(14)--第2章_数字图像处理.ppt
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1、第二章 数字图像处理基础 教学重点:1、图像数字化技术;2、灰度直方图第二讲第二讲第二章 数字图像处理基础 第二章 数字图像处理基础 2.1图像数字化图像数字化2.2数字图像的数值描述数字图像的数值描述2.3图像文件格式图像文件格式第二章 数字图像处理基础 人眼的主观亮度是非线性的,例如Mach带第二章 数字图像处理基础 第二章 数字图像处理基础 人眼的光学错觉第二章 数字图像处理基础 2.1图像数字化图像数字化 图像处理的方法有模拟式和数字式两种。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将连续图像离散化,转换为数字图像。图像的数字化包括采样和量化两
2、个过程。设连续图像f(x,y)经数字化后,可以用一个离散量组成的矩阵g(i,j)(即二维数组)来表示。第二章 数字图像处理基础(2-1)矩阵中的每一个元素称为像元、像素或图像元素。而g(i,j)代表(i,j)点的灰度值,即亮度值。第二章 数字图像处理基础 2.1.1采样采样 图像在空间上的离散化称为采样。也就是用空间上部分点的灰度值代表图像,这些点称为采样点。由于图像是一种二维分布的信息,为了对它进行采样操作,需要先将二维信号变为一维信号,再对一维信号完成采样。具体做法是,先沿垂直方向按一定间隔从上到下顺序地沿水平方向直线扫描,取出各水平线上灰度值的一维扫描。而后再对一维扫描线信号按一定间隔采
3、样得到离散信号,即先沿垂直方向采样,再沿水平方向采样这两个步骤完成采样操作。对于运动图像(即时间域上的连续图像),需先在时间轴上采样,再沿垂直方向采样,最后沿水平方向采样由这三个步骤完成。第二章 数字图像处理基础 对一幅图像采样时,若每行(即横向)像素为M个,每列(即纵向)像素为N个,则图像大小为MN个像素。在进行采样时,采样点间隔的选取是一个非常重要的问题,它决定了采样后图像的质量,即忠实于原图像的程度。采样间隔的大小选取要依据原图像中包含的细微浓淡变化来决定。一般,图像中细节越多,采样间隔应越小。第二章 数字图像处理基础 图2-2 采样示意图 第二章 数字图像处理基础 2.1.2量化量化
4、模拟图像经过采样后,在时间和空间上离散化为像素。但采样所得的像素值(即灰度值)仍是连续量。把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化。图2-3(a)说明了量化过程。若连续灰度值用z来表示,对于满足zizzi+1的z值,都量化为整数qi。qi称为像素的灰度值,z与qi的差称为量化误差。一般,像素值量化后用一个字节8 bit来表示。如图2-3(b)所示,把由黑灰白的连续变化的灰度值,量化为0255共256级灰度值,灰度值的范围为0255,表示亮度从深到浅,对应图像中的颜色为从黑到白。第二章 数字图像处理基础 图2-3 量化示意图(a)量化;(b)量化为8 bit 第二章
5、数字图像处理基础 2.1.3采样与量化参数的选择采样与量化参数的选择 一幅图像在采样时,行、列的采样点与量化时每个像素量化的级数,既影响数字图像的质量,也影响到该数字图像数据量的大小。假定图像取MN个样点,每个像素量化后的灰度二进制位数为Q,一般Q总是取为2的整数幂,即Q=2k,则存储一幅数字图像所需的二进制位数b为(2-2)字节数B为(2-3)第二章 数字图像处理基础 第二章 数字图像处理基础 对一幅图像,当量化级数Q一定时,采样点数MN对图像质量有着显著的影响。如图2-4所示,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。同理,当图像的采样点数一定时,采用不同量化
6、级数的图像质量也不一样。如图2-5所示,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,量化级数最小的极端情况就是二值图像,图像出现假轮廓。第二章 数字图像处理基础 图2-4 不同采样点数对图像质量的影响(a)原始图像(256256);(b)采样图像1(128128);(c)采样图像2(6464);(d)采样图像3(3232);(e)采样图像4(1616);(f)采样图像5(88)第二章 数字图像处理基础 图2-5 不同量化级别对图像质量的影响(a)原始图像(256色);(b)量化图像1(64色);(c)量化图像2(32色);(d)量化图像3(16色);(e)量化图像4(4色);(
7、f)量化图像5(2色)第二章 数字图像处理基础 一幅图像需要经过离散化成为数字图像后才能被计算机处理。图像的空间坐标的离散化叫做空间采样,灰度的离散化叫做灰度量化。采样分为均匀采样和量化和非均匀采样和量化。假设图像是一个长方形。在平面上取MN个大小相同的网格,并把灰度分成G个等级。取各网格中的某点处的灰度值最接近的整数作为该网格的灰度。通常,取M=2m,N=2n和G=2k。则存储一幅图像的需要的位数等于b=MNk。例如,一幅128128、64个灰度等级的图像需要220位,512512、256个灰度等级的图像需要226位。采样的个数和灰度等级的选取与分辨率和储存的能力两者有关,需要综合考虑。例如
8、:图像空间分辨率变化产生的效果。图像灰度分辨率变化产生的效果。图像空间和灰度分辨率同时变化产生的效果。第二章 数字图像处理基础 图像空间分辨率变化产生的效果第二章 数字图像处理基础 非均匀采样和量化 对给定的空间分辨率,图像的质量可以根据图像特性利用自适应的采样过程来改进。例如,在灰度变化显著的有很多细节的区域应当采用较密的采样。又例如,可以计算所有灰度值出现的频率。若某范围内的灰度值出现频繁,而在其他范围内灰度值出现较稀,则在该范围内量化灰度就要较密,在其他范围内较稀。第二章 数字图像处理基础 2.3图像文件格式图像文件格式 数字图像有多种存储格式,每种格式一般由不同的开发商支持。随着信息技
9、术的发展和图像应用领域的不断拓宽,还会出现新的图像格式。因此,要进行图像处理,必须了解图像文件的格式,即图像文件的数据构成。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。文件头的内容由制作该图像文件的公司决定,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。第二章 数字图像处理基础 2.4数字图像的灰度直数字图像的灰度直方方图图2.41概念概念 如果将图像中像素亮度(灰度级别)看成是一个随机变量,则其分布情况就反映了图像的统计特性,这可用Probability Density Function(PDF)来刻画和
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- 14 数字图像 处理
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