第2章-數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)-PPT課件

1、第2章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 2.1 色度學(xué)基礎(chǔ)2.2 人眼的視覺特性2.3 圖像的數(shù)字化2.4 圖像的代數(shù)運(yùn)算2.5 灰度直方圖2.6 圖像文件格式及類型掌握色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)理解人眼的視覺特性 掌握?qǐng)D像的數(shù)字化過程 了解圖像的代數(shù)運(yùn)算 理解灰度直方圖的概念及其應(yīng)用 了解圖像文件的格式及類型本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：2.1 色度學(xué)基礎(chǔ) 彩色是光的一種屬性，沒有光就沒有彩色。 在光的照射下，人們通過眼睛感覺到各種物體的彩色，這些 彩色是人眼特性和物體客觀特性的綜合效果。 在太陽(yáng)光的照射下，人們可以看到五彩繽紛的大自然景物。 圖像是由人的視覺系統(tǒng)接受物體透射或者反射的光學(xué)信息， 然后在大腦中形成的印象和認(rèn)識(shí)，是客觀

2、存在的多維物體在 人腦中的“成像”。 因此要研究圖像處理就得先從色度學(xué)以及人眼的視覺特 性兩方面開始。 光和色 由光學(xué)理論知道，光是一種以電磁波形式存在的物質(zhì)，它的波長(zhǎng)范圍大約在 380780nm（1nm10-9m）之間。由于這段電磁波的輻射能為人眼看得見，所以稱為可見光，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為光。人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光引起不同的顏色感覺，例如，波長(zhǎng)為400nm左右和波長(zhǎng)為700nm左右的光，給人以紫和紅的感覺。在可見光的范圍內(nèi)，按波長(zhǎng)的依次遞減，相應(yīng)顏色排列為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色，把這些色光混合在一起就得到白光。2.1.1 三基色原理電磁波譜 把一束光（太陽(yáng)光）斜射到玻璃棱鏡上，通過棱鏡折射

3、后，可將其分解為波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色彩帶，如下圖所示。這種現(xiàn)象也表明了白光不是單色光，而是由七色光合成的。 太陽(yáng)光的分解 光和色本質(zhì)上是一回事，色是光的一種形式，色既是客觀物質(zhì)，又是人眼對(duì)客觀物質(zhì)的視覺反映，色覺是視覺的一種特性。亮度、色調(diào)和色飽和度稱為彩色三要素。任何一種彩色對(duì)人眼引起的視覺作用，都可以用彩色三要素來描述。 1)亮度: 亮度是指人眼所感覺的彩色的明暗程度，亮度取決于光線的強(qiáng)弱。另外，亮度與波長(zhǎng)的長(zhǎng)短有關(guān)，強(qiáng)度相同但波長(zhǎng)不同的光給人眼的亮度感覺也是不同的，生活中觀察15W的綠色燈泡發(fā)出的光比15W的紅色燈泡亮，15W的紅色燈泡比15W的藍(lán)色燈泡亮，就

4、是這個(gè)道理。彩色三要素：光強(qiáng)度是指光波作用于感受器所發(fā)生的效應(yīng)，其大小是由物體反射系數(shù)來決定，反射系數(shù)越大，物體的光強(qiáng)度愈大，反之愈小。 2)色調(diào): 色調(diào)是指彩色的顏色類別，如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫分別表示不同的色調(diào)。色調(diào)取決于彩色的光譜成分，不同波長(zhǎng)的光具有不同的色調(diào)。彩色三要素色度是由物體反射光線中占優(yōu)勢(shì)的波長(zhǎng)來決定，不同的波長(zhǎng)產(chǎn)生不同的顏色感覺，如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等。它是彩色最為重要的屬性，是決定顏色本質(zhì)的基本特性。 3)色飽和度: 色飽和度是指彩色的深淺程度。同一色調(diào)的彩色，其色飽和度越高，顏色越深。色飽和度與彩色中所摻入的白光比例有關(guān)，摻入的白光越多，色光越淺，色飽和度

