數(shù)字圖像處理課程復習

1、數(shù)字圖像處理課程復習、答疑1.1.1 數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像的基本概念 數(shù)字圖像數(shù)字圖像 由連續(xù)的模擬圖像由連續(xù)的模擬圖像采樣采樣和和量化、編碼量化、編碼而得。而得。 組成數(shù)字圖像的基本單位是組成數(shù)字圖像的基本單位是像素像素，所以數(shù)字圖像是，所以數(shù)字圖像是像素的集合。像素的集合。 像素的值代表圖像在該位置的亮度，稱為像素的值代表圖像在該位置的亮度，稱為圖像的灰圖像的灰度值度值。 數(shù)字圖像像素具有數(shù)字圖像像素具有整數(shù)坐標整數(shù)坐標和和整數(shù)灰度值整數(shù)灰度值。2.1.2 數(shù)字化原理數(shù)字化原理圖像數(shù)字化概述圖像數(shù)字化概述 數(shù)字化的數(shù)字化的目的目的是把真實的圖像轉(zhuǎn)變成計算機能夠接是把真實的圖像轉(zhuǎn)變成計

2、算機能夠接受的顯示和存儲格式，以便于計算機進行分析處理。受的顯示和存儲格式，以便于計算機進行分析處理。 圖像的數(shù)字化過程分為圖像的數(shù)字化過程分為采樣、量化與編碼采樣、量化與編碼三步。三步。 采樣的采樣的實質(zhì)實質(zhì)就是要用多少個點來描述一張圖像，就是要用多少個點來描述一張圖像，采樣的結(jié)果即通常所說的圖像分辨率。采樣的結(jié)果即通常所說的圖像分辨率。 采樣頻率越高，得到的圖像樣本就越細膩逼真，采樣頻率越高，得到的圖像樣本就越細膩逼真，圖像的質(zhì)量也越高，但要求的存儲量也越大。圖像的質(zhì)量也越高，但要求的存儲量也越大。4u色彩的三要素色彩的三要素 視覺所感知的一切色彩現(xiàn)象，都具有視覺所感知的一切色彩現(xiàn)象，都具

3、有亮度、色調(diào)和亮度、色調(diào)和飽和度飽和度三種性質(zhì)，這三種性質(zhì)又稱為色彩的三要素。三種性質(zhì)，這三種性質(zhì)又稱為色彩的三要素。 亮度：亮度：指光作用于人眼時所引起的明亮程度的感覺。指光作用于人眼時所引起的明亮程度的感覺。它與被觀察物體的發(fā)光強度有關(guān)。它與被觀察物體的發(fā)光強度有關(guān)。 色調(diào)：色調(diào)：當我們提到其中某一色的名稱時，就會有一當我們提到其中某一色的名稱時，就會有一個特定的色彩印象。物體的色調(diào)與光波的個特定的色彩印象。物體的色調(diào)與光波的波長波長有關(guān)，有關(guān)，不同的波長反映不同的顏色感，不同的波長反映不同的顏色感，它反映顏色的種類，它反映顏色的種類，是決定顏色的基本特性。是決定顏色的基本特性。 飽和度：

4、飽和度：指顏色的純度，或顏色的深淺程度。對于指顏色的純度，或顏色的深淺程度。對于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深顏色越鮮明。同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深顏色越鮮明。5rgb模型模型 自然界常見的各種顏色，都可由紅自然界常見的各種顏色，都可由紅(r)、綠、綠(g)、藍、藍(b)三種顏色光按不同比例相配而成。同樣，絕大多三種顏色光按不同比例相配而成。同樣，絕大多數(shù)顏色光也可以分解成紅、綠、藍三種色彩。這就是數(shù)顏色光也可以分解成紅、綠、藍三種色彩。這就是色度學的基本原理色度學的基本原理三基色原理三基色原理。2.3.1 bmp文件格式文件格式 windows中定義了兩種位圖文件類型：中定義了兩種位圖文件類

