图像处理基础讲稿.ppt

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1、图像处理基础第一页，讲稿共八十一页哦2.1 2.1 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 在实际的图像处理应用中，最主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，

2、其波长，其波长 比可见光小几比可见光小几百万倍。百万倍。第二页，讲稿共八十一页哦2.1 2.1 电磁波谱与可见光谱电磁波谱与可见光谱 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

3、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 10km 100km第三页，讲稿共八十一页哦2.1 2.1 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 围。围。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、黄黄、橙橙(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

4、线混合而成的。见光线混合而成的。见光线混合而成的。见光线混合而成的。第四页，讲稿共八十一页哦可见光谱2.1 2.1 电磁波谱与可见光谱电磁波谱与可见光谱 第五页，讲稿共八十一页哦2.1 2.1 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，若一个物体反射的光在所有可光的特性决定的，若一个物体反

5、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 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。第六页，讲稿共八十一页哦2.1 2.1 电磁波谱与可见光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

6、，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。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

7、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。第七页，讲稿共八十一页哦2.1 2.1 电磁波谱与可见光谱电磁波谱与可见光谱 4 4、电磁辐射波的成像方法及其应用领域、电磁辐射波的成像方法及其应用领域 不同的电磁辐射波有各自的成像方式，其应用不同的电磁辐射波有各自的成像方式，其应用领域也不进相同。领域也不进相同。第八页，讲稿共八十一页哦2.2 2.2

8、 人眼的亮度视觉特性人眼的亮度视觉特性 1 1、视觉适应性、视觉适应性 大量实验表明，主观亮度大量实验表明，主观亮度(人的视觉系统感觉到的亮度人的视觉系统感觉到的亮度)与进与进入人眼的光的强度成对数关系。入人眼的光的强度成对数关系。对图像进行对数运算处理后对图像进行对数运算处理后对图像进行对数运算处理后对图像进行对数运算处理后,比较适应人的视觉特性。比较适应人的视觉特性。比较适应人的视觉特性。比较适应人的视觉特性。人眼对从亮突变到暗环境的适应能力称为暗适应性。人眼对从亮突变到暗环境的适应能力称为暗适应性。人眼对从亮突变到暗环境的适应能力称为暗适应性。人眼对从亮突变到暗环境的适应能力称为暗适应性

9、。人眼对亮度变化跟踪滞后的性质称为视觉惰性（或短人眼对亮度变化跟踪滞后的性质称为视觉惰性（或短人眼对亮度变化跟踪滞后的性质称为视觉惰性（或短人眼对亮度变化跟踪滞后的性质称为视觉惰性（或短 暂的记忆特性）。暂的记忆特性）。暂的记忆特性）。暂的记忆特性）。第九页，讲稿共八十一页哦2.2 2.2 人眼的亮度视觉特性人眼的亮度视觉特性 2 2、同时对比效应、同时对比效应 是指人眼对某个区域的亮度感觉并不仅仅取决于该区域是指人眼对某个区域的亮度感觉并不仅仅取决于该区域的强度，而是与该区域的背景亮度或周围的亮度有关的特性。的强度，而是与该区域的背景亮度或周围的亮度有关的特性。图图2.2 2.2 同时对比效

10、应示例同时对比效应示例 第十页，讲稿共八十一页哦2.2 2.2 人眼的亮度视觉特性人眼的亮度视觉特性 3 3、马赫带效应、马赫带效应 图图2.3 2.3 马赫带效应示例马赫带效应示例 感觉亮度感觉亮度实际亮度实际亮度第十一页，讲稿共八十一页哦2.2 2.2 人眼的亮度视觉特性人眼的亮度视觉特性 4 4、视觉错觉、视觉错觉 是指人眼填充了不存在的信息或者错误地感知物体的几是指人眼填充了不存在的信息或者错误地感知物体的几何特点的特性。何特点的特性。第十二页，讲稿共八十一页哦图图2.4 2.4 视觉错觉示例视觉错觉示例 （d）（e）（f）（a）（b）（c）2.2 2.2 人眼的亮度视觉特性人眼的亮度

