[精选]数字图像处理技术.pptx
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1、数 字 图 像 处 理Digital Image Processing数字图像处理基础数字图像处理概述Visual C+数字编程基础两种基本的运算 点运算 正交变换1.1 引言 视觉是人类从大自然获取信息的最主要的手段。据统计,在人类获取的信息中,视觉信息占60%,听觉信息占20%,其它的如味觉信息、触觉信息加起来约占20%。由此可见,视觉信息对人类的重要性,而图像正是人类获取视觉信息的重要手段。所谓“图,就是物体透射或反射光的分布;“像是人的视觉系统接收视觉信息而在人的大脑中形成的印象或认识。前者是客观存在的,而后者是人的感觉,图像应是两者的结合,在图像处理中,仅仅把图像看成是二维平面或三维
2、立体空间中具有明暗或第一章 数字图像处理概述 色彩变化的光分布是不全面的。图像处理就是对图像信息进行加工,以满足人的视觉或心理或应用的需求的行为。图像处理有两种方法:光学法和电子学数字法。前者已经有很长的开展历史,从简单的光学滤波到现在的激光全息技术,光学处理理论已经日趋完善。它的特点是处理速度快,信息容量大,分辨率高,但是光学处理的精度不够高,稳定性差,操作不方便。数字图像处理就是利用计算机或其它数字硬件,对图像信息转换而得的电信号进行某些数学运算,以提高图像的实用性。比方从卫星图片中获取目标物的特征参数。数字图像处理的特点是处理精度高,而且可以通过改进处理软件来优化处理效果,操作方便,但是
3、数字图像处理的数据量非常大,处理速度慢,从而限制了数字图像处理的开展。随着计算机技术的飞速开展,计算机的运算速度大大提高,这将大大促进数字图像处理技术的开展。1.2 数字图像处理概述 数字图像处理包括以下几方面的内容:1.点运算2.点运算主要是针对图像的像素进行加、减、乘、3.除运算。它能够有效的改进图像的直方图分布。2.几何处理3.几何处理主要包括图像的平移、缩放、旋转、4.扭曲校正等。它是最常见的图像处理手段。3.正交变换4.正交变换的主要目的就是将图像信息从空域转到变换域进行研究,包括离散傅立叶变换DFT、离散余弦变换DCT、沃尔什变换DWT、小波变换等。4.图像的增强5.图像在转换和传
4、送过程中,总要造成图像的某些降质。6.比方:在摄像时,光学系统的失真、大气流动会使图像模7.糊;在图像的数字化过程中扫描、采样、量化,会引8.入噪声;在传输过程中,由于噪声污染,图像的质量会有9.所下降。为了改善图像的质量,有两种方法:一类是不考10.虑图像降质的原因,只将图像中感兴趣的特征有选择的突11.出,而衰减次要信息;这种方法能提高图像的可读性,但12.改善后的图像不一定逼近原始图像,如衰减各种噪声、突13.出目标的轮廓等。这种方法称为图像的增强。另一类方法是针对图像降质的原因,设法去补偿降质因素,从而使改善后的图像尽可能的逼近原始图像。这种方法称为图像的复原。5.图像的复原6.图像的
5、形态学处理7.图像的形态学处理是数学形态学的延伸,利用图像的8.形态学处理技术可以实现图像的腐蚀、细化和分割等。7.图像的编码8.它的主要目的是利用图像信号的统计特征及人类视觉9.特性对图像进行高效编码,从而到达图像压缩的目的。8.图像的重建9.图像的重建起源于CT技术的开展,是一门新兴的数字10.图像处理技术,主要是利用采集的图像数据重建出图像。9.模式识别10.模式识别也是图像处理的一个新兴的研究方向,目前11.模式识别的方法主要有三种:统计识别法、句法结构模12.式识别法和模糊识别法。1.3 数字图像处理的基本术语一、像素 在自然的形式下,图像不能直接由计算机进行分析。因为计算机只能处理
6、数字信息,所以一幅图像在由计算机处理之前必须先转化为数字形式。如何用一个数字阵列来表示一个物理图像?物理图像首先被划分为假设干小的区域,最常见的划分方案是划分成小的方形的采样网格。这些采样方格被称为图像元素,简称像素。将物理图像转化为数字形式的处理过程称为数字化。在数字化的过程中,每个像素位置,图像的亮度被采样和量化,从而得到图像对应点上表示亮暗程度的一个整数值。对所有的像素都完成转化后,图像就被表示成一个整数矩阵。由此可见,像素有两个属性:位置和灰度 数字图像在显示屏幕上显示时,它的每个像素对应显示器的一个点。显示时采用扫描的方式:电子枪每次从左到右扫描一行,为每个像素着色,然后再从上倒下扫