5、型：一般位圖文件一般位圖文件格式格式，設(shè)備無關(guān)位圖設(shè)備無關(guān)位圖文件格式。文件格式。 bmp圖像文件的結(jié)構(gòu)可以分為如下三個部分：圖像文件的結(jié)構(gòu)可以分為如下三個部分：文件文件頭頭（由位圖像文件和位圖信息頭兩部分組成），（由位圖像文件和位圖信息頭兩部分組成），調(diào)色調(diào)色板數(shù)據(jù)板數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)。 其中文件頭的長度為固定值其中文件頭的長度為固定值54個字節(jié)；個字節(jié)；調(diào)色板數(shù)據(jù)調(diào)色板數(shù)據(jù)對對所有不超過所有不超過256色的圖像模式都需要進行設(shè)置，即使色的圖像模式都需要進行設(shè)置，即使是單色圖像模式也不例外。是單色圖像模式也不例外。 bmp是一種與設(shè)備無關(guān)的位圖格式，一般采用是一種與設(shè)備無關(guān)的位圖格式，一

6、般采用非壓非壓縮模式?？s模式。3.5.1 小波介紹小波介紹小波分析小波分析小波分解樹與小波包分解樹小波分解樹與小波包分解樹由低通濾波器和高通濾波器組成的樹由低通濾波器和高通濾波器組成的樹 原始信號通過一對濾波器進行的分解叫做一級分解。信號原始信號通過一對濾波器進行的分解叫做一級分解。信號可進行多級分解?？蛇M行多級分解。小波分解樹小波分解樹 對信號的高頻分量不再繼續(xù)分解，對低頻分量連續(xù)進行分對信號的高頻分量不再繼續(xù)分解，對低頻分量連續(xù)進行分解，得到許多分辨率較低的低頻分量解，得到許多分辨率較低的低頻分量小波包分解樹小波包分解樹 不僅對低頻分量進行分解，對高頻分量也進行分解，不僅不僅對低頻分量進行

7、分解，對高頻分量也進行分解，不僅可得到許多分辨率較低的低頻分量，而且也可得到許多分可得到許多分辨率較低的低頻分量，而且也可得到許多分辨率較低的高頻分量辨率較低的高頻分量 (三三)非線性灰度變換非線性灰度變換 （1 1）對數(shù)變換）對數(shù)變換 低灰度區(qū)擴展，高灰度區(qū)壓縮。低灰度區(qū)擴展，高灰度區(qū)壓縮。（2 2）指數(shù)變換）指數(shù)變換 高灰度區(qū)擴展，低灰度區(qū)壓縮。高灰度區(qū)擴展，低灰度區(qū)壓縮。cbyxfayxgln 1),(ln),(對數(shù)變換對數(shù)變換 a,b,c是按需要可以是按需要可以調(diào)整的參數(shù)。調(diào)整的參數(shù)。低灰度區(qū)擴展，高灰度區(qū)壓縮低灰度區(qū)擴展，高灰度區(qū)壓縮1),(),(ayxfcbyxg指數(shù)變換指數(shù)變換

8、a,b,c是按需要可以是按需要可以調(diào)整的參數(shù)。調(diào)整的參數(shù)。高灰度區(qū)擴展，低灰度區(qū)壓縮。高灰度區(qū)擴展，低灰度區(qū)壓縮。4.3.1 灰度直方圖的定義灰度直方圖的定義 直方圖直方圖 直方圖是圖像的灰度直方圖是圖像的灰度像素數(shù)統(tǒng)計圖，即對于每個像素數(shù)統(tǒng)計圖，即對于每個灰度值，統(tǒng)計在圖像中具有該灰度值的像素個數(shù)，并灰度值，統(tǒng)計在圖像中具有該灰度值的像素個數(shù)，并繪制成圖形，稱為繪制成圖形，稱為灰度直方圖灰度直方圖（簡稱直方圖）。（簡稱直方圖）。 直方圖模型直方圖模型 表示圖像中不同灰度級出現(xiàn)的相對頻率。表示圖像中不同灰度級出現(xiàn)的相對頻率。4.3.2 直方圖的用途直方圖的用途 圖像直方圖是圖像直方圖是不可逆變