11、视觉特性 第十三页，讲稿共八十一页哦2.3 2.3 图像的表示图像的表示 2.3.1 2.3.1 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：定是非零且有限的，也即有：0f(x,y)A0f(x,y)A0 0 (2.3)(2.3)第十四页，讲稿共八十一页哦 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

12、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。光的总量，二是景物反射或透射的光的总量。2.3.1 2.3.1 简单的图像成像模型简单的图像成像模型第十五页，讲稿共八十一页哦 设设i(x,y)i(x,y)表示照射到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

13、,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 12.3.1 2.3.1 简单的图像成像模型简单的图像成像模型第十六页，讲稿共八十一页哦 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。2.3.1 2.3.1 简单的图像成像模型简单的图

14、像成像模型由式由式(2.4)(2.4)，显然有：，显然有：L LminminllL Lmxamxa (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L Lminmin的值为的值为0 0，L Lmaxmax=L-1=L-1。这样。这样,灰度灰度的取值范围就可表示成的取值范围就可表示成00，L-1L-1。第十七页，讲稿共八十一页哦 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 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

15、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：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和和和和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：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。2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第十八页，讲稿共八十一页哦 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

16、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方向分别方向分别进行等间距划分，从而把二维图像平面划分成进行等间距划分，从而把二维图像平面划分成MNMN个网个网格，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尔坐标(I,j)(I,j)相对应。二维图像平面上所有网格中心点相对应。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位置对应的有序实整数对的笛卡尔坐标的全体

17、就构成了该幅图像的采样结果。该幅图像的采样结果。2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第十九页，讲稿共八十一页哦 1 1、均匀采样和量化、均匀采样和量化 均匀采样的基本采样方式：均匀采样的基本采样方式：均匀采样的基本采样方式：均匀采样的基本采样方式：2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十页，讲稿共八十一页哦 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

18、成L L个等级（个等级（L L为为正整数，正整数，L Lmaxmax=L-1=L-1），并将二维图像平面上），并将二维图像平面上MNMN个网格的中个网格的中心点的灰度值分别量化成与心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。2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十一页，讲稿共八十一页哦 1 1、均匀采样和量化、均匀采样和量化 均匀量化的实现：均匀量化的实现：实际中的量化有不同的实现方法，一种实现思路是：实际中的量化有不同的实现方法，一种实现思路是：将量化点上的实际幅值与将量化点上的实际幅值与L L个等间距的判决电平个等间距的判决电

19、平dj(j=0dj(j=0，1 1，2 2，L-1)L-1)进行比较，只要实际幅值落在半开闭区间进行比较，只要实际幅值落在半开闭区间djdj，dj+1)dj+1)的任一电平上，量化器就输出一个确定的整数量的任一电平上，量化器就输出一个确定的整数量化结果化结果r(r=0r(r=0，1 1，2 2，L-1)L-1)。2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十二页，讲稿共八十一页哦 2 2、非均匀采样和量化、非均匀采样和量化 2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十三页，讲稿共八十一页哦 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

20、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)2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十四页，讲稿共八十一页哦其中其中:每个每个(x,y)(x,y)对应数字图像中的一个基本单元，称其对应数字图像中的一个基本单元，称其为图像元素为图像元素(picture element)(picture element)，简称为像素（，简称为像素（pixelpixel）；

21、）；且一般取且一般取M M、N N和的灰度级和的灰度级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 （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。2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十五页，讲稿共八十一页哦2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十六页，讲稿共八十一页哦2.3.2 2.3.2 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就是一个正方形的色块，事实上，块，事实上，“像素像素”是一个

22、纯理论的概是一个纯理论的概念，它没有形状也没有尺寸，看不见摸念，它没有形状也没有尺寸，看不见摸不着，只存在于理论计算中。不着，只存在于理论计算中。第二十七页，讲稿共八十一页哦 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 2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十八页，讲稿共八十一页哦显然显然