5、越低。色飽和度用百分?jǐn)?shù)表示，如某色光中若摻入一半的白光，則色飽和度為50%，未摻入白光的純色光，其色飽和度為100%。白光的色飽和度為0。彩色三要素 色調(diào)和色飽和度統(tǒng)稱為色度。彩色電視系統(tǒng)不僅像黑白電視系統(tǒng)那樣能夠傳送景物的亮度信息，還要傳送景物的色度信息。 三基色原理和混色法三基色原理： 實(shí)驗(yàn)證明，將紅、綠、藍(lán)三種色光投射到一個(gè)白色的屏幕上，調(diào)節(jié)三種色光的不同比例，幾乎可以混合出自然界所有的彩色。用來混色的三種單色光稱為基色。用三基色可以混合成其他彩色的原理稱三基色原理。 在電視技術(shù)中，以紅（R）、綠（G）、藍(lán) (B) 為三基色，紅光的波長(zhǎng)取700nm，綠光的波長(zhǎng)取546.1nm，藍(lán)光的波長(zhǎng)

6、取435.8nm。三基色原理： 三基色原理的主要內(nèi)容有： 1) 自然界的所有彩色幾乎都可用三種基色按一定的比例混合而成；反之，任何彩色也可分解為比例不同的三種基色； 2) 三種基色必須是相互獨(dú)立的，即任一基色不能由另外兩種基色混合而成； 3) 用三基色混合成的彩色，其色調(diào)和色飽和度皆由三基色的比例決定； 4) 混合色的亮度等于參與混色的基色的亮度的總和?；焐ǎ?彩色電視重現(xiàn)景物的彩色，通常是靠彩色顯像管熒光屏上的三種熒光粉在電子束轟擊下發(fā)出各自的基色光而完成的，即它們分別發(fā)出紅、綠、藍(lán)三種基色光，并混合成彩色圖像，這三種基色稱為顯像三基色。 利用三基色按不同的比例混合來獲得彩色的方法稱為混色

7、法。彩色顯像管之所以能夠顯示出各種各樣的豐富多彩的彩色是利用了三基色的混色原理。彩色顯像管中的熒光粉粒本身是發(fā)光體，它的混色規(guī)律是遵從相加混色法，即以彩色光的互相疊加來實(shí)現(xiàn)混色產(chǎn)生另一種新的彩色光。相加混色法的混色規(guī)律可用下圖表示：相加混色以等量的紅、綠、藍(lán)三基色光進(jìn)行相加混色效果如下：紅色十綠色=黃色；綠色十藍(lán)色=青色；藍(lán)色十紅色=紫色；紅色十綠色十藍(lán)色=白色。三種基色是相互獨(dú)立的，任何一種基色都不能有其它兩種顏色合成。根據(jù)人眼的三基色吸收特性，人眼所感受到的顏色其實(shí)是三種基色按照不同比例的組合。國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）為了建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，于1931年制定了特定波長(zhǎng)的三基色標(biāo)準(zhǔn)：藍(lán)（B=43

8、5.8nm）、綠（G=546.1nm）、紅（R=700nm）。這樣，任一彩色C均可表示為：其中C為未知色光，(R)，(G)，(B)為三基色光，C，R，G，B 為調(diào)配系數(shù)。2.1.2 顏色模型 為了科學(xué)地定量描述和使用顏色，人們提出了各種顏色模型。目前常用的顏色模型按用途可分為兩類，一類面向諸如視頻監(jiān)視器、彩色攝像機(jī)或打印機(jī)之類的硬件設(shè)備。另一類面向以彩色處理為目的的應(yīng)用，如動(dòng)畫中的彩色圖形。面向硬件設(shè)備的最常用彩色模型是RGB模型，而面向彩色處理的最常用模型是HSI模型。另外，在印刷工業(yè)上和電視信號(hào)傳輸中，經(jīng)常使用CMYK和YUV色彩系統(tǒng)。 (1) RGB模型 RGB顏色空間是圖像處理中最基礎(chǔ)

9、的顏色模型，它是在配色實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立的。其RGB彩色空間示意圖如圖所示，RGB顏色空間的主要觀點(diǎn)是人的眼睛有紅、綠、藍(lán)3種色感細(xì)胞，它們的最大感光靈敏度分別落在紅色、藍(lán)色和綠色區(qū)域，其合成的光譜響應(yīng)就是視覺曲線，由此可推論出任何彩色都可以用紅、綠、藍(lán)3種基色來配制。 其中C為未知色光，N，P，Q為三基色光，c，n，p，q 為調(diào)配系數(shù)。 RGB彩色空間示意圖 （2） HSI模型 HIS顏色模型是Munseu（孟賽爾）顏色系統(tǒng)中的一種，以人眼的視覺特征為基礎(chǔ)，利用三個(gè)相對(duì)獨(dú)立、容易預(yù)測(cè)的顏色心理屬性：色度(Hue)、光強(qiáng)度(Intensity)和飽和度(Saturation)來表示顏色，反映了人的

