数字图像表示及其处理.pptx

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1、2.1 人眼成像过程人眼成像过程图像构成：图像构成：照度成分照度成分入射到可见场景上光的量入射到可见场景上光的量反射成分反射成分场景中目标物体反射光的量场景中目标物体反射光的量图像由照度和反射量相乘得到图像由照度和反射量相乘得到计算机图像处理目的之一，帮助人更好的观察和理解图像中的信息。计算机图像处理目的之一，帮助人更好的观察和理解图像中的信息。第1页/共31页2.1 人眼成像过程人眼成像过程 人眼是一个平均半径为人眼是一个平均半径为20mm的球状的球状 器官，由三层薄膜包围。器官，由三层薄膜包围。最外层：最外层：坚硬的蛋白质膜坚硬的蛋白质膜角膜角膜透明组织，光线进入眼内透明组织，光线进入眼内

2、巩膜巩膜白色不透明组织，白色不透明组织，巩固和保护整个眼球。巩固和保护整个眼球。中间一层：中间一层：由虹膜和脉络膜组成。由虹膜和脉络膜组成。虹膜的中间有一个圆孔，称为瞳孔。虹膜的中间有一个圆孔，称为瞳孔。大小由连接虹膜的环状肌肉组织来调节，控制进入眼睛内部的光通量大小，其作用和照相机中的光大小由连接虹膜的环状肌肉组织来调节，控制进入眼睛内部的光通量大小，其作用和照相机中的光圈一样。圈一样。第2页/共31页2.1 人眼成像过程人眼成像过程最内一层：最内一层：视网膜视网膜表面分布有大量光敏细胞。表面分布有大量光敏细胞。锥状锥状分布在黄斑区内分布在黄斑区内分辨光的强弱和色彩分辨光的强弱和色彩白天视觉

3、白天视觉杆状杆状无法分辨细微差别无法分辨细微差别感知总体形象感知总体形象不能感知色彩，对低照明度比较敏感不能感知色彩，对低照明度比较敏感夜视觉夜视觉第3页/共31页2.1 人眼成像过程人眼成像过程水晶体水晶体瞳孔后面，扁球形瞳孔后面，扁球形作用：如同可变焦距的透镜作用：如同可变焦距的透镜曲率可由睫状肌的收缩进行调节曲率可由睫状肌的收缩进行调节使景象始终能刚好聚焦于黄斑区使景象始终能刚好聚焦于黄斑区比普通光学透镜的适应性强比普通光学透镜的适应性强前室前室角膜和水晶体之间角膜和水晶体之间对可见光透明水状液体对可见光透明水状液体吸收一部分紫外线吸收一部分紫外线后室后室胶状透明液体（玻璃体）胶状透明液

4、体（玻璃体）保护眼睛的滤光作用保护眼睛的滤光作用第4页/共31页2.1 人眼成像过程人眼成像过程一般物体在光源照射下呈现彩色一般物体在光源照射下呈现彩色反射或透射照射光源的一部分，吸收其余部分。反射或透射照射光源的一部分，吸收其余部分。人眼对彩色感知的人眼对彩色感知的3个度量：个度量：亮度亮度光作用于人眼引起的明亮程度的感觉光作用于人眼引起的明亮程度的感觉色调色调反映颜色种类。反映颜色种类。物体反射光的光谱成分物体反射光的光谱成分透射光的波长分布或光谱透射光的波长分布或光谱饱和度饱和度彩色光深浅或纯洁程度彩色光深浅或纯洁程度饱和度越高，颜色越深，或越纯饱和度越高，颜色越深，或越纯掺入白光而变浅

