2.位图位图（bit-mappedimage）是用像素点来描述或映射的图，是用像素点来描述或映射的图，也即位映射图。位图在内存中也就是一组计算机内存地址位也即位映射图。位图在内存中也就是一组计算机内

5、存地址位（bit）组成，这些）组成，这些位位定义图像中每个像素点的颜色和亮度。定义图像中每个像素点的颜色和亮度。位图一般也称为图像。位图一般也称为图像。位图可以从传统的相片、幻灯片上制作出来或使用数字相位图可以从传统的相片、幻灯片上制作出来或使用数字相机得到，机得到，也可以利用也可以利用WindowsWindows的画笔的画笔(Painbrush)(Painbrush)用颜色点用颜色点填充网格单元来创建位图。填充网格单元来创建位图。2.2数字图像类型数字图像类型 教学进程教学进程教学进程教学进程优点：优点：q容量：它的文件数据量很小；容量：它的文件数据量很小；q图图像像质质量量与与分分辨辨率率

6、无无关关，这这意意味味着着无无论论将将图图像像放放大大或或缩缩小小了了多多少少次次，图图像像总总是是以以显显示示设设备备允允许许的的最最大大清清晰晰度度显显示示。在在计计算算机机计计算算与与显显示示一一幅幅图图像像时时，也也往往往往能能看看到到画画图图的的过过程。程。q存存盘盘后后文文件件的的大大小小与与图图形形中中元元素素的的个个数数和和每每个个元元素素的的复复杂杂程度成正比。而与图形面积和色彩的丰富程度无关。程度成正比。而与图形面积和色彩的丰富程度无关。缺点：缺点：q不不易易制制作作色色调调丰丰富富或或色色彩彩变变化化太太多多的的图图像像，而而且且绘绘出出来来的的图像不是很逼真，同时也不易

7、在不同的软件间交换文件。图像不是很逼真，同时也不易在不同的软件间交换文件。矢量图特点矢量图特点图形由具有方向和长图形由具有方向和长图形由具有方向和长图形由具有方向和长度的矢量表示度的矢量表示度的矢量表示度的矢量表示用于分析运算结果，用于分析运算结果，用于分析运算结果，用于分析运算结果，简单图形表示简单图形表示简单图形表示简单图形表示教学进程教学进程教学进程教学进程 图形：用数学公式或模型来描述图形：用数学公式或模型来描述图形：用数学公式或模型来描述图形：用数学公式或模型来描述数据量小数据量小数据量小数据量小放大缩小不失真放大缩小不失真放大缩小不失真放大缩小不失真必须专用软件才能打开必须专用软件

8、才能打开必须专用软件才能打开必须专用软件才能打开适合表现简单规范的图形适合表现简单规范的图形适合表现简单规范的图形适合表现简单规范的图形CorelDrawCorelDraw：*.cdr*.cdrIllustratorIllustrator：*.AI*.AI、*.EPS.EPS和和和和SVGSVGAutoCADAutoCAD：*.dwg*.dwg和和和和dxfdxfFreeHandFreeHand：.FH11.FH113DStudio3DStudio：。：。：。：。3DS3DSwindows标准图元文件标准图元文件*.wmf和增强型图元文件和增强型图元文件*.emf等等。等等。教学进程教学进程教

9、学进程教学进程 位图图像特点位图图像特点位图图像特点位图图像特点图像像点图像像点图像像点图像像点教学进程教学进程教学进程教学进程在计算机上存储图像最普通和广泛的形在计算机上存储图像最普通和广泛的形式是位图。式是位图。特点：特点：q适适于于“获获取取”和和“复复制制”，表现力丰富，但编辑较复杂表现力丰富，但编辑较复杂q位位图图的的绘绘制制过过程程也也即即逐逐点点映映射射的的过过程程，与与图图像像的的复复杂杂程程度度无无关关。位位图图的的表表现现力力强强，可可适适于于任任何何自自然然图图像像，细细腻腻、层次多、细节多。层次多、细节多。q图图形形面面积积越越大大，文文件件的的字字节节数数越越多多，文