9、換不可逆變換，多對一的變換；，多對一的變換； 直方圖是多對一的映射結(jié)果，即多個圖像可直方圖是多對一的映射結(jié)果，即多個圖像可以生成相同的直方圖，因此直方圖作為一階以生成相同的直方圖，因此直方圖作為一階統(tǒng)計特征未反映相鄰點之間的關(guān)系。統(tǒng)計特征未反映相鄰點之間的關(guān)系。 具有相同直方圖的三幅圖像具有相同直方圖的三幅圖像偏暗偏暗4.3.3 直方圖均衡化直方圖均衡化 直方圖均衡直方圖均衡 把原始圖的直方圖變換為均勻分布的形式，增加像把原始圖的直方圖變換為均勻分布的形式，增加像素灰度值的動態(tài)范圍，提高圖像對比度。素灰度值的動態(tài)范圍，提高圖像對比度。4.3.3 直方圖均衡化直方圖均衡化變換函數(shù)變換函數(shù)s=t(

10、r)應滿足下列條件：應滿足下列條件： 在在0r1的區(qū)間內(nèi)的區(qū)間內(nèi),t(r)單值單調(diào)增單值單調(diào)增加。保證圖像的灰度級從黑到白加。保證圖像的灰度級從黑到白的次序不變的次序不變 對于對于0r1,有有0t(r)1。保證映射。保證映射變換后的像素灰度值在允許的范變換后的像素灰度值在允許的范圍內(nèi)。圍內(nèi)。rs11kr kkrts 對于一幅給定的圖像，歸一化后灰度級分布在對于一幅給定的圖像，歸一化后灰度級分布在0rl范范圍內(nèi)。圍內(nèi)。對對0，1區(qū)間內(nèi)的任一個區(qū)間內(nèi)的任一個r值進行如下變換：值進行如下變換： s=t(r) .實例實例假設(shè)一幅假設(shè)一幅64646464，8bit8bit灰度圖像，其概率分布見表，試進行

11、直灰度圖像，其概率分布見表，試進行直方圖均衡化處理方圖均衡化處理dank07901/710232/78503/76564/73295/72456/71227/7814.3.3 直方圖均衡化直方圖均衡化dankpr(rk)07900.191/710230.252/78500.213/76560.164/73290.085/72450.066/71220.037/7810.024.3.3 直方圖均衡化直方圖均衡化dankpr(rk)累積 f07900.190.191/710230.250.442/78500.210.653/76560.160.814/73290.080.895/72450.060

12、.956/71220.030.987/7810.021.004.3.3 直方圖均衡化直方圖均衡化dankpr(rk)f按級數(shù)取整07900.190.191/7(0.14)1/710230.250.443/7(0.428)2/78500.210.655/7(0.714)3/76560.160.816/7(0.857)4/73290.080.896/7(0.857)5/72450.060.957/7(1.00)6/71220.030.987/7(1.00)7/7810.021.007/7(1.00)4.3.3 直方圖均衡化直方圖均衡化dankpr(rk)f取成整數(shù)倍均衡后直方圖07900.190.

13、191/7(0.14)0.191/710230.250.443/7(0.428)0.252/78500.210.655/7(0.714)0.213/76560.160.816/7(0.857)0.16+0.08=0.244/73290.080.896/7(0.857)5/72450.060.957/7(1.00)0.06+0.03+0.02=0.116/71220.030.987/7(1.00)7/7810.021.007/7(1.00)4.4.1鄰域平均法鄰域平均法mniimniiiwzwyxg11),(鄰域平均法的思想鄰域平均法的思想:用像素及其指定鄰域內(nèi)像素的平均值或加權(quán)平均值作用像素及

14、其指定鄰域內(nèi)像素的平均值或加權(quán)平均值作為該像素的新值，以便去除突變的像素點為該像素的新值，以便去除突變的像素點通常模板權(quán)值之和為通常模板權(quán)值之和為1，結(jié)果仍，結(jié)果仍0-255范圍范圍4.4.1鄰域平均法鄰域平均法11111191111常用的常用的33和和55 box模板（指模板中所有系數(shù)都取模板（指模板中所有系數(shù)都取相同值的模板）如下：相同值的模板）如下：1 111 11 111 111 11 1251 111 11 111114.4.1鄰域平均法鄰域平均法如用如用33的模板：的模板：1214312234576895768856789121431223457689576885678934445