10、視覺系統(tǒng)觀察彩色的格式。HIS顏色系統(tǒng)模型： （3） HIS 與 RGB 之間的非線性映射對(duì)任何3個(gè)0，1范圍內(nèi)的R、G、B值，其對(duì)應(yīng)HSI模型中的I、S、H分量的計(jì)算公式為 常見彩色圖像處理流程：RGBRGBHSIHSI2.2 人眼的視覺特性2.2.2圖像在人眼中的形成過程： 人眼在觀察景物時(shí)，光線通過角膜、晶狀體、玻璃體的折射，在視網(wǎng)膜上顯出景物的影像（倒立的像），構(gòu)成光刺激。視網(wǎng)膜上的光敏細(xì)胞感受到強(qiáng)弱不同的光刺激，相應(yīng)的產(chǎn)生強(qiáng)度不同的電脈沖，并經(jīng)由神經(jīng)纖維傳送至視神經(jīng)中樞，經(jīng)過大腦皮層的綜合分析，從而產(chǎn)生視覺。人眼成像的過程如圖所示：人眼成像過程2.2.3 亮度范圍和分辨率1人眼的亮度

11、感覺范圍 根據(jù)人眼機(jī)理及人的視覺模型，人眼感知的主觀亮度和實(shí)際的客觀亮度之間并非完全相同，但是有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。人眼能夠感覺的亮度范圍（稱為視覺范圍）非常寬，從千分之幾尼特到幾百萬尼特，這是由于瞳孔對(duì)光敏細(xì)胞具有一定的調(diào)節(jié)作用。瞳孔根據(jù)外界光的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)其大小，使射到視網(wǎng)膜上的光通量盡可能是適中的。在強(qiáng)光和弱光下，分別由錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞作用，而后者的靈敏度是前者的1萬倍。在不同的亮度環(huán)境下，人眼對(duì)于同一實(shí)際亮度所產(chǎn)生的相對(duì)亮度感覺是不相同的。另外，當(dāng)人眼適應(yīng)了某一環(huán)境亮度時(shí)，所能感覺范圍將變小很多。人眼的明暗感覺是相對(duì)的，但由于人眼能適應(yīng)的平均亮度范圍很大，總的來說，人眼的視覺范圍是很寬的。2

12、.人眼的分辨率 人眼的分辨率與環(huán)境照度有關(guān)，當(dāng)照度太低時(shí)，只有桿狀細(xì)胞起作用，則分辨率下降；但照度太高則可能引起“眩目”現(xiàn)象。人眼的分辨率還與被觀察對(duì)象的相對(duì)對(duì)比度有關(guān)。當(dāng)相對(duì)對(duì)比度小時(shí)，對(duì)象和背景亮度很接近，使得人眼的分辨率下降。 分辨力 人眼在一定距離上能區(qū)分開相近兩點(diǎn)的能力，用能區(qū)分開的最小視角之倒數(shù)來描述 =1/2.2.4 視覺適應(yīng)性 當(dāng)我們從明亮的陽(yáng)光下進(jìn)入正在放映電影的電影院時(shí)，除了可以很清晰的看到屏幕上的圖像外，其他都會(huì)是一片漆黑，只有過一段時(shí)間后，我們對(duì)周圍的視覺才能恢復(fù)，這種適應(yīng)過程大約需要十幾秒到三十秒鐘。人眼對(duì)這種從亮突變到暗環(huán)境的適應(yīng)能力稱為暗適應(yīng)性。相比之下，人們從黑