10、文件件的的色色彩彩越越丰丰富富，文件的字节数越多。文件的字节数越多。教学进程教学进程教学进程教学进程 位图图像位图图像位图图像位图图像图像由基本显示单元图像由基本显示单元图像由基本显示单元图像由基本显示单元“像点像点像点像点”构成构成构成构成图像像点图像像点图像像点图像像点8bit(28bit(28 8=256=256色色色色)16bit(216bit(21616=65536=65536色色色色)24bit(224bit(22424=16M=16M色色色色)8 8位图像位图像位图像位图像1616位图像位图像位图像位图像2424位图像位图像位图像位图像 二进制位与图像之间二进制位与图像之间二进制

11、位与图像之间二进制位与图像之间存在严格的存在严格的存在严格的存在严格的“位映射位映射位映射位映射”关系关系关系关系 像点由若干个二进制位进行描述像点由若干个二进制位进行描述像点由若干个二进制位进行描述像点由若干个二进制位进行描述 二进制位代表图像颜色的数量二进制位代表图像颜色的数量二进制位代表图像颜色的数量二进制位代表图像颜色的数量 具有位映射关系的图叫作具有位映射关系的图叫作具有位映射关系的图叫作具有位映射关系的图叫作“位图位图位图位图”“位图位图位图位图”特指图像特指图像特指图像特指图像教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程 1）矢量图与位图的转换 通过软件，矢量

12、图可以轻松地转换为位图，而位图转换为矢量图就需要经过复杂而庞大的数据处理，而且生成的矢量图的质量无法跟原来的图形相比。2）矢量图与位图的组合使用 矢量图和位图在应用上可以相互结合，例如可以用矢量图形建模、位图贴图实现逼真的视觉效果等。矢量图与位图的关系 教学进程教学进程教学进程教学进程 计算机显示图像时采用位图块拷贝。对图计算机显示图像时采用位图块拷贝。对图形显示，需要计算机依照特定的算法生成。形显示，需要计算机依照特定的算法生成。对图形而言，其关键算法主要有：图形数对图形而言，其关键算法主要有：图形数据结构研究、计算机自动造型、参数化设计据结构研究、计算机自动造型、参数化设计等。等。对图像而

13、言，其关键算法主要有：图像的对图像而言，其关键算法主要有：图像的压缩与编码、图像的恢复与重建、图像的解压缩与编码、图像的恢复与重建、图像的解释与识别、计算机视觉等等。释与识别、计算机视觉等等。教学进程教学进程教学进程教学进程q 我们日常生活中见到的图像一般是连续形式的模我们日常生活中见到的图像一般是连续形式的模 拟图像，所以数字图像处理的一个先决条件就是拟图像，所以数字图像处理的一个先决条件就是 将连续图像离散化，转换为数字图像。将连续图像离散化，转换为数字图像。q 图像的数字化包括图像的数字化包括采样采样和和量化量化两个过程，连续图两个过程，连续图像像f f(x,yx,y)经数字化后，可以用

14、一个离散量组成的矩经数字化后，可以用一个离散量组成的矩阵阵g(g(i,ji,j)（即二维数组）来表示。（即二维数组）来表示。图像数字化概念图像数字化概念 教学进程教学进程教学进程教学进程位图图像的表示位图图像的表示p如果将一幅图像分成许多个被如果将一幅图像分成许多个被称为象素（称为象素（PixelPixel）的小区域，）的小区域，每个象素中的灰度平均值用一每个象素中的灰度平均值用一个整数来表示，这便是数字信个整数来表示，这便是数字信号。号。p数字图像是由矩阵构成，矩阵数字图像是由矩阵构成，矩阵中包含有不同的象素值。数字中包含有不同的象素值。数字图像是以一规则的数字量集合图像是以一规则的数字量集

15、合来表示的物理图像，图像用计来表示的物理图像，图像用计算机处理必须赋予数字形式。算机处理必须赋予数字形式。教学进程教学进程教学进程教学进程（2 2）数数字字化化采采样样一一般般是是按按正正方方形形点点阵阵取取样样的的，除除此此之外还有三角形点阵、正六角形点阵取样。如图所示。之外还有三角形点阵、正六角形点阵取样。如图所示。（3）以上是用以上是用g(i,j)的数值来表示的数值来表示(i,j)位置点上灰度级位置点上灰度级值的大小，即只反映了黑白灰度的关系，值的大小，即只反映了黑白灰度的关系，如果是一幅彩如果是一幅彩色图像，色图像，各点的数值还应当反映色彩的变化，可用各点的数值还应当反映色彩的变化，可

