数字图像的相关论述.ppt

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1、第1章数字图像的相关论述,数字图像处理（Digital Image Processing）是指用计算机对数字图像进行的处理，数字图像处理主要有两个目的：其一，为了便于分析而对图像信息进行改进；其二，为使计算机自动理解而对图像数据进行存储、传输及显示。,1.1 数字图像处理的发展,数字图像处理发展历史并不长，起源于20世纪20年代。第一台可以执行有意义的图像处理任务的大型计算机出现在20世纪60年代早期。进行空间应用的同时，数字图像处理技术在20世纪60年代末70年代初开始用于医学图像、地球遥感监测和天文学等领域。其后，军事、气象、医学等学科的发展也推动了图像处理技术迅速发展。,1.2 数字图像

2、的相关概念,1.2.1 图像及其类型1.2.2 图像与数字图像1.2.3 其他相关概念1.2.4 数字图像的获取1.2.5 用矩阵表示数字图像,1.2.1 图像及其类型,图像是物体在平面坐标上的直观再现。图片（picture）和图形（graphics）是与图像密切相关的两个概念。图片为“经过合适的光照条件形成一个可见的物体分布”。,可见图像（visible image）是指视觉系统可以直接看见的图像。,（1）可见图像,图1-1 图像的基本类型,物理图像（physical image）所反映的是物体的电磁波辐射能。（3）数学图像 数学图像（mathematical image）指由连续函数或离散

3、函数生成的抽象图像。,（2）物理图像,1.2.2 图像与数字图像,一幅图像可以看作是物体辐射能量的空间分布，这个分布是空间坐标、时间和波长的函数，即 一幅二维静态单色平面图像可以用如下二维强度函数（也称为亮度函数）表示，即,数字图像处理可以定义为对一个物体的数字表示施加一系列的操作，以得到所期望的结果。其过程表现为一幅图像变为另一幅经过修改或改进的图像，是一个由图像到图像的过程。而数字图像分析则是指将一幅图像转化为一种非图像的表示。,1.2.3 其他相关概念,计算机图形学（computer graphic）涉及用计算机将由概念或数学描述所表示的物体（而不是实物）图像进行处理和显示的过程。计算机

4、视觉（computer vision）的目的是开发能够理解自然景物的系统。对数字图像的运算可分为几类：第一类是全局运算，第二类是点运算，第三类是局部运算。,（1）噪声（noise）。噪声一般是指加性的或乘性的非图像本源信息，即图像的污染信息。（2）对比度（contrast）。对比度是指一幅图像中灰度反差的大小。（3）采样密度（sampling density）。采样密度是指在图像上单位长度包含的采样点数。采样密度的倒数即像素间距（pixel spacing）。,（4）放大率（magnification）。放大率是指图像中物体与其所对应的景物中物体的大小比例关系。（5）数字化（digitizin

5、g）。数字化是将一幅图像从其原来的形式转换为数字形式的处理过程。,数字化过程包括扫描、采样和量化3个步骤。（1）扫描（scanning）。扫描是按照一定的先后顺序对一幅图像进行遍历的过程。（2）采样（sampling）。采样是指遍历过程中，在图像的每个像素位置上测量其灰度值，即亮度值。（3）量化（quantization）。量化是将采样得到的灰度值通过模数转换等器件转换为离散的整数值。,1.2.4 数字图像的获取,数字图像一般可以通过以下3种途径获取。（1）将传统的可见图像经过数字化处理转换为数字图像。（2）应用各种光电转换设备直接得到数字图像。（3）直接由二维离散数字函数生成数字图像。,1.