13、暗中走到光亮處，視覺能很快恢復(fù)，亮適應(yīng)性過程要短很多。這是由于錐狀細(xì)胞恢復(fù)工作所需的時(shí)間要比桿狀細(xì)胞少得多。人眼的適應(yīng)： (1)亮度適應(yīng)暗亮 亮適應(yīng) 適應(yīng)時(shí)間短幾秒鐘亮暗 暗適應(yīng) 適應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)30秒 (2)顏色適應(yīng)隨著光的波長(zhǎng)分布變化，研究眼睛對(duì)于顏色刺激產(chǎn)生變化的特性；強(qiáng)紅光刺激后，將黃色看成綠色。2.2.5人眼視覺的時(shí)間特性(1) 視覺起始特性 在加入階躍光波刺激時(shí)所產(chǎn)生的感覺變化，在刺激后幾十毫秒時(shí)感覺才達(dá)到頂點(diǎn)，然后慢慢減少到一個(gè)常值。人眼視覺曲線的上升沿時(shí)間隨著刺激光強(qiáng)的增加而縮短。(2) 視覺惰性 人眼的亮度感覺不會(huì)隨著物體亮度的消失而立即消失，而有一個(gè)過渡時(shí)間，這為視覺惰性。 在亮

14、度消失以后尚能保持1/20 1/10秒；當(dāng)閃爍光源每秒鐘閃爍次數(shù)越過10 20次時(shí)便會(huì)給人以均勻發(fā)光體的感覺，電影畫面24幅/s。2.2.6 亮度對(duì)比效應(yīng) 人眼對(duì)亮度差別的感覺是由相對(duì)亮度的變化決定的，同時(shí)相對(duì)亮度也會(huì)影響人眼對(duì)目標(biāo)的感覺亮度，而且在客觀亮度的突變處，人眼感覺的主觀亮度會(huì)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。 1.同時(shí)對(duì)比效應(yīng) 大小和亮度均相同的四個(gè)小正方形的物體處于不同的亮度背景中，當(dāng)人同時(shí)觀察目標(biāo)物與背景時(shí)，會(huì)感到較暗背景中的目標(biāo)物較亮，而較亮背景中的目標(biāo)物則較暗。這是由于人的視覺靈敏度在高亮度背景下會(huì)下降。這種效應(yīng)稱為同時(shí)對(duì)比效應(yīng)。如圖所示。同時(shí)對(duì)比效應(yīng)還包括以下幾種情況。同時(shí)對(duì)比效應(yīng)：（1）當(dāng)

15、目標(biāo)物具有相同亮度時(shí)，人會(huì)感到暗背景中的目標(biāo)物較亮， 而亮背景中的目標(biāo)物較暗。（2）當(dāng)兩個(gè)不同亮度的目標(biāo)物處于不同亮度的背景中時(shí)，人會(huì)按照 對(duì)比度感覺目標(biāo)物的亮度對(duì)比。（3）當(dāng)人眼觀察對(duì)比度相近的兩個(gè)目標(biāo)物時(shí)，會(huì)認(rèn)為兩個(gè)目標(biāo)物的 亮度接近，這種現(xiàn)象稱為亮度恒定現(xiàn)象。 2 馬赫效應(yīng) 馬赫現(xiàn)象是1868年由奧地利物理學(xué)家E.馬赫發(fā)現(xiàn)的一種明度對(duì)比現(xiàn)象，是指人們?cè)诿靼到唤缣幐械搅撂幐?、暗處更暗的現(xiàn)象。它是一種主觀的邊緣對(duì)比效應(yīng)。 當(dāng)亮度發(fā)生躍變時(shí)，在亮暗邊緣附近，亮側(cè)亮度上沖、暗側(cè)亮度下沖的現(xiàn)象。由8個(gè)亮度逐漸減弱且連在一起的窄帶組成的圖像，其中每個(gè)窄帶的亮度是分布均勻的。但由于人類的視覺系統(tǒng)有增

16、強(qiáng)邊緣對(duì)比度的機(jī)制，在亮度變化的地方會(huì)出現(xiàn)虛幻的亮或暗的條紋，即增強(qiáng)了輪廓。馬赫效應(yīng)示意圖：3人眼的錯(cuò)覺現(xiàn)象 人眼視覺系統(tǒng)所感覺到的物體的形狀，并不是簡(jiǎn)單的投影到視網(wǎng)膜上原封不動(dòng)的形狀，其對(duì)形狀的感覺受物體自身形狀及其周圍背景的影響。2.3 圖像數(shù)字化技術(shù) 所謂的圖像數(shù)字化，是指將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。圖像的數(shù)字化包括了空間離散化（即采樣）和明暗表示數(shù)據(jù)的離散化（即量化）。f(x,y)M個(gè)像素N個(gè)像素像素圖像的數(shù)字化 采樣概念采樣 是指將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點(diǎn)（即像素）集的操作。由于圖像是二維分布的信息，所以采樣是在 x軸和y軸兩個(gè)方向上進(jìn)行的。一般情況下