16、用g(i,j,)表示，其中表示，其中是波长。如果图像是运动的，还应是时是波长。如果图像是运动的，还应是时间间t的函数，即可表示为的函数，即可表示为g(i,j,t)。教学进程教学进程教学进程教学进程 2.2.采样采样q图图像像在在空空间间上上的的离离散散化化称称为为采采样样。也也就就是是用用空空间间上上部分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点。部分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点。q由由于于图图像像是是一一种种二二维维分分布布的的信信息息，需需要要先先将将二二维维信信号变为一维信号，再对一维信号完成采样。号变为一维信号，再对一维信号完成采样。具体做法具体做法:1.1.先先沿沿垂垂直直方方向向

17、按按一一定定间间隔隔从从上上到到下下顺顺序序地地沿沿水水平平方方向向直直线线扫扫描描，取取出出各各水水平平线线上上灰灰度度值值的的一一维扫描。维扫描。2.2.而而后后再再对对一一维维扫扫描描线线信信号号按按一一定定间间隔隔采采样样得得到到离离散散信信号号，即即先先沿沿垂垂直直方方向向采采样样，再再沿沿水水平平方方向采样这两个步骤完成采样操作。向采样这两个步骤完成采样操作。教学进程教学进程教学进程教学进程采样示意图采样示意图教学进程教学进程教学进程教学进程q 模模拟拟图图像像经经过过采采样样后后，在在时时间间和和空空间间上上离离散散化化为为像像素素。但但采采样样所所得得的的像像素素值值（即即灰灰

18、度度值值）仍仍是是离离散散量量。把把采采样样后后所所得得的的各各像像素素的的灰灰度度值值从从模模拟拟量量到到离离散散量量的的转转换换称为图像灰度的量化。称为图像灰度的量化。q 图图a a说说明明了了量量化化过过程程。若若连连续续灰灰度度值值用用z z来来表表示示，对对于于满满足足z zi iz zz zi i+1+1的的z z值值，都都量量化化为为整整数数q qi i。q qi i称称为为像像素素的灰度值，的灰度值，z z与与q qi i的差称为量化误差。的差称为量化误差。q 一一般般，像像素素值值量量化化后后用用一一个个字字节节8bit来来表表示示。如如图图所所示示，把把由由黑黑灰灰白白的的

19、连连续续变变化化的的灰灰度度值值，量量化化为为0255共共256级级灰灰度度值值，灰灰度度值值的的范范围围为为0255，表表示示亮亮度从深到浅，度从深到浅，对应图像中的颜色为从黑到白。对应图像中的颜色为从黑到白。3.3.量化量化教学进程教学进程教学进程教学进程量化示意图（a）量化；(b)量化为8bit教学进程教学进程教学进程教学进程q对对一一幅幅图图像像，当当量量化化级级数数Q Q一一定定时时，采采样样点点数数M MN N 对图像质量有着显著的影响。对图像质量有着显著的影响。q如如图图所所示示，采采样样点点数数越越多多，图图像像质质量量越越好好；当当采采样样点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显

20、。点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显。4.采样与量化的选择采样与量化的选择用二进制表示就是从用二进制表示就是从0000000000000000到到1111111111111111，总，总共需要共需要8 8位二进制数。位二进制数。教学进程教学进程教学进程教学进程图图2-4 2-4 不同采样点数对图像质量的影响不同采样点数对图像质量的影响（a a）原始图像）原始图像(256256)(256256)；（；（b b）采样）采样1(128128)1(128128)；（；（c c）采样采样2(6464)2(6464)；（d d）采样）采样3(3232)3(3232)；（e e）采样）采样4(1616)4

21、(1616)；（；（f f）采样采样5(88)5(88)教学进程教学进程教学进程教学进程图像的属性图像的属性图像的属性图像的属性2.32.3像素点、图像分辨率、图像深度像素点、图像分辨率、图像深度教学进程教学进程教学进程教学进程图像分辨率图像分辨率图像分辨率是确立组成一幅图像的像素数目，图像分辨率是确立组成一幅图像的像素数目，图像分辨率用每英寸多少点（图像分辨率用每英寸多少点（dotperinchdpi）表示，指组成一幅图像的像素密度的度量方法。对表示，指组成一幅图像的像素密度的度量方法。对同样大小的一幅原图，如果数字化时图像分辨率高，同样大小的一幅原图，如果数字化时图像分辨率高，则组成该图的