23、:存储一幅存储一幅MNMN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）2.3.2 2.3.2 数字图像的表示数字图像的表示第二十九页，讲稿共八十一页哦2.4 2.4 空间分辨率和灰度级分辨率空间分辨率和灰度级分辨率 2.4.1 2.4.1 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

24、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 第三十页，讲稿共八十一页哦图图2.6 2.6 空间分辨率的线对概念示例空间分辨率的线对概念示例 宽度为宽度为W W的黑线的黑线宽度为宽度为W W的白线的白线 一个一个宽度为宽度为 2W2W线对线对2.4.1 2.4.1 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三十一页，讲稿共八十一页哦 对于一个同样大小的景物来说，对其进行采样的空间分对于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在数辨率越高，采样间隔就越小，景物中的细节越能更

25、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质量就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。越高。2.4.1 2.4.1 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三十二页，讲稿共八十一页哦 一幅数字图像的阵列大小（简称为图像大小）通常用一幅数字图像的阵列大小（简称为图像大小）通常用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，采样的空间分辨采样的空间分辨率越高，获得的图像阵列率越高，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。在空间分在

26、空间分辨率不变的情况下，辨率不变的情况下，图像阵列图像阵列MNMN越大，图像的尺寸就越大，图像的尺寸就越大；反之，图像阵列越大；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。2.4.1 2.4.1 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三十三页，讲稿共八十一页哦 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仪的尺寸看作是“单位距单位距离离”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。2.4.1 2.4.1 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三十四

27、页，讲稿共八十一页哦 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。#12.4.1 2.4.1 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三十五页，讲稿共八十一页哦2.4.22.4.2 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

28、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，每隔一行删去一的图像中，每隔一行删去一行和每隔一列删去一列而得到的行和每隔一列删去一列而得到的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。第三十六页，讲稿共八十一页哦 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

29、响示例 2.4.22.4.2 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 第三十七页，讲稿共八十一页哦 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 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”宽度也没宽度也没有变化有变化,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(这里指这里指线对宽度不

30、变线对宽度不变)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）在景物大小不变的情况下，图像阵列）在景物大小不变的情况下，图像阵列MNMN越小，图像的越小，图像的尺寸就越小。尺寸就越小。2.4.22.4.2 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 第三十八页，讲稿共八十一页哦 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，空间分辨率为辨率为512512512512的图像。的图像。图图(b)(b)、(

31、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，线对宽度一也即，线对宽度一次加宽了次加宽了)。2.4.22.4.2 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 第三十九页，讲稿共八十一页哦（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

32、示例 2.4.22.4.2 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 第四十页，讲稿共八十一页哦 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，这种特征的获得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度保证的。是通过降低空间分辨率，也即增加采样的线对宽度保证的。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

33、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。2.4.22.4.2 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 第四十一页，讲稿共八十一页哦 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，空间分辨率为分辨率为512512512512的图像。的图像。图图(b)(b)、(c(c）、）、(d)(d)、(e)(e)及及(f)(f)的空间级分辨率与图的空间级分辨率与图(a

34、)(a)相同相同(为为512512)512512)，但灰度分辨率依次降低为，但灰度分辨率依次降低为3232、1616、8 8、4 4和和2 2。2.4.22.4.2 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 第四十二页，讲稿共八十一页哦（a）（b）（c）（d）（e）（f）图图2.9 2.9 灰度分辨率变化对图像视觉效果的影响示例灰度分辨率变化对图像视觉效果的影响示例 2.4.22.4.2 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 第四十三页，讲稿共八十一页哦 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