17、， x軸方向與y軸方向的采樣間隔相同。圖像的數(shù)字化 采樣概念空間坐標(biāo)(x,y)的數(shù)字化被稱為圖像采樣 確定水平和垂直方向上的像素個(gè)數(shù)N、M圖像的數(shù)字化 采樣間隔 采樣時(shí)的注意點(diǎn)是：采樣間隔 的選取。 采樣間隔太小，則增大數(shù)據(jù)量；太大， 則會(huì)發(fā)生信息的混疊，導(dǎo)致細(xì)節(jié)無法辨認(rèn)。圖像的采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖像的采樣與數(shù)字圖像的質(zhì)量圖像的數(shù)字化 采樣效果演示示例細(xì)節(jié)清晰，數(shù)據(jù)量為100%2651801339066453322細(xì)節(jié)無法辨認(rèn)，數(shù)據(jù)量為1%圖像的數(shù)字化 采樣指標(biāo)分辨率分辨率 是指映射到圖像平面上的單個(gè)像素的景物元素的尺寸。單位：像素/英寸，像素/厘米 （如：掃描儀的指標(biāo) 300dpi） 分辨

18、率 或者是指要精確測(cè)量和再現(xiàn)一定尺寸的圖像所必需的像素個(gè)數(shù)。 單位：像素*像素 （如：數(shù)碼相機(jī)指標(biāo)30萬像素（640*480） 對(duì)一個(gè)頻譜有限(|u|umax且|v|vmax )的圖像信號(hào) 進(jìn)行采樣, 當(dāng)采樣頻率滿足式(1.2.3)、式(1.2.4)條件時(shí)，采樣函數(shù) 便能無失真地恢復(fù)為原來的連續(xù)信號(hào) 。umax ，vmax分別為信號(hào) 在兩個(gè)方向的頻域上的有效頻譜的最高角頻率；ur ，vs分別為二維采樣頻率，ur=2/Tu ,vs=2/Tv,實(shí)際上，常取Tu=Tv=To。(1.2.3)(1.2.4)圖像的數(shù)字化 量化概念量化是將各個(gè)像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來表示。一般的量化值為整數(shù)。充

19、分考慮到人眼的識(shí)別能力之后，目前非特殊用途的圖像均為8bit量化，即采用0 255的整數(shù)來描述“從黑到白”。在3bit以下的量化，會(huì)出現(xiàn)偽輪廓現(xiàn)象。量化示意圖：圖像的量化函數(shù)取值的數(shù)字化被稱為圖像的量化，如量化到256個(gè)灰度級(jí)灰度級(jí)：表示像素明暗程度的整數(shù)量 例如：像素的取值范圍為0-255，就稱該 圖像為256個(gè)灰度級(jí)的圖像層次：表示圖像實(shí)際擁有的灰度級(jí)的數(shù)量 例如：具有32種不同取值的圖像，可稱該圖像具 有32個(gè)層次圖像數(shù)據(jù)的實(shí)際層次越多，視覺效果就越好圖像的量化與數(shù)字圖像的質(zhì)量低bit量化的偽輪廓現(xiàn)象圖例圖像的數(shù)字化 量化方法量化可分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是簡(jiǎn)單地在灰度范圍內(nèi)等

20、間隔量化。非均勻量化是對(duì)圖像中像素灰度值頻繁出現(xiàn)的灰度范圍，量化間隔取小一些，而對(duì)那些像素灰度值極少出現(xiàn)的范圍，量化間隔取大一些。 一般情況下，對(duì)灰度變化比較平緩的部分用比較多的量化級(jí)，粗采樣；在灰度變化比較劇烈的地方應(yīng)采用更高的分辨率，粗量化。 一般，當(dāng)限定數(shù)字圖像的大小時(shí), 為了得到質(zhì)量較好的圖像可采用如下原則： （1）對(duì)緩變的圖像，應(yīng)細(xì)量化，粗采樣，以避免假輪廓。 （2）對(duì)細(xì)節(jié)豐富的圖像，應(yīng)細(xì)采樣，粗量化，以避免模糊（混疊）。 對(duì)于彩色圖像，是按照顏色成分紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）分別采樣和量化的。若各種顏色成分均按8bit量化，即每種顏色量級(jí)別是256，則可以處理256256256=