22、像素点数目越多，看起来就越逼真。则组成该图的像素点数目越多，看起来就越逼真。图像分辨率在图像输入图像分辨率在图像输入/输出时起作用；它决定图像输出时起作用；它决定图像的点阵数。而且，的点阵数。而且，不同的分辨率会造成不同的图像不同的分辨率会造成不同的图像清晰度清晰度。教学进程教学进程教学进程教学进程300dpi96dpi21dpi300dpi96dpi21dpidpidpi的数值越大，图像越清晰的数值越大，图像越清晰的数值越大，图像越清晰的数值越大，图像越清晰 分辨率的单位分辨率的单位分辨率的单位分辨率的单位dpi(displaypixels/inch)dpi(displaypixels/in

23、ch)每英寸显示的点数每英寸显示的点数每英寸显示的点数每英寸显示的点数dpidpi视觉效果视觉效果视觉效果视觉效果清晰度清晰度清晰度清晰度绝对清晰度绝对清晰度绝对清晰度绝对清晰度图像分辨率图像分辨率图像分辨率图像分辨率教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程常见分辨率常见分辨率常见分辨率常见分辨率 平板平板平板平板扫描仪：扫描仪：扫描仪：扫描仪：1200dpi1200dpi底片扫描仪底片扫描仪底片扫描仪底片扫描仪4800dpi4800dpi 印刷图片印刷图片印刷图片印刷图片普通：普通：普通：普通：300dpi300dpi高精度：高精度：高精度：高精度：600dpi600

24、dpi显示器：显示器：显示器：显示器：96dpi96dpi 显示用图片：显示用图片：显示用图片：显示用图片：96dpi96dpi 动画、视频：动画、视频：动画、视频：动画、视频：96dpi96dpi喷墨打印机：喷墨打印机：喷墨打印机：喷墨打印机：7207202880dpi2880dpi激光打印机：激光打印机：激光打印机：激光打印机：6001200dpi6001200dpi教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程图像深度图像深度也称像素深度、或色彩深度。是指位图中记录也称像素深度、或色彩深度。是指位图中记录每个像素点所占的位数，它决定了彩色图像中可出每个像素点所占的位数，

25、它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或者灰度图像中的最大灰度等级现的最多颜色数，或者灰度图像中的最大灰度等级数。数。图像的色彩需用三维空间来表示，如图像的色彩需用三维空间来表示，如RGB色彩色彩空间，而色彩的空间表示法又不是唯一的，所以每空间，而色彩的空间表示法又不是唯一的，所以每个像素点的图像深度的分配还与图像所用的色彩空个像素点的图像深度的分配还与图像所用的色彩空间有关。以最常用的间有关。以最常用的RGB色彩空间为例，图像深度色彩空间为例，图像深度与色彩的映射关系主要有真彩色、伪彩色和调配色。与色彩的映射关系主要有真彩色、伪彩色和调配色。教学进程教学进程教学进程教学进程q在在灰灰度度图图

26、像像中中，像像素素灰灰度度级级用用8 8 bitbit表表示示，所所以以每每个个像像素素都都是介于黑色和白色之间的是介于黑色和白色之间的256256（2 28 8=256=256）种灰度中的一种。）种灰度中的一种。q灰灰度度图图像像只只有有灰灰度度颜颜色色而而没没有有彩彩色色。我我们们通通常常所所说说的的黑黑白白照照片，其实包含了黑白之间的所有灰度色调。片，其实包含了黑白之间的所有灰度色调。q从技术上来说，就是具从技术上来说，就是具有从黑到白的有从黑到白的256256种灰度色种灰度色域（域（GamutGamut）的单色图像。）的单色图像。1）灰度图像灰度图像教学进程教学进程教学进程教学进程q索

