第1章數(shù)字圖像基礎(chǔ)禹晶老師

第一章數(shù)字圖像基礎(chǔ)

Chapter1DigitalImageFundamentals2學(xué)時“Onepictureisworthmorethantenthousandwords”教材《數(shù)字圖像處理》,禹晶,孫衛(wèi)東,肖創(chuàng)柏.機(jī)械工業(yè)出版社,2015.Office:信北402Mail:jing.yu@WeChat:LIONXIAO參考書“DigitalImageProcessing”,RafaelC.Gonzalez&RichardE.Woods,Addison-Wesley,2002.數(shù)字圖像處理,

R.C.Gonzalez,RichardE.Woods著,阮秋琦,阮宇智等譯,電子工業(yè)出版社.數(shù)字圖像處理的MATLAB實現(xiàn)(第2版),RafaelC.Gonzalez,RichardE.Woods,StevenL.Eddins,阮秋琦譯,清華大學(xué)出版社.圖像工程(第2版),章毓晉(著),清華大學(xué)出版社Journals&ConferencesinImageProcessingJournals:IEEETPATTERNANALYSISMACHINEINTELLIGENCEINTLJCOMP.VISIONIEEETIMAGEPROCESSINGimageandvisioncomputingcomputervisionandimageunderstandingPATTERNRECOGNITIONConferences:CVPR:Comp.VisionandPatternRecognitionICCV:

Intl

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onImageProcessingECCV:

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onAcoustics,SpeechandSignalProcessingGradingPolicyAssignments:30%FinalExam:70%Total:100%ClassWebPageClasslecturespostedAssignmentsdistributedimage@密碼：Pattern&Image章節(jié)安排第1章

數(shù)字圖像基礎(chǔ)（2）第2章

數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)（3）第3章

空域圖像增強(qiáng)（5）第4章

頻域變換（3）第5章

頻域圖像增強(qiáng)（3）第6章

圖像復(fù)原（2）第7章

彩色圖像處理（2）第8章

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像處理（4）第9章

圖像分割（4）第10章

小波變換與多分辨率分析第11章圖像壓縮編碼第12章表示與描述（2）課程目的與要求掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、原理和方法初步運用所學(xué)知識解決實際問題為圖像處理及相關(guān)領(lǐng)域的研究奠定基礎(chǔ)Contents數(shù)字圖像的概念數(shù)字圖像的多樣性圖像數(shù)據(jù)量圖像數(shù)字化數(shù)字圖像的常見失真類型數(shù)字圖像的成像數(shù)字圖像的成像過程Imagesaretypicallygeneratedbyilluminatingasceneandabsorbingtheenergyreflectedbytheobjectsinthatscene.圖像獲取IncomingenergylandsonasensormaterialresponsivetothattypeofenergyandthisgeneratesavoltageCollectionsofsensorsarearrangedtocaptureimagesImagingSensorLineofImageSensorsArrayofImageSensors圖像是像素的二維排列圖像獲取數(shù)字圖像的儲存方式以像素為單位，傳感器陣列上每一個感光元對應(yīng)數(shù)字圖像中的一個像素，每一個像素值反映自然場景中相應(yīng)成像點的亮度。自然場景及其對應(yīng)的數(shù)字圖像什么是數(shù)字圖像？1pixel數(shù)字化的空間位置稱為像素（Pixel），數(shù)字化的亮度值稱為灰度值。數(shù)字圖像用二維的亮度函數(shù)表示

和表示空間坐標(biāo)，是關(guān)于坐標(biāo)的函數(shù)值，與成像于該點的光強(qiáng)成正比。數(shù)字圖像表示通常用二維矩陣

表示一幅數(shù)字圖像：

其中，M×N為空間分辨率?？臻g分辨率ThespatialresolutionofanimageisdeterminedbyhowsamplingwascarriedoutSpatialresolutionsimplyreferstothesmallestdiscernabledetailinanimageVisionspecialistswill

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inch(DPI)5.1Megapixels數(shù)字圖像的多樣性成像多樣化將電磁波的各個波段按照波長或頻率的遞增或遞減順序依次排列形成電磁波譜。電子成像可以通過幾乎任何一種電磁波輻射轉(zhuǎn)換成電信號形成數(shù)字圖像。依據(jù)波長排列的電磁波譜成像多樣性成像方式分類：反射成像是由物體表面反射的電磁波到達(dá)成像傳感器而成像；發(fā)光成像是物體本身輻射的電磁波到達(dá)成像傳感器而成像；吸收成像是由于一部分透過物體的電磁波到達(dá)成像傳感器而成像。三種成像方式示意圖