7、描整个屏幕,利用人眼的视觉暂留效应就可以显示出一屏完整的图像。为了防止闪烁,每秒要重复上述过程及十次。我们常说的屏幕分辨率为 ,刷新频率85Hz,每行扫描1024个像素,一共要扫描768行,每秒重复扫描屏幕85次。二、比照度 比照度是指图像中灰度反差的大小。三、采样密度 采样密度是指在图像单位长度包含的采样点数。采样密度的倒数是像素间距。四、色彩系统 为了呈现五彩缤纷的图像,我们必须对图像的像素进行着色。首先我们先讨论常用的色彩系统。1.RGB色彩系统2.众所周知,自然界中的所有颜色都可以由红、绿、蓝3.R、G、B3原色组合而成。我们把3原色人为地分成从0到4.255共256个等级,比方R=0
8、,表示不含红色;R=255表示含5.有100%的红色成分。这样,根据红、绿、蓝各种不同的组合6.我们可以表示出 约1600万种颜色。7.当一幅图像中每个像素点被赋予不同的RGB值时,就能8.形成彩色图像了。2.YIQ色彩系统3.YIQ色彩系统通常被北美的电视系统采用。Y不是指黄色,4.而是指颜色的亮度Luminance,即亮度Brightness。I和Q则5.是指色调Chrominance,描述图像色彩及饱和度的属性。6.RGB与YIQ之间的对应关系如下:7.3.YUV色彩系统4.YUV色彩系统被欧洲电视系统采用属于PAL。Y指明5.视度,U和V虽然也是指色调,但是和I与Q的表达方式不同。6.
9、RGB色彩系统与YUV色彩系统的对应关系:4.YCbCr色彩系统5.YCbCr色彩系统也是一种常见的色彩系统,EG采用的6.就是该系统。它是从YUV色彩系统衍生出来的。Y是指明视7.度,Cb和Cr是将U和V作少量调整得到的。8.RGB色彩系统与YCbCr色彩系统的对应关系:五、调色板 如果一幅图像的每个像素都用RGB分量表示,我们知道每个分量由256个等级,需要有1个字节表示。那么,一个像素的颜色信息需要用3个字节表示,图像文件将灰变得非常大。实际上并不是这样做的,我们先来看一个简单的计算。对一幅 的16色图像,它共有40000个像素,如果一个像素都用R、G、B三个分量来表示,一个像素需要3个
10、字节,这样保存整个图像要用 ,即120000个字节!但是我们用下面的方法表示图像,可以节省很多字节。由于图像只有16种颜色,我们可以创立一个颜色表:表中的每一行表示一种颜色的R、G、B值。这样当表示一个像素的颜色时,只需指出改颜色是在第几行,即该颜色在表中的索引值。16种状态可以用4位表示,所以一个像素要用半个字节,整个图像要用 ,即20000个字节,再加上颜色表需要 个字节,共20048个字节。它是前面的 。这里的RGB颜色表,就是通常所说的调色板。在Windows位图中,就用到了调色板技术。但是,并不是所用的彩色图像利用调色板技术,都可以节省字节。在真彩色图像中又称24为图像共有 ,如果利
11、用调色板技术,表示一个像素颜色在调色板中的索引值需要24位,这和直接用R、G、B三个颜色分量表示所需要的字节数一样,不但没有节省任何空间,还要加上一个 个字节大的调色板。调色板示意图RGBRGB共16行3个字节六、灰度图 虽然我们讨论了很多色彩系统,以及彩色图像的表示方法,但是,为了将重点放在算法上,我们所讨论的图像处理主要以灰度图为例。灰度图就是只含亮度信息,不含色彩信息的图像。因此,要表示灰度图,只需要将亮度值进行量化。通常划分成0到255共256个级别,0表示最暗全黑,255表示最亮全白。我们如何表示灰度图?方法就是利用256色的调色板,只不过这种调色板比较特殊,它的每一项的R、G、B分
12、量都相同,也就是RGB从 到 。每一个像素的亮度值灰度值就是它在该调色板中的索引值。小结:在第一章中我们首先讨论了什么是数字图像处理以及它所研究的主要内容。接下来我们讨论了数字图像处理中的基本术语,包括像素、比照度、色彩系统、灰度图等一些概念。到目前为止,我们已经能够利用数字的形式来表示一幅图像。第二节 Visual C+数字编程基础2.1 设备无关位图DIB 前面介绍了一些有关图像的基本概念,下面要介绍如何在Visual C+中使用图像。DIB是Device-Independent-Bitmap的缩写,它自带颜色信息,调色板管理非常容易。DIB是标准的Windows的位图格式,它通常以BMP
13、文件格式保存。一个BMP文件包含一个DIB位图。一个BMP文件大体上分成如下4个局部。BITMAPFILEHEADER位图文件头BITMAPINFOHEADER位图信息头Palette调色版DIB Pixels DIB图像数据.bmp文件结构图第一局部第一局部:位图文件头BITMAPFILEHEADER,它是一个结构 typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType;DWORD bfSize;WORD bfReserved1;WORD bfReserved2;DWORD bfOffBits;BITMAPFILEHEADER,FAR*LPBITMAPF