35、视觉效果的影响 由上图可见，随着灰度分辨率的降低，图像的细节信由上图可见，随着灰度分辨率的降低，图像的细节信息在逐渐损失，伪轮廓信息在逐渐增加。息在逐渐损失，伪轮廓信息在逐渐增加。图中由于伪轮廓信息的积累，图像已显现出了木刻画图中由于伪轮廓信息的积累，图像已显现出了木刻画的效果。由此也说明：灰度分辨率越低，图像的视觉效果的效果。由此也说明：灰度分辨率越低，图像的视觉效果越差。越差。2.4.22.4.2 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 第四十四页，讲稿共八十一页哦2.5 2.5 像素间的关系像素间的关系 本节在讨论有关问题时约定：本节在讨论有关问题时

36、约定：用诸如用诸如p p、q q和和r r这样的一类小写字母表示某些特这样的一类小写字母表示某些特 指的像素；指的像素；用诸如用诸如S S、T T和和R R这样的一类大写字母表示像素子这样的一类大写字母表示像素子 集。集。第四十五页，讲稿共八十一页哦 1 1、相邻像素与、相邻像素与4-4-邻域邻域 设图像中的像素设图像中的像素p p位于位于(x(x，y)y)处，则处，则p p在水平方向和垂在水平方向和垂直方向相邻的像素直方向相邻的像素q qi i最多可有最多可有4 4个，其坐标分别为：个，其坐标分别为：（x-1x-1，y y）,（x x，y-1y-1）,（x x，y+1y+1）,（x+1x+1

37、，y y）由这由这4 4个像素组成的集合称为像素个像素组成的集合称为像素p p的的4-4-邻域邻域,记为记为N N4 4(p)(p)。2.5.1 2.5.1 像素的相邻和邻域像素的相邻和邻域第四十六页，讲稿共八十一页哦 2 2、对角相邻像素与、对角相邻像素与4-4-对角邻域对角邻域 设图像中的像素设图像中的像素p p位于位于(x(x，y)y)处，则处，则p p的对角相邻像的对角相邻像素素r ri i最多可有最多可有4 4个，其坐标分别为：个，其坐标分别为：(x-1,y-1),(x-1,y+1),(x+1,y-1),(x+1,y+1)(x-1,y-1),(x-1,y+1),(x+1,y-1),(

38、x+1,y+1)由这由这4 4个像素组成的集合称为像素个像素组成的集合称为像素p p的的4-4-对角邻域对角邻域,记为记为N ND D(p)(p)。2.5.1 2.5.1 像素的相邻和邻域像素的相邻和邻域第四十七页，讲稿共八十一页哦 3 3、8-8-邻域邻域 把像素把像素p p的的4-4-对角邻域像素和对角邻域像素和4-4-邻域像素组成的集合邻域像素组成的集合称为像素称为像素p p的的8-8-邻域，记为邻域，记为N N8 8(p)(p)。2.5.1 2.5.1 像素的相邻和邻域像素的相邻和邻域第四十八页，讲稿共八十一页哦2.5.2 2.5.2 像素的邻接性与连通性像素的邻接性与连通性 自学自学

39、 第四十九页，讲稿共八十一页哦 1 1、距离度量函数、距离度量函数 对于坐标分别位于（对于坐标分别位于（x,yx,y），（），（u,vu,v）和（）和（w,zw,z）处的）处的像素像素p p、q q和和r r，如果：，如果：(1(1）D(p,q)0D(p,q)0（D(p,q)=0D(p,q)=0，当且仅当，当且仅当p=qp=q，即，即p p和和q q是是指同一像素）；指同一像素）；(2(2）D(p,q)=D(q,p)D(p,q)=D(q,p)；(3(3）D(p,r)D(p,q)+D(q,r)D(p,r)D(p,q)+D(q,r)。则则D D是距离度量函数。是距离度量函数。2.5.3 2.5.3

40、 距离的度量距离的度量第五十页，讲稿共八十一页哦 2 2、欧氏距离、欧氏距离 像素像素p p和和q q之间的欧氏（之间的欧氏（EuclideanEuclidean）距离定义为：）距离定义为：D De e(p,q)=(x-u)(p,q)=(x-u)2 2+(y-v)+(y-v)2 2 1/21/2 （2.122.12）也即，所有距像素点也即，所有距像素点(x,y)(x,y)的欧氏距离小于或等于的欧氏距离小于或等于d d的像素都包含在以的像素都包含在以(x,y)(x,y)为中心为中心,以以d d为半径的圆平面中。为半径的圆平面中。2.5.3 2.5.3 距离的度量距离的度量第五十一页，讲稿共八十一