清華大學(xué)禮堂可見光圖像

紅外成像

頸椎CR圖像多光譜衛(wèi)星遙感圖像

日光成像

主動脈造影成像三種成像方式的典型例子數(shù)字圖像的多樣性尺度多樣性從圖像反映的實體尺寸看，可以小到電子顯微鏡圖像，大到航空、航天遙感圖像，甚至天文望遠(yuǎn)鏡圖像。日常觀察物體或場景天文望遠(yuǎn)鏡電子顯微鏡普通數(shù)碼相機(jī)拍攝的自然場景圖像遠(yuǎn)距離拍攝的地球和星系圖像不同尺度實體的圖像顯微鏡下拍攝的胎兒和細(xì)胞圖像圖像數(shù)據(jù)量根據(jù)圖像的數(shù)據(jù)量，將圖像主要分為4類：二值圖像灰度圖像索引圖像真彩色圖像圖像數(shù)據(jù)量二值圖像每一個像素僅占用1位，灰度值為0或1，其中，0表示黑色，1表示白色，俗稱黑白圖像。二值圖像的數(shù)據(jù)表示圖像數(shù)據(jù)量灰度圖像黑與白之間有多級灰色深度。常用的成像和顯示設(shè)備中，灰度圖像中每一個像素的灰度級通常采用8位表示，具有

個灰度級，每一個灰度像素占用1個字節(jié)。灰度圖像的數(shù)據(jù)表示顏色查找表通常用一個維數(shù)為

的數(shù)組來表示，為索引圖像的像素值總數(shù)，每一行的3維向量為R、G、B顏色分量。索引圖像的數(shù)據(jù)表示圖像數(shù)據(jù)量索引圖像包含顏色查找表，通過查找映射的方法表示彩色圖像的顏色。圖像數(shù)據(jù)量真彩色圖像每一個彩色像素用一個3維向量來表示，由R、G、B顏色分量組成。R、G、B顏色分量各占用8位表示相應(yīng)顏色分量的亮度，每一個顏色分量各有256個灰度級，這3個字節(jié)組合可以產(chǎn)生

萬種不同的顏色。真彩色圖像的數(shù)據(jù)表示圖像數(shù)字化自然場景的空間位置和輻射度都是連續(xù)量，將連續(xù)（模擬）信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散（數(shù)字）信號的轉(zhuǎn)換過程。圖像數(shù)字化的過程包括兩個步驟采樣：空間坐標(biāo)

的離散化量化：亮度值

的離散化數(shù)字圖像（DIDITALIMAGE）空間坐標(biāo)和亮度上都離散化的圖像。圖像數(shù)字化采樣圖像在空間上的離散化，空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散點（像素，PIXEL）正方形點陣結(jié)構(gòu)對水平方向和垂直方向的空間位置進(jìn)行光柵化；采樣圖像數(shù)字化假定一幅圖像取M×N個采樣點M、N一般為2的整數(shù)次冪；M、N可以相等，也可以不等；對于M、N數(shù)值大小的確定：M×N滿足采樣定理，重建圖像就不會產(chǎn)生失真。香農(nóng)采樣定理若信號是帶限的，并且采樣頻率高于信號最大頻率的2倍「奈奎斯特頻率」，則可以無失真地從采樣信號中完全重建出原來的連續(xù)信號。圖像數(shù)字化正六邊形采樣網(wǎng)格更符合人眼的視覺特性。視網(wǎng)膜上分布的視神經(jīng)細(xì)胞的排列方式為正六邊形結(jié)構(gòu)，且這些細(xì)胞在水平方向和垂直方向上相比在對角方向上對高頻信號有更高的光敏感度。正方形點陣結(jié)構(gòu)正六邊形點陣結(jié)構(gòu)ISO12233標(biāo)準(zhǔn)分辨率測試卡空間分辨率采樣決定空間分辨率，反映圖像數(shù)字化的像素密度，以及圖像的有效像素?？臻g分辨率為256×256、128×128、64×64