数字图像处理基础

第二讲 数字图像处理基础

数字图象处理基础： 数字图象处理基础：模拟图像数字化 灰度图像直方图 数字图像常见文件格式 .bmp 文件格式 色度学基础

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2.1模拟图像数字化 模拟图像数字化一、图像数字化 在数字化时，图像被分割成所谓的像素(Pixel),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G表示：

g11 g 21 G= M g M1

g12 L g1N g 22 L g 2 N M M g M 2 L g MN

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采样采样： 采样：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M×N个像素。

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采样采采采 像像

采采采 采行行

采采行行图2-2 采样示意图

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量化编码255 254 q i+1 Zi Zi-1 q i-1 … 1 0 … 128 127 (b)

Zi+1

连连连连连 连连灰连

量量连 (整整连) 连连量量(a)

量化示意图 (a) 量化； (b) 量化为8 bit

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模拟图像数字化2.几点说明： 2.几点说明： 几点说明 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。 由于g (i, j)代表该点图像的光强度(亮度), 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)<2n。 用g (i, j)的数值来表示(i, j)位置点上灰度级 值的大小，即只反映了黑白灰度的关系。 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。

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采样网格

(a)

(b)

图 采样网格 (a) 正方形网格; (b) 正六角形网格

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3.几个概念： 颜色深度: n= 1、4、8、 量化等级 k=2n 采样频率 ： 单位距离采样的次数 图像大小 ：像素个数乘以一个像素占用的字节 数 例：一幅灰度图像像素点是M×N个，颜色深度为8,问 这幅数字图像的大小是多少？如果图像为彩色图 像呢？ b= M×N×8

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二、彩色图像的数字化对于彩色图像，是按照颜色成分——红(R)、 绿(G)、蓝(B)分别采样和量化的。若各种 颜色成分均按8 bit量化，即每种颜色量级别是 256, 则最多可以处理256×256×256=16 777 216种颜色。

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2.2 灰度直方图

在数字图像处理中，灰度直方图是 最简单且最有用的工具，可以说， 对图像的分析与观察直到形成一个 有效的处理方法，都离

不开直方图。

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2. 3

灰度直方图

一、灰度直方图的定义灰度直方图是灰度级的函数，描述的是图 像中该灰度级的像素个数。即：横坐标表示 灰度级，纵坐标表示图像中该灰度级出现的 个数。

第二讲 数字图像处理基础 2. 3 灰度直方图

1 1 6 1 3 1 1 2 4 6 4 4 3 3 3 6 5 6 6 4 2 4 6 6 4 5 2 6 6 2 6 6 1 6 6 3 6 5

2 4

3 5

4 6

5 2

6 14

灰度直方图

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2.3 灰度直方图

二、直方图的性质1.所有的空间信息全部丢失。 2.每一灰度级的像素个数可直接得到。

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2.3 灰度直方图

三、直方图的用途1 . 数字化参数直方图给出了一个简单可见的指示，用来判断一幅 图象是否合理的利用了全部被允许的灰度级范围。一 般一幅图应该利用全部或几乎全部可能的灰度级，否 则等于增加了量化间隔。丢失的信息将不能恢复。

2. 边界阈值选取假设某图象的灰度直方图具有 二峰性，则表明这 个图象的较亮的区域和较暗的区域可以较好地分离， 去这一点为阈值点，可以得到好的2值处理的效果。

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数字图像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。 要进行图像处理，有必要了解图像文件的格 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。下面介绍几 种常见的图像文件格式。

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图像文件格式.JPG .GIF .TIF .PSD .PCX .BMP1. 2. 3. 4. 5.

用JPEG标准压缩的图像文件，数据量最小 JPEG标准压缩的图像文件， 标准压缩的图像文件 无损压缩，1/2 ~1/4, CompuServe 工业标准，最复杂， 工业标准，最复杂，最灵活 Adobe公司Photoshop用最早支持彩色图像的，256色,不支持真彩色

位图文件(bitmap),数据量大 位图文件(bitmap),数据量大 ),

1 位：2值黑白 灰度或16 16色 4 位：16 灰度或16色 256灰度或256色 灰度或256 8 位：256灰度或256色 16位 65536色 增强色) 16位：65536色(增强色) 24位 1677万色 真彩色) 万色( 24位：1677万色(真彩色)

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位图文件头BITMAPFILEHEADER文件头定义  typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{WORD DWORD WORD WORD DWORD bfType; 文件类型标识 bfSize;  图像文件大小 bfReserved1;  保留未用 bfReserved2;  保留未用 bfOffBits;  文件头、信息头、调色板之和

} BITMAPFILEHEADER; 这个结构的长

度是固定的，为(2+4+2+2+4) 14个字节(WORD为无符号16位二进制整数，DWORD 为无符号32位二进制整数)。

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位图信息头BITMAPINFOHEADER第二部分也是一个结构，其定义如下：typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize;  LONG biWidth;  LONG biHeight;  WORD biPlanes;  WORD biBitCount;  DWORDbiCompression;  DWORDbiSizeImage;  LONG biXPelsPerMeter; LONG biYPelsPerMeter; DWORDbiClrUsed; DWORDbiClrImportant; } BITMAPINFOHEADER; 信息头的长度 位图宽度( p) 位图高度(p) 位面数(1) 颜色深度 压缩说明(0) 图像的存储大小 图像水平分辨率 图像垂直分辨率 位图使用的颜色数 重要颜色数目

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位图信息头BITMAPINFOHEADER(二)这个结构的长度是固定的，为40个字节 (LONG为32位二进制整数)。其中， biCompression的有效值为BI_RGB、 BI_RLE8、 BI_RLE4、BI_BITFIELDS,这都是一些Windows定 义好的常量。由于RLE4和RLE8的压缩格式用的不 多，今后仅讨论biCompression的有效值为BI_RGB, 即不压缩的情况。

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第三部分为调色板Palette)调色板实际上是一个数组， 共有biClrUsed个元素(如果该值 为零，则有2的biBitCount次方个元素)。数组中每个元素 的类型是一个RGBQUAD结构， 占4个字节，其定义如下：typedef struct tagRGBQUAD{ BYTE rgbBlue; BYTE rgbGreen; BYTE rgbRed; BYTE rgbReserved; } RGBQUAD; //该颜色的蓝色分量 //该颜色的绿色分量 //该颜色的红色分量 //保留值

这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。真彩色图像是不需要 调色板的， BITMAPINFOHEADER后直接是位图数据。

第二讲 数字图像处理基础 第四部分就是实际的图像数据。对于用到调色板的位图， 第四部分就是实际的图像数据 图像数据就是该像素颜色在调色板中的索引值，对于真彩 色图像， 图像数据就是实际的R、 G、 B值。 对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色(一般 0表示黑， 1表示白),所以一个字节可以表示8个像素。  对于16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所 以一个字节可以表示2个像素。 对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个像素

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