15、667811111191111必須寫明取整方式必須寫明取整方式4.4.2 中值濾波中值濾波 中值濾波中值濾波 中值濾波與均值濾波的區(qū)別：中值濾波與均值濾波的區(qū)別： 中值濾波是求中值濾波是求局部中值局部中值而不是而不是局部均值局部均值，即對參與計，即對參與計算的像素灰度值按大小排序，然后取位置居中的像素算的像素灰度值按大小排序，然后取位置居中的像素灰度值?；叶戎?。t目的：目的：既要消除噪聲又要保持圖像的細節(jié)。既要消除噪聲又要保持圖像的細節(jié)。 例例：121431223457689576885678912143122345768957688567892345666784.4.2中值濾波中值濾波4.6

16、 圖像增晰圖像增晰 作用作用 消除圖像上照明不均的問題，增加暗區(qū)的圖像細節(jié)，消除圖像上照明不均的問題，增加暗區(qū)的圖像細節(jié)，同時又不損失亮區(qū)的圖像細節(jié)。同時又不損失亮區(qū)的圖像細節(jié)。 成像物理背景成像物理背景人眼對圖象亮度響應具有類似于對數(shù)運算的非線性形式人眼對圖象亮度響應具有類似于對數(shù)運算的非線性形式f(x, y) = i(x,y) r(x,y) i(x,y)：照射分量照射分量（低頻）（低頻） r(x, y)：反射分量反射分量（高頻）（高頻）(圖象細節(jié)的不同在空間作圖象細節(jié)的不同在空間作快速變化快速變化) 分析分析 關(guān)心反射信息，但室內(nèi)外照射分量強度不同，圖片明關(guān)心反射信息，但室內(nèi)外照射分量強度

17、不同，圖片明暗不均，能否消除照度不均，而增強反射部分比重暗不均，能否消除照度不均，而增強反射部分比重? 過程過程4.6 圖像增晰圖像增晰f(x,y)lnffth(u,v)高頻增強fft -1expg(x,y)5.1 圖像復原的基本概念圖像復原的基本概念 圖像復原圖像復原 將降質(zhì)了的圖像恢復成原來的圖像，針對引起圖像退將降質(zhì)了的圖像恢復成原來的圖像，針對引起圖像退化的原因，以及降質(zhì)過程某先驗知識，建立退化模型，化的原因，以及降質(zhì)過程某先驗知識，建立退化模型，再針對降質(zhì)過程采取相反的方法恢復圖像。再針對降質(zhì)過程采取相反的方法恢復圖像。5.5 圖像的幾何校正圖像的幾何校正幾何畸變校正幾何畸變校正 以

18、一副圖像為基準，去校正另一種方式攝入的圖像，以一副圖像為基準，去校正另一種方式攝入的圖像，以校正其幾何畸變，叫做圖像的以校正其幾何畸變，叫做圖像的幾何畸變復原幾何畸變復原或者或者幾幾何畸變校正何畸變校正。1 1最近鄰元法最近鄰元法在待求像素的四鄰點中，將距離這點最近的鄰點灰度賦給待求在待求像素的四鄰點中，將距離這點最近的鄰點灰度賦給待求像素。該方法最簡單，但校正后的圖像有明顯鋸齒狀，即存在像素。該方法最簡單，但校正后的圖像有明顯鋸齒狀，即存在灰度不連續(xù)性?；叶炔贿B續(xù)性。2 2雙線性內(nèi)插法雙線性內(nèi)插法雙線性內(nèi)插法是利用待求像素四個鄰點的灰度在二方向上作雙線性內(nèi)插法是利用待求像素四個鄰點的灰度在二

19、方向上作線性內(nèi)插線性內(nèi)插, 計算比最近鄰點法復雜些，計算量大。具有低通濾計算比最近鄰點法復雜些，計算量大。具有低通濾波性質(zhì)，使高頻分量受損，圖像輪廓有一定模糊。波性質(zhì)，使高頻分量受損，圖像輪廓有一定模糊。 3 3三次內(nèi)插法三次內(nèi)插法 該算法計算量最大，但內(nèi)插效果最好，精度最高。該算法計算量最大，但內(nèi)插效果最好，精度最高。 5.5.2 幾何校正幾何校正分割分割：按照一定的規(guī)律將圖像或景物分成若干個部分或按照一定的規(guī)律將圖像或景物分成若干個部分或 子集的過程子集的過程目的目的：將圖像中有意義的特征或需要的特征提取出來將圖像中有意義的特征或需要的特征提取出來特征特征：物體物體(目標目標)占有區(qū)、輪廓