5、掺入白光而变浅第5页/共31页2.1 人眼成像过程人眼成像过程三基色原理三基色原理：红、绿、蓝：红、绿、蓝三基色选择不唯一，必须相互独立（任一颜色不能由其他两种合成）三基色选择不唯一，必须相互独立（任一颜色不能由其他两种合成）相加二次色相加二次色：黄、品红、青：黄、品红、青第6页/共31页2.1 人眼成像过程人眼成像过程马赫带马赫带奥地利物理学家奥地利物理学家E马赫发现的一种明度对比现象马赫发现的一种明度对比现象明暗交界处，亮度更亮，暗处更暗明暗交界处，亮度更亮，暗处更暗主观的边缘对比效应主观的边缘对比效应人类的视觉系统有增强边缘对比度的机制人类的视觉系统有增强边缘对比度的机制第7页/共31页

6、2.1 人眼成像过程人眼成像过程The Color of the DressThose who subconsciously seek detail in the many horizontal black lines convert them to a golden hue,so the blue disappears into a blown-out whiteOthers whose brains focus on the blue part of the dress see the photo as the black-and-blue reality第8页/共31页2.2 简单的图像

7、形成模型简单的图像形成模型一幅图像实际上记录的是物体辐射能量的空间分布，这个分布是空间坐标、时间和波长的函数，即一幅图像实际上记录的是物体辐射能量的空间分布，这个分布是空间坐标、时间和波长的函数，即:I=(x,y,z,t)。当一幅图像为平面单色静止图像时，空间坐标变量当一幅图像为平面单色静止图像时，空间坐标变量z,波长波长和时间变量和时间变量t可以从函数中去除，一幅图像可以可以从函数中去除，一幅图像可以用二维函数用二维函数f(x,y)来表示来表示:f(x,y)=i(x,y)r(x,y)这里这里 0i(x,y)0r(x,y)1 反射分量限制在反射分量限制在0和和1之间。之间。i(x,y)的性质取

8、决于照射源，而的性质取决于照射源，而r(x，y)取决于成像物体的特性。取决于成像物体的特性。第9页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化数字图像可以理解为对二维函数数字图像可以理解为对二维函数f(x，y)进行采样和量化进行采样和量化(即离散处理即离散处理)后得到的图像，因此，通常用二维矩后得到的图像，因此，通常用二维矩阵来表示一幅数字图像。阵来表示一幅数字图像。将一幅图像进行数字化的过程就是在计算机内生成一个二维矩阵的过程。将一幅图像进行数字化的过程就是在计算机内生成一个二维矩阵的过程。数字化过程包括三个步骤：扫描、采样和量化。数字化过程包括三个步骤：扫描、采样和量化。第10页/共31页2

9、.3 图像的数字化图像的数字化第11页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化2.3.1 采样采样 采样（采样（Sampling）:对图像空间坐标的离散化，它决定了图像的空间分辨率。对图像空间坐标的离散化，它决定了图像的空间分辨率。用用一一个个网网格格把把待待处处理理的的图图像像覆覆盖盖，然然后后把把每每一一小小格格上上模模拟拟图图像像的的各各个个亮亮度度取取平平均均值值，作作为为该该小小方方格格中中点点的的值；或者把方格的交叉点处模拟图像的亮度值作为该方格交叉点上的值。值；或者把方格的交叉点处模拟图像的亮度值作为该方格交叉点上的值。第12页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化2.3.

10、1 采样采样对对一一幅幅图图像像采采样样时时，若若每每行行（即即横横向向）像像素素为为N个个，每每列列（即即纵纵向向）像像素素为为M个个，则则图图像像大大小小为为MN个个像像素，从而素，从而f(x,y)构成一个构成一个MN实数矩阵：实数矩阵：每个元素为图像f(x,y)的离散采样值，称之为像元或像素。第13页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化2.3.2 量化量化把采样后所得的各像素灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化。把采样后所得的各像素灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化。量化是对图像幅度坐标的离散化，它决定了图像的幅度分辨率。量化是对图像幅度坐标的离散化，它决定了