41、页哦 3 3、街区距离、街区距离 像素像素p p和和q q之间的之间的D D4 4距离，也即街区（距离，也即街区（city-blockcity-block）距）距离，定义为：离，定义为：D D4 4(p,q)=|x-u|+|y-v|(p,q)=|x-u|+|y-v|（2.132.13）也即，所有相距像素点也即，所有相距像素点(x,y)(x,y)的的D D4 4距离为小于距离为小于d d或等于或等于d d的像素组成一个中心点在的像素组成一个中心点在(x,y)(x,y)的菱形。的菱形。2.5.3 2.5.3 距离的度量距离的度量第五十二页，讲稿共八十一页哦 3 3、街区距离、街区距离 （续）（续）

42、比如，那些与点比如，那些与点(x,y)(x,y)的的D D4 4距离为小于距离为小于2 2或等于或等于2 2的像素的像素组成了如下图所示的等距离轮廓组成了如下图所示的等距离轮廓。2 2 2 1 22 1 2 2 1 0 1 22 1 0 1 2 2 1 22 1 2 2 2 2.5.3 2.5.3 距离的度量距离的度量第五十三页，讲稿共八十一页哦 4 4、棋盘距离、棋盘距离 像素像素p p和和q q之间的之间的D D8 8距离，也即棋盘距离，定义为：距离，也即棋盘距离，定义为：D D8 8(p,q)=max(|x-u|(p,q)=max(|x-u|，|y-v|)|y-v|)（2.142.14）

43、也即，所有距像素点也即，所有距像素点(x,y)(x,y)的的D D8 8距离为小于距离为小于d d或等于或等于d d的的像素组成一个中心点在像素组成一个中心点在(x,y)(x,y)的方形。的方形。2.5.3 2.5.3 距离的度量距离的度量第五十四页，讲稿共八十一页哦 4 4、棋盘距离、棋盘距离 比如，距点比如，距点(x,y)(x,y)的的D D8 8距离小于或等于距离小于或等于2 2的像素组成了的像素组成了如下图所示的等距离轮廓。如下图所示的等距离轮廓。2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 2 2 1 0 1 2 2 1 0 1 2 2 1 1 1 2

44、2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2.5.3 2.5.3 距离的度量距离的度量第五十五页，讲稿共八十一页哦2.6 2.6 图像的代数运算图像的代数运算 图像的代数运算是指两幅输入图像对应像素间的一图像的代数运算是指两幅输入图像对应像素间的一对一的灰度值相加、相减、相乘和相除运算。这些运算对一的灰度值相加、相减、相乘和相除运算。这些运算在许多的图像处理中都会用到。在许多的图像处理中都会用到。加法：加法：g(x,y)=f1(x,y)+f2(x,y)减法：减法：g(x,y)=f1(x,y)f2(x,y)乘法：乘法：g(x,y)=f1(x,y)f2(x,y)除法：除法：g(x

45、,y)=f1(x,y)f2(x,y)第五十六页，讲稿共八十一页哦2.7 2.7 灰度直方图灰度直方图 2.7.1 2.7.1 灰度直方图灰度直方图 图像的灰度直方图，是一种表示数字图像中各级灰度图像的灰度直方图，是一种表示数字图像中各级灰度值及其出现频数的关系的函数。值及其出现频数的关系的函数。设一幅数字图像的灰度级范围为设一幅数字图像的灰度级范围为0,L-10,L-1，则该图像的灰，则该图像的灰度直方图可定义为：度直方图可定义为：h(rh(rk k)=n)=nk k (r=0,1,2,(r=0,1,2,L-1)(2.19),L-1)(2.19)其中，其中，r rk k表示第表示第k k级灰度

