数字图像处理基础与应用朱虹

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

第二讲 数字图像处理基础

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

第二讲 数字图像处理基础

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。

第二讲 数字图像处理基础

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

第二讲 数字图像处理基础

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

数字图像处理技术的应用研究

图像处理也就是按照人们视觉、心理或实际应用的需要，对 图像信息进行加工修改的过程，在不同的时期、不同的领域往往 会采用不同的图像处理技巧。数字图像处理技术是伴随着计算机 信息功能的日益强大以及人们对高精度图像的需求而产生的，随 着社会的发展，尤其是计算机信息技术的进步，数字图像处理技 术被广泛应用于各个领域，其重要性变得日益突出。

一、数字图像处理技术的概念内涵

当前，我国通常采用的图像处理技术主要有两种，即光学处 理法和数字（电子）处理法。前者产生的时间较早，从最开始的 光学滤波技术到现在的激光全息技术，无论是理论研究，还是应 用技巧，光学图像处理法已日臻完善。但其图像处理精度低、稳 定性差以及操作不便的特点极大地限制了其应用领域拓展，在这 种情况下，数字图像处理技术便应运而生。

数字图像处理，也即是Digital Image Processing，产生于

20世纪50年代，是指人们采用计算机及其它数字硬件设备，对图 像信息转换而来的电信号根据数学运算的方式，进行增强、提取、 复原、分割以及去除噪音等处理的方法和技术，以此提高图像的实 用性，因此，该技术的产生与发展建立在计算机运用、离算数学理 论的产生与完善以及社会诸多领

数字图像处理应用

“数字图像处理”这一术语通常是指由数字计算机进行的二维图像处理。更广义地理解，它是指任意二维数据的数字化处理。一幅数字图像是一个用有限比特表示的实数或复数构成的数组。图1.1是一个用于数字图像处理的计算机实验室（属于加州大学戴维斯分校）。幻灯片、照片或图表形式的图像首先要进行数字化，然后以二进制数字矩阵的形式存储在计算机的存储器中。此后，就可以对这一数字化后的图像进行处理和（或）在一个高分辨率的显示器上显示。为了便于显示，图像存储在一个可快速存取的缓冲区中，使用户可以用每秒30帧的频率刷新显示器，从而获得视觉上连续显示的效果。计算机通过网络（例如以太网）进行信息交换和控制所有的数字化、存储、处理和显示操作。程序通过终端输入计算机，而输出可在终端、显示器或者打印机/绘图仪上获得。图1.2所示为典型的图像处理过程。

图1.1 数字图像处理系统（信号与图像处理实验室，加州大学戴维斯分校）

图1.2 典型的数字图像处理顺序

数字图像处理是交叉学科。是未来技术向智能化发展的最富有前景，也最富有挑战的领域。其研究的领域博大精深，应用领域十分广泛，每个领域都可以让人安身立命一辈子。

（1）数字图像处理的典型应用：图像压缩和传输（或者叫

ISBN7-5084-2930-3 新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材

数字图像处理与分析基础第二章 数字图像处理系统黄爱民 安向京 骆力

中国水利水电出版社

第二章数字图像处理系统

系统的构成 数字化设备 存储设备 处理设备 输出设备 处理软件

数字图像处理与分析基础

2.1系统的构成

构造特点

面向对象、面向应用 硬件、软件

基本成分

分类

专用、通用

数字图像处理与分析基础

硬件结构

图像数字化设备 图像处理设备(计算机) 图像显示设备 图像存储设备

数字图像处理与分析基础

图像处理系统构成图示

图像采集及 数字化设备

终端

输入图像存储

图像处理 设备

输出图像存储

图像显示 设备

程序库

图2-1 数字图像处理系统的构成数字图像处理与分析基础

图像处理系统构成2 图像采集：? 电信号(电流、电压) 图像数字化设备：将图像转换成计算机可以处理的数字 形式，通常用数字矩阵表示转换结果。 图像处理设备(计算机):包括硬件设备和软件两部分， 即图像存储设备、CPU、程序库等，其中软件或算法是本 课程研究的重点。 图像显示设备：包括永久显示设备和暂时显示设备 CRT、LED等为暂时显示设备 打印机、照片等可永久显示图象 显示设备的性能评价

1 灰度直方图

在数字图象处理中，一个最简单和最有用的工具是灰度直方图。该函数概括了一幅图象的灰度级内容。任何一幅图象的直方图都包括了可观的信息，某些类型的图象还可由其直方图完全描述。直方图的计算是简单的，特别是当一幅图从一个地方被复制到另一个地方时，直方图的计算可以用非常低的代价来完成。

1.1 定义

灰度直方图是灰度级的函数，描述的是图象中具有该灰度级的象素的个数：其横坐标是灰度级，纵坐标是该灰度出现的频率（象素个数）。

1.2 直方图的性质

1.2.1 性质1

当一幅图象被压缩为直方图后，所有的空间信息都丢失了。直方图描述了每个灰度级具有的象素的个数，但不能为这些象素在图象中的位置提供任何线索。因此，任一特定的图象有唯一的直方图，但反之并不成立——极不相同的图象可以有着相同的直方图。无法解决目标形状问题。 1.2.2 性质2

具有可加性。如果一图象由两个不连接的区域组成，并且每个区域的直方图已知，则整幅图象的直方图是该两个区域的直方图之和。

1.3 直方图的用途

1.3.1 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地利用了全部被允许的灰度级范围。一般一幅数字图象应