14、ILEHEADER;该结构的长度是固定的,为14个字节,各参数说明如下:v bfType:指定文件类型,必须是0 x424D,即字符串“BM。也就是说所有的“.bmp文件的头两个字节都是“BMv bfSize:指定文件大小;v bfReserved1、bfReserved2:为保存字,不用考虑;v bfOffBits:为文件头到实际的位图数据的偏移字节数,也 就是前三局部长度之和。第二局部:位图信息头BITMAPINFOHEADER typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD bfSize;LONG biWidth;LONG biHeight;WORD b
15、iPlanes;WORD biBitCount;DWORD bi pression;DWORD biSizeImage;LONG biXPelsPerMeter;LONG biYPersPerMeter;DWORD biClrUsed;DWORD biClrImportant;BITMAPINFOHEADER,FAR*LPBITMAPINFOHEADER;该结构的长度为40个节,各参数的意义说明如下:v biSize:指定这个结构的大小,为40个字节;v biWidth:指定图像的宽度,单位是像素;v biHeight:指定图像的高度,单位是像素;v biPlanes:必须是1;v biBit
16、Count:指定表示颜色要用到的位数,常用的值1黑白 8256色、24真彩色;v bi pression:指定位图是否压缩,有效值为BI_RGB BI_RLE4、BI_RLE8。其中BI_RGB为不压 缩的情况。v biSizeImage;指定实际的位图数据占用的字节数。可以用下面的公式计算:需要注意的是:上述公式中的 不一定总等于biWidth 必须是4的整数倍,表示大于或等于biWidth的离4 最近的整倍数。v biXPelsPerMeter:指定目标设备的水平分辨率,单位是每 米的像素个数;v biYPelsPerMeter;指定目标设备的垂直分辨率,单位是每 米的像素个数;v biC
17、lrUsed:指定本图像实际用到的颜色数,如果该值为0 则用到的颜色数为2的biBitCount次幂v biClrImportant:指定本图像中重要的颜色数,如果该值为零,则认为所用的颜色都是重要的。第三局部:第三局部:Palette调色板 调色板实际上是一个数组,共有biClrUsed个元素如果该值为0,则为2的biBitCount次幂。数组中每个元素的类型为一个RGBQUAD结构,占4个字节。结构定义如下:typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue;BYTE rgbGreen;BYTE rgbRed;BYTE rgbReserved;RGBQUAD;注意
18、:有些位图,比方真彩色图,没有调色板。他们的位图信息头BITMAPINFOHEADER后直接是DIB数据。第四局部:第四局部:DIB图像数据 分两种情况:对于用到调色板的位图,图像数据就是该像素颜色在调色板中的索引值;对于真彩色图,图像数据就是实际的R、G、B值。v 对于2色位图,用1位就可以表示该像素的颜色,因此一个字 节可以表示8个像素;v 对于16色位图,用4位可以表示一个像素的颜色,所以1个字 节可以表示2个像素;v 对于256色位图,一个字节刚好表示一个像素;v 对于真彩色图,3个字节才能表示1个像素注意:1.每一行的字节数必须是4的整倍数,如果不是,则需要 补齐;2.图像数据是按照
19、从上到下、从左到右的顺序存储;我 们最先读到的是图像最下面一行的左边第一个像素,然后是左边第二个像素 接下来是倒数第二行左边 第一个像素,左边第二个像素 依此类推,最后得 到的是最上面一行的最后一个像素。2.2 DIB访问函数 下面介绍两个常用的DIB访问函数1.int SetDIBitsToDeviceHDC hdc,int XDest,int YDest,DWORD2.dwWidth,DWORD dwHeight,int XSrc,int YSrc,UINT uStartScan3.UINT cScanLines,CONST VOID*lpBits,CONST BITMAPINFO4.*l
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