46、值，级灰度值，h(rh(rk k)和和n nk k表示图像中灰度值表示图像中灰度值为为r rk k的像素个数。的像素个数。第五十七页，讲稿共八十一页哦(a)(b)图图2.15 2.15 四种基本图像类型图像及其灰度直方图四种基本图像类型图像及其灰度直方图(暗、亮、低对比度、高对比度暗、亮、低对比度、高对比度)2.7.1 2.7.1 灰度直方图灰度直方图第五十八页，讲稿共八十一页哦(c)(d)图图2.15 2.15 四种基本图像类型图像及其灰度直方图四种基本图像类型图像及其灰度直方图(暗、亮、低对比度、高对比度暗、亮、低对比度、高对比度)2.7.1 2.7.1 灰度直方图灰度直方图第五十九页，讲

47、稿共八十一页哦2.7 2.7 灰度直方图灰度直方图 2.7.2 2.7.2 二维直方图二维直方图 在彩色图像处理中，有一种称为真彩色的图像，其颜在彩色图像处理中，有一种称为真彩色的图像，其颜色多达色多达2 28 8228 8228 8=16777216=16777216种。在实际中直接用种。在实际中直接用R R、G G、B B三种纯色分量表示真彩色图像中的每一个像素的实三种纯色分量表示真彩色图像中的每一个像素的实际颜色值，际颜色值，每个分量的亮度值用一个字节表示。每个分量的亮度值用一个字节表示。第六十页，讲稿共八十一页哦2.7.2 2.7.2 二维直方图二维直方图 二维直方图是一种描述彩色图像

48、中红色光图像的亮度（灰二维直方图是一种描述彩色图像中红色光图像的亮度（灰度）值与蓝色光图像的灰度值的关系的函数，用一个二维坐标度）值与蓝色光图像的灰度值的关系的函数，用一个二维坐标表示，横坐标表示红色图像的灰度级别，纵坐标表示蓝色图像表示，横坐标表示红色图像的灰度级别，纵坐标表示蓝色图像的灰度级别。的灰度级别。也即坐标（也即坐标（D DR R，D DB B）处的值是指在红光图像中具有灰度）处的值是指在红光图像中具有灰度值值D DR R，且在蓝光图像中具有灰度值，且在蓝光图像中具有灰度值D DB B的像素（对）的个数。的像素（对）的个数。第六十一页，讲稿共八十一页哦图图2.16 2.16 彩色图

49、像及其对应的蓝、红光图像和二维直方图彩色图像及其对应的蓝、红光图像和二维直方图 25025020020015015010010050500 0R RB B0 50 100 150 200 2500 50 100 150 200 250（a a）原彩色图像）原彩色图像 （b b）二维直方图）二维直方图 （c c）纯蓝光分量图像）纯蓝光分量图像 （d d）纯红光分量图像）纯红光分量图像 2.7.2 2.7.2 二维直方图二维直方图第六十二页，讲稿共八十一页哦2.7.3 2.7.3 灰度直方图的特征灰度直方图的特征 灰度直方图具有如下一些特征：灰度直方图具有如下一些特征：（1 1）直方图仅能描述图像

50、中每个灰度级具有的像素个）直方图仅能描述图像中每个灰度级具有的像素个数数,不能表示图像中每个像素的位置（空间）信息；不能表示图像中每个像素的位置（空间）信息；（2 2）任一特定的图像都有惟一的直方图，不同的图像）任一特定的图像都有惟一的直方图，不同的图像可以具有相同的直方图；可以具有相同的直方图；（3 3）对于空间分辨率为）对于空间分辨率为MNMN，且灰度级范围为，且灰度级范围为00，L-1L-1的图像，有关系：的图像，有关系：=MN (2.20)=MN (2.20)（4 4）如果一幅图像由两个不连接的区域组成，则整幅）如果一幅图像由两个不连接的区域组成，则整幅图像的直方图等于两个不连接的区域