数字图像处理

1研1305

班

数字图像处理电子技术2013-01

一、简述图像处理、图像分析、图像理解各自有什么特点。他们之间有哪些联系和区别？（14分）

答：图像处理指修改图像的外观，以达到美化或者其他的特殊效果。

图像分析指图像的元素形成，色彩范围，像素等内在的因素。

图像理解指研究图像所表达的深层涵义。

图像分析的结果可以用于图像处理，图像处理的结果可以左右图像理解，图像理解的深浅对图像处理和图像分析没有影响。

二、连续图像f （x,y）与数字图像Ｉ（r,c）中各量的含义分别是什么？他们有什么联系和区别？（14分）

答：f(x,y)表示二维图像在空间XY 中一个坐标点的位置（实际图像的尺寸是有限的，所以x 和y 的取值也是有限的），即f(x，y)中的x，y 分别代表一个点连续图像中的x 轴和y 轴的坐标，而f 则代表图像在点（x,y）的某种性质F 的数值（实际图像中各个位置上所具有的性质F 的取值也是有限的，所以F 得取值也是有限的）。F,x,y 的值可以是任意实数。图像在点（x,y）也可以有多重性质，此时可用矢量f 来表示。数字图像I（r，c）表示位于图像矩阵上第r 行，第c 列的元素幅值。其中I,c,r 的值都是整数。I(r，c)是通过对f(x，y)

数 字 图 像 处 理

学院：行姓名：学号：教师：时间：

12数信院 姜 晶 12202509 朱 杰 2014年10月

一 绪论1.1

人类传递信息的主要媒介是语音和图像。据统计，在人类接受的信息中，听觉信息占20%，视觉信息占60%，所以作为传递信息的重要媒体和手段——图像信息是十分重要的，俗话说“百闻不如一见”、“一目了然”，都反映了图像在传递信息中独到之处。

目前，图像处理技术发展迅速，其应用领域也愈来愈广，有些技术已相当成熟并产生了惊人的效益，当前图像处理面临的主要任务是研究心的处理方法，构造新的处理系统，开拓更广泛的应用领域。

数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机数字图像处理，它是指将数字图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和数字图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期的数字图像处理的

一、 单项选择题

1.一幅灰度级均匀分布的图象，其灰度范围在[0，255]，则该图象的信息量为：D

A. 0 B.255 C.6 D.8

2.图象与灰度直方图间的对应关系是： B

A.一一对应 B.多对一 C.一对多 D.都不对 3. 下列算法中属于图象锐化处理的是： C

A.低通滤波 B.加权平均法 C.高通滤 D. 中值滤波 4.下列算法中属于点处理的是： B

A.梯度锐化 B.二值化 C.傅立叶变换 D.中值滤波 5、计算机显示器主要采用哪一种彩色模型 A A、RGB B、CMY或CMYK C、HSI D、HSV 6. 下列算法中属于图象平滑处理的是： C

A.梯度锐化B.直方图均衡 C. 中值滤波 D.Laplacian增强

7.采用模板［-1 1］主要检测__C_方向的边缘。A.水平 B.45° C.垂直 D.135° 8.对一幅100?100像元的图象，若每像元用８bit表示其灰度值，经霍夫曼编码后压缩图象的数据量为40000bit，则图象的压缩比为： A A.2:1 B.3:1 C.4:1 D.1:2 9.维纳滤波器通常用于 C

A、去噪 B、减小图像动态范围 C、复原图像 D、平滑图像 10

数 字 图 像 处 理

学院：行姓名：学号：教师：时间：

12数信院 姜 晶 12202509 朱 杰 2014年10月

一 绪论1.1

人类传递信息的主要媒介是语音和图像。据统计，在人类接受的信息中，听觉信息占20%，视觉信息占60%，所以作为传递信息的重要媒体和手段——图像信息是十分重要的，俗话说“百闻不如一见”、“一目了然”，都反映了图像在传递信息中独到之处。

目前，图像处理技术发展迅速，其应用领域也愈来愈广，有些技术已相当成熟并产生了惊人的效益，当前图像处理面临的主要任务是研究心的处理方法，构造新的处理系统，开拓更广泛的应用领域。

数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机数字图像处理，它是指将数字图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和数字图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期的数字图像处理的

一、 单项选择题

1.一幅灰度级均匀分布的图象，其灰度范围在[0，255]，则该图象的信息量为：D

A. 0 B.255 C.6 D.8

2.图象与灰度直方图间的对应关系是： B

A.一一对应 B.多对一 C.一对多 D.都不对 3. 下列算法中属于图象锐化处理的是： C

A.低通滤波 B.加权平均法 C.高通滤 D. 中值滤波 4.下列算法中属于点处理的是： B

A.梯度锐化 B.二值化 C.傅立叶变换 D.中值滤波 5、计算机显示器主要采用哪一种彩色模型 A A、RGB B、CMY或CMYK C、HSI D、HSV 6. 下列算法中属于图象平滑处理的是： C

A.梯度锐化B.直方图均衡 C. 中值滤波 D.Laplacian增强

7.采用模板［-1 1］主要检测__C_方向的边缘。A.水平 B.45° C.垂直 D.135° 8.对一幅100?100像元的图象，若每像元用８bit表示其灰度值，经霍夫曼编码后压缩图象的数据量为40000bit，则图象的压缩比为： A A.2:1 B.3:1 C.4:1 D.1:2 9.维纳滤波器通常用于 C

A、去噪 B、减小图像动态范围 C、复原图像 D、平滑图像 10