6、2.5 用矩阵表示数字图像,数字图像在计算机中采用二维矩阵表示和存储。,图1-2 数字图像的矩阵表示,1.3 数字图像的处理方法,1.3.1 空域处理法1.3.2 变换域处理法,数字图像处理方法大致可分为两大类，即空域处理方法和变换域处理方法。,1.3.1 空域处理法,空域处理方法是指在空间域直接对数字图像进行处理。空域处理法主要有以下两大类。,邻域处理法是对图像像素的某一邻域进行处理的方法。,1邻域处理法,点处理法是指对图像像素逐一处理的方法。,2点处理法,1.3.2 变换域处理法,数字图像处理的变换域处理方法首先是通过傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换或是比较新的小波变换等变换算法，将图

7、像从空间域变换到相应的变换域，得到变换域系数阵列，然后在变换域中对图像进行处理，处理完成后再将图像从变换域反变换到空间域，得到处理结果。,1.4 图像数字化技术,1.4.1 图像的数学模型1.4.2 图像的采样1.4.3 图像的量化,1.4.1 图像的数学模型,矩阵的元素称为数字图像的像素或像元。上述过程可表示如下。代表经过量化后的像素值。,为了分析和处理方便，有时需要将表示数字图像矩阵的元素逐行或逐列串接成一个向量，这个向量是数字图像的另一种表示形式。下面的过程表示逐行串接：,图1-3 用矩阵理论表示数字图像,图像信号是二维空间的信号，其特点是：它是一个以平面上的点作为独立变量的函数。例如，

8、黑白与灰度图像是用二维平面情况下的浓淡变化函数来表示的，通常记为，它表示一幅图像在水平和垂直两个方向上的光照强度的变化。图像 在二维空域里进行空间采样时，常用的办法是对 进行均匀采样，取得各点的亮度值，构成一个离散函数，如图1-4所示。,图1-4 采样示意图,如果是彩色图像，则是以三基色（RGB）的明亮度作为分量的二维矢量函数来表示，即 相应的离散值为,图1-5 量化示意图,一般来说，当限定数字图像的大小时，为了得到质量较好的图像，可采用如下原则：对缓变的图像，应细量化，粗采样，以避免假轮廓。对细节丰富的图像，应细采样，粗量化，以避免模糊（混叠）。,1.5 数字图像处理技术的发展方向,1提高处

9、理精度与速度2图像处理的硬件技术3新理论与新算法4图像处理与通信技术结合5图像处理领域的标准化6应用领域不断开拓,1.6 图像的统计特征,1.6.1 图像的基本统计分析量1.6.2 数字图像的直方图1.6.3 多维图像的统计特性,1.6.1 图像的基本统计分析量,1图像的信息量,2图像灰度平均值,图像灰度众数是指图像中出现次数最大的灰度值。4图像灰度中值 图像灰度中值是指数字图像全部灰度级中处于中间的值，当灰度级数为偶数时，则取中间的两个灰度值的平均值。,3图像灰度众数,5图像灰度方差,6图像灰度值域,1.6.2 数字图像的直方图,数字图像处理中也常常应用灰度直方图表示图像的有关特征信息。灰度

10、直方图是指图像中所有灰度值出现的次数或频率。,1.6.3 多维图像的统计特性,1协方差,2相关系数,1.7 MATLAB简介,1.7.1 MATLAB的特点1.7.2 MATLAB的界面1.7.3 M文件的编辑调试,1.7.1 MATLAB的特点,（1）高质量、强大的数值计算功能。（2）数据分析和科学计算可视化功能。（3）强大的符号计算功能。（4）强大的非线性动态系统建模和仿真功能。（5）灵活的程序接口功能。（6）文字处理功能。,1.7.2 MATLAB的界面,1Command Window窗口,图1-6 Command Window窗口,2Workspace窗口,图1-7 Workspace

11、窗口,3Command History窗口,图1-8 调用Command History窗口中的命令,4Current Directory窗口,图1-10 Set Path窗口,1.7.3 M文件的编辑调试,MATLAB的程序文件和脚本文件通常保存成扩展名为.m的文件，称之为M文件。,图1-11 M文件的编辑器和调试器,1.8 图像读取与显示,1图像的读取,函数imread()用来读取图像，把图像数据读出以后，可以赋给一个变量。,2图像数据的调用,既然图像数据是存储在数组中，那么调用图像数据就变成了操作数组元素。,函数imshow()用来显示图像。,3图像的显示,1.9 MATLAB图像处理应用示例,1MATLAB的打开,图1-15 MATLAB启动后的窗口界面,2图像输入到计算机3更改Current Directory目录,图1-16 修改后的当前目录,4打开编辑窗口编写程序,图1-17 在编辑窗口中输入的源程序,5保存并运行6保存运行结果,图1-18 rice.png直方图显示结果,