27、索引引颜颜色色通通常常也也称称为为映映射射颜颜色色，在在这这种种模模式式下下，颜颜色色都都是是预预先先定定义义的的，并并且且可可供供选选用用的的一一组组颜颜色色也也很很有有限限，索索引颜色的图像最多只能显示引颜色的图像最多只能显示256256种颜色。种颜色。q一一幅幅索索引引颜颜色色图图像像在在图图像像文文件件里里定定义义，当当打打开开该该文文件件时时，构构成成该该图图像像具具体体颜颜色色的的索索引引值值就就被被读读入入程程序序里里，然然后后根根据据索引值找到最终的颜色。索引值找到最终的颜色。4）索引图像索引图像教学进程教学进程教学进程教学进程p真彩色真彩色：真彩色（真彩色（true-colo

28、rtrue-color）是指图像中的每个像素值）是指图像中的每个像素值都分成都分成R R、G G、B B（红、绿和蓝）三个基色分量，每个（红、绿和蓝）三个基色分量，每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色。例如图像深度为为真彩色。例如图像深度为2424，用，用R R：G G：B B8 8：8 8：8 8来表示色彩，则来表示色彩，则R R、G G、B B各占用各占用8 8位来表示各自基色分位来表示各自基色分量的强度，每个基色分量的强度等级为量的强度，每个基色分量的强度等级为2 28 8256256种。图种。图像可容纳像可容纳2 22

29、42416 M 16 M 种色彩。这样得到的色彩可以反种色彩。这样得到的色彩可以反映原图的真实色彩，故称真彩色。映原图的真实色彩，故称真彩色。教学进程教学进程教学进程教学进程颜色数量与颜色深度颜色数量与颜色深度颜色数量与颜色深度颜色数量与颜色深度 颜色数量颜色数量颜色数量颜色数量用于表示图像色彩的有限位二进制数。用于表示图像色彩的有限位二进制数。用于表示图像色彩的有限位二进制数。用于表示图像色彩的有限位二进制数。颜色深度颜色深度颜色深度颜色深度表示一个像素的二进制位数，以表示一个像素的二进制位数，以表示一个像素的二进制位数，以表示一个像素的二进制位数，以bitbit为单位。为单位。为单位。为单

30、位。颜色深度颜色深度颜色深度颜色深度(bit)(bit)数值数值数值数值颜色数量颜色数量颜色数量颜色数量颜色评价颜色评价颜色评价颜色评价12121122二值二值二值二值(单色单色单色单色)图像图像图像图像4242441616简单色图像简单色图像简单色图像简单色图像828288256256基本色图像基本色图像基本色图像基本色图像16216216166553665536增强色图像增强色图像增强色图像增强色图像24224224241677721616777216真彩色图像真彩色图像真彩色图像真彩色图像322322323242949672964294967296真彩色图像真彩色图像真彩色图像真彩色图像

31、36236236366871947673668719476736真彩色图像真彩色图像真彩色图像真彩色图像教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程教学进程图像数据的容量图像数据的容量在扫描生成一幅图像时，实际上就是按一定的图像分辨率和在扫描生成一幅图像时，实际上就是按一定的图像分辨率和一定的图像深度对模拟图片或照片进行采样，从而生成一幅一定的图像深度对模拟图片或照片进行采样，从而生成一幅数字化的图像。图像的分辨率越高、图像深度越深，则数字数字化的图像。图像的分辨率越高、图像深度越深，则数字化后的图像效果越逼真、图像数据量越大。如果是按照像素化后的图像效果越逼真、图像数据量越大。如

32、果是按照像素点及其深度映射的图像数据大小可用下面的公式来估算：点及其深度映射的图像数据大小可用下面的公式来估算：图像数据量图像的总像素图像数据量图像的总像素图像深度图像深度 /8/8（ByteByte）一幅一幅640480640480、真彩色的图像，其文件大小约为：、真彩色的图像，其文件大小约为：64048024/8=1MByte64048024/8=1MByte在多媒体应用中，更应考虑好图像容量与效果的关系。在多媒体应用中，更应考虑好图像容量与效果的关系。由于图像数据量很大，因此，数据的压缩就成为图像处理的由于图像数据量很大，因此，数据的压缩就成为图像处理的重要内容之一。重要内容之一。图像文