21、16 777 216種顏色。 非統(tǒng)一的圖像的采樣:在灰度級(jí)變化尖銳的區(qū)域，用細(xì)膩的采樣，在灰度級(jí)比較平滑的區(qū)域，用粗糙的采樣圖像的采樣和量化:非統(tǒng)一的圖像的量化:在邊界附近使用較少的灰度級(jí)。剩余的灰度級(jí)可用于灰度級(jí)變化比較平滑的區(qū)域;避免或減少由于量化的太粗糙，在灰度級(jí)變化比較平滑的區(qū)域出現(xiàn)假輪廓的現(xiàn)象.圖像的采樣和量化:均勻量化效果示意圖非均勻量化效果示意圖均勻量化與非均勻量化效果的比較量化與采樣的效果圖例 原圖 低灰度級(jí)量化 低分辨率2.5 灰度直方圖在數(shù)字圖像處理中，灰度直方圖是最簡(jiǎn)單且最有用 的工具，可以說，對(duì)圖像的分析與觀察，直到形成一個(gè)有效的處理方法，都離不開直方圖。2.5.1 概

22、念 對(duì)一幅數(shù)字圖像，若對(duì)應(yīng)于每灰度值，統(tǒng)計(jì)出具有該灰度值的像素?cái)?shù)，并據(jù)此繪出像素?cái)?shù)-灰度值圖形，則該圖形稱該圖像的灰度直方圖，簡(jiǎn)稱直方圖。 直方圖是以灰度值作橫坐標(biāo)，像素?cái)?shù)作縱坐標(biāo)。有時(shí)直方圖亦采用某一灰度值的像素?cái)?shù)占全圖總像素?cái)?shù)的百分比（即某一灰度值出現(xiàn)的頻數(shù)）作為縱坐標(biāo)。數(shù)字圖像的灰度直方圖 定義灰度直方圖是灰度級(jí)的函數(shù)，是對(duì)圖像中灰度級(jí)分布的統(tǒng)計(jì)。有兩種表示形式1）圖形表示形式 橫坐標(biāo)表示灰度級(jí)，縱坐標(biāo)表示圖像中對(duì)應(yīng)某灰度級(jí)所出現(xiàn)的像素個(gè)數(shù)。2） 數(shù)組表示形式 數(shù)組的下標(biāo)表示相應(yīng)的灰度級(jí)，數(shù)組的元素表示該灰度級(jí)下的像素個(gè)數(shù)。數(shù)字圖像的灰度直方圖 計(jì)算例 12345664322116646

23、6345666146623136466灰度直方圖灰度圖像的直方圖在離散的形式下，用rk代表離散灰度級(jí)，用P(rk)代表概率密度函數(shù)，并且有下式成立： 式中nk為圖像中出現(xiàn)rk這種灰度的像素?cái)?shù)，n是圖像中像素總數(shù)，nk/n就是概率論中的頻數(shù)，l是灰度級(jí)的總數(shù)目。在直角坐標(biāo)系中作出rk與P(rk)的關(guān)系圖形，就得到直方圖?；叶葓D像直方圖圖像的直方圖 圖像及對(duì)應(yīng)的灰度直方圖：灰度圖像直方圖的計(jì)算示例灰度直方圖計(jì)算示意圖 2.5.2 直方圖的性質(zhì) (1) 直方圖是一幅圖像中各像素灰度值出現(xiàn)次數(shù)（或頻數(shù)）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，它只反映該圖像中不同灰度值出現(xiàn)的次數(shù)（或頻數(shù)），而未反映每一灰度值像素所在位置。也就是說

24、： 它只包含了該圖像中某一灰度值的像素出現(xiàn)的概率，而丟失了其所在位置的信息。所有的空間信息全部丟失直方圖的性質(zhì) (2) 任一幅圖像，都能唯一地算出一幅與它對(duì)應(yīng)的直方圖，但不同的圖像，可能有相同的直方圖。也就是說：圖像與直方圖之間是一種多對(duì)一的映射關(guān)系。直方圖的性質(zhì) 圖像與直方圖之間是一種多對(duì)一的映射關(guān)系。直方圖的性質(zhì) (3) 直方圖是對(duì)具有相同灰度值的像素統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)得到的。一幅圖像各子區(qū)的直方圖之和就等于該圖全圖的直方圖。2.5.3 直方圖的應(yīng)用前面提到過，灰度直方圖是最簡(jiǎn)單的，最有用的工具。簡(jiǎn)單性從其一維的數(shù)據(jù)形式，以及簡(jiǎn)單的計(jì)算方法可以感受到。有用性，在這里通過幾個(gè)應(yīng)用例子來說明。數(shù)字圖像的