11、图像的幅度分辨率。第14页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化2.3.2 量化量化量化的方法包括：分层量化、均匀量化和非均匀量化。量化的方法包括：分层量化、均匀量化和非均匀量化。分层量化是把每一个离散样本的连续灰度值只分成有限多的层次。分层量化是把每一个离散样本的连续灰度值只分成有限多的层次。均匀量化是把原图像灰度层次从最暗至最亮均匀分为有限个层次，如果采用不均匀分层就称为非均匀量化。均匀量化是把原图像灰度层次从最暗至最亮均匀分为有限个层次，如果采用不均匀分层就称为非均匀量化。第15页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化2.3.2 量化量化量化示意图第16页/共31页2.3 图像的

12、数字化图像的数字化2.3.2 量化量化图像量化实例(a)256(a)256级灰度图象 (b)b)子图 (c)c)子图对应的量化数据第17页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化2.3.2 量化量化采样点数和量化级数的关系：采样点数和量化级数的关系：对一幅图像，当量化级数一定时，采样点数对图像质量有着显著的影响。采样点数越多，图像质量越好；当对一幅图像，当量化级数一定时，采样点数对图像质量有着显著的影响。采样点数越多，图像质量越好；当采样点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显。采样点数减少时，图上的块状效应就逐渐明显。当图像的采样点数一定时，采用不同量化级数的图像质量也不一样。量化级数越多，图

13、像质量越好，当量化当图像的采样点数一定时，采用不同量化级数的图像质量也不一样。量化级数越多，图像质量越好，当量化级数越少时，图像质量越差。级数越少时，图像质量越差。量化级数最小的极端情况就是二值图像，图像会出现假轮廓。量化级数最小的极端情况就是二值图像，图像会出现假轮廓。第18页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化2.3.2 量化量化采样点数与图像质量之间的关系：采样点数与图像质量之间的关系：(a)a)采样点256256256256时的图像 (b)b)采样点64646464时的图像(c)c)采样点323232 2时的图像(d)d)采样点161616 6时的图像第19页/共31页2.3 图

14、像的数字化图像的数字化2.3.2 量化量化量化级数与图像质量之间的关系：量化级数与图像质量之间的关系：(a)a)量化为2 2级的LenaLena图像 (b)b)量化为1616级的LenaLena图像(c)c)量化为256256级的LenaLena图像第20页/共31页2.3 图像的数字化图像的数字化2.3.2 量化量化量化级数与图像质量之间的关系：量化级数与图像质量之间的关系：第21页/共31页2.4 数字图像的基本类型数字图像的基本类型计算机一般采用两种方式存储静态图像：计算机一般采用两种方式存储静态图像：位映射（位映射（Bitmap），即位图存储模式；），即位图存储模式；向量处理（向量处理

15、（Vector），也称矢量存储模式。），也称矢量存储模式。位图也称为栅格图像，是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素具有颜色属性和位置属性。位图也称为栅格图像，是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素具有颜色属性和位置属性。矢量图只存储图像内容的轮廓部分，而不是存储图像数据的每一点。矢量图只存储图像内容的轮廓部分，而不是存储图像数据的每一点。第22页/共31页2.4 数字图像的基本类型数字图像的基本类型二值图像二值图像二值图像也叫黑白图像，就是图像像素只存在二值图像也叫黑白图像，就是图像像素只存在0,1两个值。两个值。二进制的lenna图像第23页/共31页2.4 数字图像的基本类型数字图像的基

16、本类型灰度图像灰度图像灰度图像是包含灰度级的图像，如灰度图像是包含灰度级的图像，如64级，级，256级等。级等。如当像素灰度级用如当像素灰度级用8 bit表示时，每个像素的取值就是表示时，每个像素的取值就是256种灰度中的一种，即每个像素的灰度值为种灰度中的一种，即每个像素的灰度值为0到到255中的一个。中的一个。通常，用通常，用0表示黑，表示黑，255表示白，从表示白，从0到到255亮度逐渐增加。亮度逐渐增加。第24页/共31页2.4 数字图像的基本类型数字图像的基本类型灰度图像灰度图像索引图像把像素值直接作为索引颜色的序号。索引图像把像素值直接作为索引颜色的序号。根据索引颜色的序号就可以找