20、、紋理、直方圖特征等占有區(qū)、輪廓、紋理、直方圖特征等 1）按幅度不同來分割各個區(qū)域：）按幅度不同來分割各個區(qū)域：幅度分割幅度分割 2）按邊緣不同來劃分各個區(qū)域：）按邊緣不同來劃分各個區(qū)域：邊緣檢測邊緣檢測 3）按形狀不同來分割各個區(qū)域：）按形狀不同來分割各個區(qū)域：區(qū)域分割區(qū)域分割第第6章章 圖像分割圖像分割（1）雙峰法需要先驗知識，因為同一直方圖可以對應）雙峰法需要先驗知識，因為同一直方圖可以對應若干種不同的圖像，直方圖不描述這些像素的任何若干種不同的圖像，直方圖不描述這些像素的任何位置信息。只根據(jù)直方圖選擇閾值位置信息。只根據(jù)直方圖選擇閾值不一定合適不一定合適。還。還要結(jié)合圖像內(nèi)容和分割結(jié)果

21、來確定。要結(jié)合圖像內(nèi)容和分割結(jié)果來確定。（2）該方法不適用于雙峰差別很大或雙峰間的谷比）該方法不適用于雙峰差別很大或雙峰間的谷比較寬廣而平坦的圖像，以及單蜂直方圖的情況。較寬廣而平坦的圖像，以及單蜂直方圖的情況。6.1.1 閾值分割閾值分割紅色曲線對應圖像中的那些部分？紅色曲線對應圖像中的那些部分？也叫大津閾值也叫大津閾值,把直方圖在某一閾值處分割成兩組，當被分把直方圖在某一閾值處分割成兩組，當被分成的成的兩組間方差為最大兩組間方差為最大時，決定閾值。時，決定閾值。設(shè)一幅圖像的灰度值為設(shè)一幅圖像的灰度值為1m級，灰度值級，灰度值i的像素數(shù)為的像素數(shù)為ni，則，則像素總數(shù)為像素總數(shù)為 ，各值的概

22、率，各值的概率 ，用，用t將其分成將其分成兩組兩組c0=1t和和c1=t+1m，各組產(chǎn)生的概率如下：，各組產(chǎn)生的概率如下：iinnnnpii/)(10twpwtii0111wpwmtii最大方差閾值選取法最大方差閾值選取法c0產(chǎn)生的概率為：產(chǎn)生的概率為：c1產(chǎn)生的概率為：產(chǎn)生的概率為：6.3 圖像區(qū)域分割概述圖像區(qū)域分割概述 連通連通是指集合中任意兩個點之間都存在著完全屬于是指集合中任意兩個點之間都存在著完全屬于該集合的連通路徑。該集合的連通路徑。 兩個點有兩個點有4連通和連通和8連通之分。連通之分。6.3.1 6.3.1 區(qū)域生長法區(qū)域生長法待分割圖像待分割圖像 第一步結(jié)果第一步結(jié)果第二步結(jié)

23、果第二步結(jié)果最后結(jié)果最后結(jié)果相似性準則是相似性準則是鄰近像素與種鄰近像素與種子像素的灰度子像素的灰度值差小于值差小于3 3 6.3.2 6.3.2 分裂合并分裂合并分裂準則：分裂準則：如果某個子區(qū)域的灰度均方如果某個子區(qū)域的灰度均方差大于差大于1.51.5，則將其分裂為，則將其分裂為4 4個子區(qū)域，否個子區(qū)域，否則不分裂。則不分裂。合并準則：合并準則：如果相鄰兩個子區(qū)域的灰度如果相鄰兩個子區(qū)域的灰度均值之差不大于均值之差不大于2.52.5，則合并為一個區(qū)域。，則合并為一個區(qū)域。 65. 2r29. 1, 5 . 7;73. 1, 5 . 52211rrrr33442.5,0.25;3.75,2