33、件的格式与数据量图像文件的格式与数据量图像文件的格式与数据量图像文件的格式与数据量2.42.4教学进程教学进程教学进程教学进程图像的压缩格式图像的压缩格式1 1 图像数据压缩的基本概念图像数据压缩的基本概念 数字图像的数据量是非常大的，存贮时会占用大量空间，数字图像的数据量是非常大的，存贮时会占用大量空间，在在数据传输时数码率非常高，这对通信信道及网络都造成很大压力。数据传输时数码率非常高，这对通信信道及网络都造成很大压力。因此，图像处理的重要内容之一就是图像的压缩编码。图像数据因此，图像处理的重要内容之一就是图像的压缩编码。图像数据的压缩基于两点：的压缩基于两点：1 1）原始图像信息存在着很

34、大的冗余度，数据之间存在着相关性，）原始图像信息存在着很大的冗余度，数据之间存在着相关性，如相邻像素之间色彩的相关性等。如相邻像素之间色彩的相关性等。2 2）其次是因为在多媒体系统的应用领域中，人眼是图像信息的）其次是因为在多媒体系统的应用领域中，人眼是图像信息的接收端。因此，可利用人的视觉对于边缘急剧变化不敏感（视觉接收端。因此，可利用人的视觉对于边缘急剧变化不敏感（视觉掩盖效应），以及掩盖效应），以及人眼对图像的亮度信息敏感、对颜色分辨率弱人眼对图像的亮度信息敏感、对颜色分辨率弱的特点实现高压缩比，而解压缩后的图像信号仍有着满意的主观的特点实现高压缩比，而解压缩后的图像信号仍有着满意的主观

35、质量。质量。教学进程教学进程教学进程教学进程人眼对图像的亮度信息敏感、对颜色分辨率弱人眼对图像的亮度信息敏感、对颜色分辨率弱 教学进程教学进程教学进程教学进程 由此发展出数据压缩的两类基本方法：由此发展出数据压缩的两类基本方法：一种是将相同的或相似的数据或数据特征归类，使用较少一种是将相同的或相似的数据或数据特征归类，使用较少的数据量描述原始数据，达到减少数据量的目的。这种压缩的数据量描述原始数据，达到减少数据量的目的。这种压缩一般为一般为无损压缩无损压缩。第二类方法是利用人眼的视觉特性有针对性地简化不重要第二类方法是利用人眼的视觉特性有针对性地简化不重要的数据，以减少总的数据量。这种压缩一般

36、为的数据，以减少总的数据量。这种压缩一般为有损压缩有损压缩，只，只要损失的数据不太影响人眼主观接收的效果，就可采用。要损失的数据不太影响人眼主观接收的效果，就可采用。图像压缩的主要参数之一是图像压缩的主要参数之一是图像压缩比图像压缩比。教学进程教学进程教学进程教学进程三、数据压缩的可能性三、数据压缩的可能性1 1空间冗余空间冗余2 2时间冗余时间冗余3 3结构冗余结构冗余4 4知识冗余知识冗余5 5视觉冗余视觉冗余6 6图像区域相同性冗余图像区域相同性冗余7 7纹理的统计冗余纹理的统计冗余教学进程教学进程教学进程教学进程2 2 行程编码行程编码 在一些图块中，许多连续的扫描行都具有同一种颜色，

37、或者同一扫描行上有许多连续的像素都具有相同的颜色值。仅仅存储一个像素值以及具有相同颜色的像素数目。这种编码称为行程编码，或称游程编码，常用RLE（Run-Length Encoding）表示。直观和经济，运算也相当简单，因此解压缩速度很快。RLE 的压缩率的大小取决于图像本身的特点。如果图像中具有相同颜色的横向色块越大、这样的图像块数目越多，压缩比就越大；反之就越小。如果图像中有大量纵向色块，则可先把图像旋转90度，再用RLE压缩，也可以得到较大的压缩比。教学进程教学进程教学进程教学进程3 3 增量调制编码增量调制编码 RLE RLE 编码实际上是利用图像的横向坐标间像素值的编码实际上是利用图