17、到该像素的实际颜色。根据索引颜色的序号就可以找到该像素的实际颜色。当把索引图像读入计算机时，索引颜色将被存储到调色板中。当把索引图像读入计算机时，索引颜色将被存储到调色板中。调色板是包含不同颜色的颜色表，每种颜色以红，绿，蓝三种颜色的组合来表示。调色板的单元个数是与图调色板是包含不同颜色的颜色表，每种颜色以红，绿，蓝三种颜色的组合来表示。调色板的单元个数是与图像的颜色数一致的。像的颜色数一致的。256色图像有色图像有256个索引颜色，相应的调色板就有个索引颜色，相应的调色板就有256个单元。个单元。第25页/共31页2.4 数字图像的基本类型数字图像的基本类型彩色图像彩色图像RGB图像是一类图

18、像的总称。图像是一类图像的总称。这类图像不使用单独的调色板，每一个像素的颜色由存储在相应位置的红、绿、蓝颜色分量共同决定。这类图像不使用单独的调色板，每一个像素的颜色由存储在相应位置的红、绿、蓝颜色分量共同决定。RGB图像是图像是24位图像，红、绿、蓝分量分别占用位图像，红、绿、蓝分量分别占用8位，理论上可以包含位，理论上可以包含16M种不同的颜色。种不同的颜色。第26页/共31页2.5 数字图像的基本文件格式数字图像的基本文件格式每一种图像文件均有一个文件头，每一种图像文件均有一个文件头，在文件头之后才是图像数据。在文件头之后才是图像数据。文件头的内容一般包括文件类型、文件制作者、制作时间、

19、版本号、文件大小等内容。文件头的内容一般包括文件类型、文件制作者、制作时间、版本号、文件大小等内容。各种图像文件的制作还涉及到图像文件的压缩方式和存储效率等。各种图像文件的制作还涉及到图像文件的压缩方式和存储效率等。常用的图像文件存储格式主要有常用的图像文件存储格式主要有BMP文件、文件、JPG文件、文件、PCX文件、文件、TIFF文件以及文件以及GIF文件等。文件等。第27页/共31页2.6 小结小结一一幅幅图图像像实实际际上上记记录录的的是是物物体体辐辐射射能能量量的的空空间间分分布布，这这个个分分布布是是空空间间坐坐标标、时时间间和和波波长长的的函函数数。当当一一幅幅图图像为平面单色静止

20、图像时，图像可以用二维函数像为平面单色静止图像时，图像可以用二维函数f(x,y)来表示，它是一个有界函数。来表示，它是一个有界函数。将一幅图像数字化的过程主要包括扫描，采样和量化，其结果就是在计算机内生成一个二维矩阵。将一幅图像数字化的过程主要包括扫描，采样和量化，其结果就是在计算机内生成一个二维矩阵。计计算算机机一一般般采采用用两两种种方方式式存存储储静静态态图图像像：一一种种是是位位映映射射，即即位位图图存存储储模模式式；另另一一种种是是向向量量处处理理，也也称称矢矢量量存储模式。存储模式。第28页/共31页2.6 小结小结位图可以分成二值图像、索引图像、灰度图像和位图可以分成二值图像、索引图像、灰度图像和RGB图像四种。图像四种。常常用用的的图图像像文文件件存存储储格格式式主主要要有有BMP图图像像文文件件、JPEG图图像像文文件件、PCX图图像像文文件件、TIFF图图像像文文件件以以及及GIF图像文件等。图像文件等。第29页/共31页习题习题设设一一颗颗陆陆地地卫卫星星拍拍摄摄的的图图像像分分辨辨率率为为2340*3240，共共4个个波波段段，采采样样精精度度为为7位位，按按每每天天30幅幅计计，计计算算每每天的数据量（以天的数据量（以MB为单位）为单位）第30页/共31页感谢您的观看！第31页/共31页