24、.87rrrr2 22 22 22 22 22 26.4 hough變換變換6.4.1 hough變換的原理變換的原理 hough變換是一種檢測、定位直線和解析曲線的有變換是一種檢測、定位直線和解析曲線的有效方法。效方法。 是把二值圖變換到是把二值圖變換到hough參數(shù)空間，在參數(shù)空間用參數(shù)空間，在參數(shù)空間用極值點的檢測來完成目標的檢測極值點的檢測來完成目標的檢測 。對寫得出方程的圖形都可利用對寫得出方程的圖形都可利用hough變換檢測。變換檢測。 a) a)原鏈碼方向原鏈碼方向 b)b)逆時針旋轉(zhuǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)9090 圖圖a曲線的鏈碼為：曲線的鏈碼為：011222331000007655567

25、06其差分鏈碼為：其差分鏈碼為：1010010670000777001116圖圖b曲線的鏈碼為：曲線的鏈碼為：23344455322222107770120其差分鏈碼為：其差分鏈碼為：10100106700007770011167.2.1 鏈碼描述鏈碼描述7.2.1 鏈碼描述鏈碼描述 使用鏈碼時，起點的選擇很關(guān)鍵。對于同一個邊界，使用鏈碼時，起點的選擇很關(guān)鍵。對于同一個邊界，如果用不同的邊界點作為鏈碼起點，則得到的鏈碼如果用不同的邊界點作為鏈碼起點，則得到的鏈碼是不同的。是不同的。 解決辦法：鏈碼起點歸一化解決辦法：鏈碼起點歸一化 把鏈碼看作把鏈碼看作1個由各方向數(shù)構(gòu)成的自然數(shù)；個由各方向數(shù)構(gòu)

26、成的自然數(shù)； 將這些方向數(shù)將這些方向數(shù)依依1個方向循環(huán)個方向循環(huán)以使它們所以使它們所構(gòu)成的自構(gòu)成的自然數(shù)最小然數(shù)最??； 這時所對應的鏈碼起點作為這個邊界的歸一化鏈這時所對應的鏈碼起點作為這個邊界的歸一化鏈碼的起點。碼的起點。 低階矩描述圖像的整體特征：低階矩描述圖像的整體特征： 1. 零階矩反映了目標的面積；零階矩反映了目標的面積； 2. 一階矩反映目標的質(zhì)心位置；一階矩反映目標的質(zhì)心位置； 3.二階矩反映目標主軸、輔軸的長短和主軸方向角。二階矩反映目標主軸、輔軸的長短和主軸方向角。 高階矩主要描述了圖像的細節(jié)高階矩主要描述了圖像的細節(jié)（翹度、偏斜度）（翹度、偏斜度）。7.3 矩特征的物理意義

27、矩特征的物理意義例:012301123012a1230122301233012300123017.4.3 灰度共生矩陣法灰度共生矩陣法 4*4(0,0)(0,1)(0,2)(0,3)0807(1,0)(1,1)(1,2)(1,3)8080(1,0)(2,0)(2,1)(2,2)(2,3)0807(3,0)(3,1)(3,2)(3,3)7070appppppppp dxdypppppppp1200001400(1,1)0012000012ap dxdy 設(shè)圖像矩陣為設(shè)圖像矩陣為注意：注意：(1)(1)此處與課本是同步的此處與課本是同步的(2) (2) 灰度級灰度級08078080(1,0)08077070ap244004800(1,0)00220020bp水平方向無重復，變化較快水平方向無重復，變化較快水平方向數(shù)值大，重復多，紋理較粗水平方向數(shù)值大，重復多，紋理較粗1 1）對角線元素全為）對角線元素全為0 0，表明同行灰度變化快，表明同行灰度變化快2 2）對角線元素較大，表明紋理較粗）對角線元素較大，表明紋理較粗7.4.3 灰度共生矩陣法灰度共生矩陣法 定義：定義： 數(shù)學形態(tài)學是數(shù)學形態(tài)學是分析幾何形