第3章-数字图象处理基础

多媒体通信北京科技大学 杨 扬

第3章 数字图像处理基础概述图像数字化技术 数字图像类型 图像文件格式 色度学基础 颜色模型

1、概述

数字图像：以数字格式存放的图像 在计算机中，图像被分割成像素的形式，各像素的 灰度值用整数表示。一幅M*N个像素的数字图像，其像 素灰度值可以用M行、N列的矩阵表示。 数字图像处理：(Digital Image Processing, 即DIP) 利用计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分 割、特征提取等的理论、方法和技术。

1.1目的(1)提高图像的视感质量。如去除图像中的噪声，改 变图像的亮度、颜色，增强或抑制图像中的某些 成分； (2)提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便 于计算机分析。常用作模式识别、计算机视觉的 预处理； (3)对图像数据进行变换、编码和压缩。

1.2主要内容计算机图像处理系统对图像数据进行输入、加工 和输出。研究的内容主要有以下7个过程： (1)图像获取 (2)图像复原 (3)图像增强 (4)图像分割 (5)图像分析 (6)图像重建 (7)图像压缩

1.3图像工程高高层 图像理解 小 符号

抽 象 程 度

语 中层 义

图像分析

操 目标 作 对 象 象素 大

数 据 量

低

低层

图像处理

1.4相关学科和领域

图像客 观 世 界 计 算 机 视 觉 人

图像处理

图像模 式 识 别 符号

计算机图形学

数据图像理解

图像分析 (转换)

新新新 理工概 论具念

图像理解

1.5数字图像处理系统

数字图像处理系统硬件1)图像输入装置：如电视摄像机、扫描仪、数码照相 机、遥感图像获取设备 2)图像输入卡 3)显示卡 4)计算机 5)图像存储装置

高速图像处理卡 图像处理系统软件MATLAB的图像处理工具箱、AVS和SPIDER、IUE等

1.6数字图像处理的应用数字图像处理主要应用于下面一些领域：1)通讯 3)遥感 5) 工业生产中的应用 7) 机器人视觉 9)科学可视化 2)宇宙探测 4)生物医学领域 6)军事、公安等领域 8)视频和多媒体系统 10)电子商务

1.7发展动向图像处理面临的主要任务是研究新的处理方法，构 造新的处理系统，开拓更广泛的应用领域，需要进一步研 究的有： (1)提高精度的同时解决处理速度问题 (2)加强软件和新处理方法的研究 (3)加强边缘学科的研究 (4)加强理论研究，逐步形成图像处理自身的理论体系 (5)图像处理领域的标准化 图像处理技术未来将围绕HDTV的研制、硬 件芯片以及新理论、新方法的研究来进行。

2、图像数字化技术

图像的数字化包括采样和量化两个过程 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) (二维数组)来表示。 g(0,0) g(0,1) … g(0,n-1) g(i,j)= g(1,0) g(1,1) … g(1,n-1) . . . . . . g(m-1,0) g(m-1,1).. g(m-1,n-1) g(i,j) 代表(i,j)点的灰度值，即亮度值。

2、图像数字化技术

数字化有以下几点说明： 1)由于g(i,j)代表该点图像的光强度，而光是能量的一种 形式，故g(i,j)必须大于零，且为有限值，即0<g(i,j)< 。 2)数字化采样一般是按正方形点阵取样的，除此之外 还有三角形点阵、正六角形点阵取样等等。 3)以上是用g(i,j)的数值来表示(i,j)位置点上灰度值的 大小，即只反映了黑白灰度的关系，如果是一幅彩色图 像，各点的数值还应当反映色彩的变化，可用g(i,j, )表 示，其中 是波长。如果图像是运动的，还应是时间t的 函数，即可表示为g(i,j, ,t)。

2.1采样

是将在空间上连续的图像转换成离散的采样点(即像素) 集的操作。由于图像是二维分布的信息，所以采样是在x 轴和y轴两个方向上进行。

2.1采样

采样时的注 意点是：采 样间隔的选 取。采样间 隔取得不合 适除了画面 出现马赛克 之外，还会 发生频率的 混叠现象。

2.1采样

采样公式+

g(t)= g(iT)s(t-iT)t=-

s(t)=sin( t)/ t T 1/2

2.2量化

是将各个像素所 含的明暗信息离 散化后，用数字 来表示称为图像 的量化，一般的 量化值用整数来 表示。充分考虑 到人眼的识别能 力之后，目前非 特殊用途的图像 均为8bit量化， 即用0~255描述 “黑~白”。

2.2量化

采样与量化参数的选择 假定图象取M*N个样点，每个象素量化后的 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 b=M*N*Q 字节数 B=M*N*Q/8 (Byte)

2.2量化

对限定数字图像大小时，一般采用如下规则：1)对缓变的图像，应该细量化，粗采样，以避免假轮廓 2)对细节丰富的图像，应细采样，粗量化，以避免模糊(混叠)

2.2量化

量化技术量化可分为均匀量化和非均匀量化 均匀量化是简单地在灰度范围内等间隔量化；非均匀量化是对像素 出现频度少的部分量化间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。

均匀量化

非均匀量化

2.3数字图像类型

静态图像可分为矢量图(Vector) 和位图(Bitmap) 位图也称为栅格图像。 位图可分为以下几类： 1. 线画稿 (黑白图像) 2. 灰度图像 3. 索引图像 4. 真彩色图像

2.3数字图像类型

黑白图像 1 0 0 I 0 0 1 1 1 0

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