38、像的横向坐标间像素值的一致性压缩坐标数目，如果连续的像素值不完全一致则不能一致性压缩坐标数目，如果连续的像素值不完全一致则不能压缩。自然图像往往具有这样的特点：在比较大的范围内，压缩。自然图像往往具有这样的特点：在比较大的范围内，图像的颜色虽不完全一致，但变化不大。因此，在这些区域图像的颜色虽不完全一致，但变化不大。因此，在这些区域中，相邻像素的像素值相差很小，具有很大的相关性。在一中，相邻像素的像素值相差很小，具有很大的相关性。在一幅图像中，除了轮廓特别明显的地方，大部分区域都具有这幅图像中，除了轮廓特别明显的地方，大部分区域都具有这种特点。增量调制编码（种特点。增量调制编码（Delta M

39、odulation EncodingDelta Modulation Encoding）就）就是利用图像相邻像素值的相关性来压缩每个像素值的位数，是利用图像相邻像素值的相关性来压缩每个像素值的位数，达到最终减少图像存贮容量的目的。达到最终减少图像存贮容量的目的。教学进程教学进程教学进程教学进程4 霍夫曼编码霍夫曼编码 霍夫曼编码的基本方法是先对图像数据扫描一遍，计算出各种像素出现的概率，按概率的大小指定不同长度的唯一码字，由此得到一张该图像的霍夫曼码表。编码后的图像数据记录的是每个像素的码字，而码字与实际像素值的对应关系记录在码表中。当然，码表是附在图像文件中的。实际应用中，霍夫曼编码也常与别

40、的编码方法一起结合起来使用。如把霍夫曼编码与增量调制编码结合起来对图像进行编码，得到的压缩比要比采用单一的编码方法所得的压缩比高，效果更好。教学进程教学进程教学进程教学进程图像文件结构图像文件结构1 1 图像文件的一般结构图像文件的一般结构 一般的图像文件结构主要都包含有文件头、文件体和文一般的图像文件结构主要都包含有文件头、文件体和文件尾等三部分：件尾等三部分：文件头文件头的主要内容包括产生或编辑该图像文件的软件的信息以的主要内容包括产生或编辑该图像文件的软件的信息以及图像本身的参数。这些参数必须完整地描述图像数据的所有及图像本身的参数。这些参数必须完整地描述图像数据的所有特征，因此是图像文

41、件中的关键数据。当然，根据不同的文件，特征，因此是图像文件中的关键数据。当然，根据不同的文件，有的参数是可选的，如压缩算法，有的文件无压缩，有的文件有的参数是可选的，如压缩算法，有的文件无压缩，有的文件可选择多种方法压缩。可选择多种方法压缩。教学进程教学进程教学进程教学进程文件尾文件尾是可选项，可包含一些用户信息。有的是可选项，可包含一些用户信息。有的文件格式不包括这部分内容。由于文件体数据文件格式不包括这部分内容。由于文件体数据量较之文件头与文件尾要大得多，而文件体中量较之文件头与文件尾要大得多，而文件体中色彩变换表或调色板所占用的空间一般也比图色彩变换表或调色板所占用的空间一般也比图像数据

42、小得多，因此图像文件的容量一般能够像数据小得多，因此图像文件的容量一般能够表示图像数据的容量（压缩或无压缩）。表示图像数据的容量（压缩或无压缩）。文件体主要包括图像数据以及色彩变换查找表或调色板数据。这部分是文件的主体，对文件容量的大小起决定作用。如果是真彩色图像，则无色彩变换查找表或调色板数据，对于256色的调色板，每种颜色值用24bit表示，则调色板的数据长度为2563（Byte）。教学进程教学进程教学进程教学进程424DC6000000000000007600000028000000100000000A000000010004000000000050000000C40E0000C40E0

43、00000000000000000000000000000008000008000000080800080000000800080008080000080808000C0C0C0000000FF0000FF000000FFFF00FF00FF00FF00FF00FFFF0000FFFFFF0088888844448888888888884FF4888888888889499498888888999F4664F9998889FFFF4664FFFF9889FFFF4664FFFF9888999F4664F999888888教学进程教学进程教学进程教学进程（1 1）42 4D42 4D用用ASCA