25、灰度直方圖應(yīng)用 數(shù)字化參數(shù)直方圖給出了一個(gè)簡(jiǎn)單可見的指示，用來判斷一幅圖像是否合理的利用了全部被允許的灰度級(jí)范圍。一幅圖像應(yīng)該利用全部或幾乎全部可能的灰度級(jí)，否則等于增加了量化間隔。丟失的信息將不能恢復(fù)?；叶葓D像的直方圖圖像灰度分布概率密度函數(shù) 灰度圖像的直方圖 從上圖中的（a）和（b）兩個(gè)灰度密度分布函數(shù)中可以看出：（a）的大多數(shù)像素灰度值取在較暗的區(qū)域，所以這幅圖像肯定較暗，一般在攝影過程中曝光過強(qiáng)就會(huì)造成這種結(jié)果；（b）圖像的像素灰度值集中在亮區(qū)，因此，圖像（b）的特性將偏亮， 一般在攝影中曝光太弱將導(dǎo)致這種結(jié)果。顯然，從兩幅圖像的灰度分布來看圖像的質(zhì)量均不理想。灰度圖的灰度直方圖例灰度

26、分布效果圖例例:直方圖顯示與灰度圖像的關(guān)系灰度圖像與對(duì)應(yīng)直方圖的顯示例:直方圖顯示與彩色圖像的關(guān)系三個(gè)顏色分量的灰度直方圖數(shù)字圖像的灰度直方圖應(yīng)用 分割閾值選取假設(shè)某圖像的灰度直方圖具有 二峰性，則表明這個(gè)圖像較亮的區(qū)域和較暗的區(qū)域可以較好地分離。取二峰間的谷點(diǎn)為閾值點(diǎn)，可以得到好的二值處理的效果?；叶戎狈綀D具有二峰性具有二峰性的灰度圖的二值化2.6 圖像文件格式及類型 數(shù)字圖像有多種存儲(chǔ)格式，每種格式一般由不同的開發(fā)商支持。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和圖像應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，還會(huì)出現(xiàn)新的圖像格式。 1 .BMP 文件格式 是一種與文件無關(guān)的圖像文件格式，是一種位映射的存儲(chǔ)形式。是Windows軟件推

27、薦使用的一種格式。應(yīng)用廣泛。 2.6.1 圖像文件格式 位圖文件參數(shù)頭：字節(jié)數(shù)參數(shù)說明2 bftype文件類型,一般以”BM”標(biāo)識(shí)4bfsize實(shí)際圖像數(shù)據(jù)長(zhǎng)度2reserved1保留2reserved2保留4offset文件開始到位圖數(shù)據(jù)開始處的偏移量2. GIF文件格式 是以數(shù)據(jù)塊為單位來存儲(chǔ)圖像的相關(guān)信息，在不同的系統(tǒng)平臺(tái)上交流和傳輸圖像，它是在Web及其他聯(lián)機(jī)服務(wù)上常用的一種文件格式。 其特點(diǎn)是壓縮比高，磁盤空間占用較少，因此這種圖像格式在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用。最初的GIF只能用來存儲(chǔ)單幅靜止圖像，后來隨著技術(shù)的發(fā)展，能夠同時(shí)存儲(chǔ)多幅靜止圖像進(jìn)而形成連續(xù)的動(dòng)畫。雖然GIF格式只能保存最大8位色深的數(shù)碼圖像，但由于這種格式短小、下載速度快、可用許多同樣大小的圖像文件組成動(dòng)畫等多種優(yōu)勢(shì)，使得這種格式在網(wǎng)絡(luò)上得到廣泛的應(yīng)用。3. TIFF 圖像文件格式 它是現(xiàn)存圖像文件格式中最復(fù)雜的一種，它提供存儲(chǔ)各種信息的完備的手段， 可以存儲(chǔ)專門的信息而不違反格式宗旨，是目前流行的圖像文件交換標(biāo)準(zhǔn)之一。 由于其圖像格式復(fù)雜、存儲(chǔ)信息多，其存儲(chǔ)的圖像層次豐富，細(xì)節(jié)信息非常多，圖像質(zhì)量也隨之提高，