44、SC码表示为码表示为“BMBM”，表示，表示该文件为该文件为WindowsWindows位图文件。位图文件。C6 00 00 00C6 00 00 00为为该位图文件实际数据长度，用十进制表示为该位图文件实际数据长度，用十进制表示为198198，为该文件实际长度；其后的四个字节，为该文件实际长度；其后的四个字节00 00 00 00 0000 00 00为保留字节，为保留字节，76 00 00 0076 00 00 00为该位图为该位图文件图像数据的偏移地址，表示实际图像数文件图像数据的偏移地址，表示实际图像数据从地址：据从地址：00000076h00000076h开始，即加粗、阴影处开始，即

45、加粗、阴影处的的8888为起始图像数据为起始图像数据教学进程教学进程教学进程教学进程（2 2）28 00 00 0028 00 00 00为该位图文件信息头大为该位图文件信息头大小，用十进制表示为小，用十进制表示为4040，它表示包含其自身，它表示包含其自身以后的以后的4040字节为该位图文件信息头。字节为该位图文件信息头。（3 3）对照）对照BITMAPINFOHEADERBITMAPINFOHEADER定义结构，该定义结构，该位图文件为位图文件为161016161016图像，即图像宽度为图像，即图像宽度为1616（10 00 00 0010 00 00 00四字节）、高度为四字节）、高度为

46、1010（0A 0A 00 00 0000 00 00）、颜色数为）、颜色数为1616（biBitCountbiBitCount：04 04 0000，每个像素占，每个像素占4 4个二进制位，所以颜色数为个二进制位，所以颜色数为1616）教学进程教学进程教学进程教学进程图像文件的格式图像文件的格式q 数数字字图图像像有有多多种种存存储储格格式式，每每种种格格式式一一般般由由不不同同的的开开发发商商支支持持。随随着着信信息息技技术术的的发发展展和和图图像像应应用用领领域域的的不不断断拓拓宽宽，将将会不断有新的图像格式出现。会不断有新的图像格式出现。q 要要进进行行图图像像处处理理，必必须须了了解

47、解图图像像文文件件的的格格式式，即即图图像像文文件件的的数数据据构构成成。每每一一种种图图像像文文件件均均有有一一个个文文件件头头，在在文文件件头头之之后后才才是是图图像像数数据据。文文件件头头的的内内容容由由制制作作该该图图像像文文件件的的公公司司决决定定，一一般般包包括括文文件件类类型型、文文件件制制作作者者、制制作作时时间间、版版本本号号、文件大小等内容。文件大小等内容。q 各各种种图图像像文文件件的的制制作作还还涉涉及及到到图图像像文文件件的的压压缩缩方方式式和和存存储储效率等。下面介绍几种常见的图像文件格式。效率等。下面介绍几种常见的图像文件格式。教学进程教学进程教学进程教学进程图像

48、文件的格式与数据量图像文件的格式与数据量2.42.41BMPn是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它采用位映射存贮格式，除了图像深度可选以外，不采用其采用位映射存贮格式，除了图像深度可选以外，不采用其它任何压缩，因此，它任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选文件的图像深度可选1bit、4bit、8bit及及24bit。BMP文文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。的顺序。nBMP BMP 是是 DOS DOS

49、和和 Windows Windows 兼容计算机系统的标准兼容计算机系统的标准 Windows Windows 图象格式。图象格式。nBMP BMP 格式支持格式支持 RGBRGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式。可、索引颜色、灰度和位图颜色模式。可以指定图象采用以指定图象采用 Microsoft Windows Microsoft Windows 或或 OS/2 OS/2 格式，并格式，并指定图象的位深度。指定图象的位深度。n对于使用对于使用 Windows Windows 格式的格式的 4 4 位和位和 8 8 位图象，可以指定位图象，可以指定采用采用 RLE RLE 压缩。压缩。但无法支持

50、含但无法支持含Alpha通道的图像信息。通道的图像信息。教学进程教学进程教学进程教学进程图像文件的格式与数据量图像文件的格式与数据量图像文件的格式与数据量图像文件的格式与数据量2.42.42 2GIFGIFqCompuServeCompuServe开发的图形交换文件格式开发的图形交换文件格式GIFGIF（Graphics Graphics Interchange FormatInterchange Format），目的是在不同的系统平台上交），目的是在不同的系统平台上交流和传输图像。流和传输图像。q它是在它是在WebWeb及其他联机服务上常用的一种文件格式，用于及其他联机服务上常用的一种文件格