數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)

圖像數(shù)字化數(shù)字化:將一幅圖像從原來的形式轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的過程。掃描、采樣、量化構(gòu)成了數(shù)字化過程第2頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像數(shù)字化--術(shù)語(yǔ)掃描對(duì)一幅圖像內(nèi)給定位置的尋址把圖像劃分為矩形網(wǎng)格，即光柵掃描的最小單元為像素第3頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像數(shù)字化--術(shù)語(yǔ)采樣在一幅圖像的每個(gè)像素位置上測(cè)量灰度值傳感元件將光亮度轉(zhuǎn)化為電壓值。對(duì)圖像信號(hào)的定義域離散化量化將測(cè)量的灰度值用整數(shù)表示通過模數(shù)轉(zhuǎn)化器實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信號(hào)的值域離散化第4頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像數(shù)字化第5頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的表示

點(diǎn)陣圖像（位圖）---數(shù)字圖像常用矩陣來表示：

設(shè)采樣后，每個(gè)樣本灰度表示為稱為“像素”或“像元”。若取圖像尺寸M=N，即i,j=0,1,…,N-1，則數(shù)字圖像可用矩陣表示如下

第j列第i列第6頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素顯示器、打印機(jī)等的像素

第7頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素

像素的三個(gè)屬性：大小灰度位置第j列第i列第8頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素

大小與空間分辨率有關(guān)灰度與灰度分辨率有關(guān)第9頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--大小

如用掃描儀進(jìn)行數(shù)字化過程中，像素的大小決定于photocell的多少和推進(jìn)速度長(zhǎng)的采樣間隔產(chǎn)生低的空間分辨率短的采樣間隔產(chǎn)生高的空間分辨率第10頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--大小

長(zhǎng)的采樣間隔產(chǎn)生低的空間分辨率短的采樣間隔產(chǎn)生高的空間分辨率第11頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--大小

圖像質(zhì)量與分辨率第12頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--大小顯示器的像素打印機(jī)的像素

第13頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

位深度

用來存放像素顏色值所用的位數(shù)。1位(2色)/4(16)/8(256)/24(真彩色)灰度級(jí)

表示象素明暗程度的整數(shù)量，如0,1,…255層次

表示灰度級(jí)的數(shù)量,如16,64,256灰度分辨率指值的單位幅度上包含的灰度級(jí)數(shù)256個(gè)層次的圖像64個(gè)層次的圖像16個(gè)層次的圖像第14頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

位深度

第15頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

位深度、灰度級(jí)、層次第16頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

位深度為1的圖像只有黑、白2個(gè)層次的灰度級(jí)(值0/1)用一組黑白像素模擬灰度(ditheringorhalftoning)

位深度8的圖像有256個(gè)層次的灰度級(jí)(值0,1,…255)每個(gè)像素值可以是黑、白或中間的254個(gè)灰度位深度為12的圖像提供了超過4000(212)個(gè)層次的灰度級(jí)第17頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

圖像數(shù)據(jù)的實(shí)際層次越多視覺效果就越好第18頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--灰度

第19頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素—位置第j列第i列第20頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置第21頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置鄰域（neighbor）4-鄰域D-鄰域8-鄰域連通性(adjacency)4-連通8-連通m-連通距離第22頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置

4-鄰域（neighbor）定義象素p(x,y)的4-鄰域是(x+1,y)(x-1,y)(x,y+1)(x,y-1)用N4(p)表示p的4-鄰域

D-鄰域象素p(x,y)的對(duì)角上的點(diǎn)(x+1,y+1)(x+1,y-1)(x-1,y+1)(x-1,y-1)用ND(p)表示p的D-鄰域8-鄰域定義象素p(x,y)的8-鄰域是4-鄰域的點(diǎn)加上對(duì)角上的點(diǎn)(x+1,y+1)(x+1,y-1)(x-1,y+1)(x-1,y-1)用N8(p)表示p的8-鄰域

第23頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置

兩個(gè)像素鄰接的兩個(gè)必要條件是

兩個(gè)像素的位置在某種情況下是否相鄰兩個(gè)像素的值是否滿足某種相似性鄰接(adjacency)類型4-鄰接8-鄰接m-鄰接第24頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置4-鄰接(adjacency)定義對(duì)于具有值V的象素p和q如果q在集合N4(p)中則稱這兩個(gè)象素是4-鄰接的8-鄰接(adjacency)定義對(duì)于具有值V的象素p和q如果q在集合N8(p)中則稱這兩個(gè)象素是8-鄰接的第25頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置m-鄰接(adjacency)定義 對(duì)于具有值V的象素p和q如果:q在集合N4(p)中或q

ND(p),且N4(p)

N4(q)不含值為V的任何象素則稱這兩個(gè)象素是m-鄰接的即4-鄰接和D-鄰接的混合鄰接鄰接鄰接第26頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置像素臨近(adjacent)的定義如果象素p和q是鄰接的，則稱p臨近于q可以定義4-臨近(adjacent)8-臨近m-臨近圖像子圖臨近的定義如果兩個(gè)圖象子集S1和S2中的某些象素是臨近的，則稱S1和S2是臨近的

第27頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置路徑(Path)的定義

一條從具有坐標(biāo)(x,y)的象素p,到具有坐標(biāo)(s,t)的象素q的路徑,是具有坐標(biāo)(x0,y0),(x1,y1),...,(xn,yn)的不同象素的序列.其中(x0,y0)=(x,y),(xn,yn)=(s,t),(xi,yi)臨近于(xi-1,yi-1),1=<i<=n,n是路徑的長(zhǎng)度.可用定義臨近的方法定義4-路徑8-路徑m-路徑第28頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置像素在圖像子集中連通(connected)的定義如果象素p和q是圖象子集S中的元素,如果存在一條完全由S中的象素組成的從p到q的路徑,則稱p和q在S中是連通的圖像子集連通成分(connectedcomponent)的定義對(duì)于S中的任意象素p,S中連接到p的所有象素的集合被稱為S的連通成分

4-連通成分第29頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置連通集合(connectedset):如果S只有一個(gè)連通成分，稱S為連通集合區(qū)域(region)：一個(gè)連通集合稱為圖像的一個(gè)區(qū)域邊界(boundary)：指區(qū)域中所有的有一個(gè)或多個(gè)不屬于當(dāng)前區(qū)域的相鄰像素的像素的集合。

4-連通成分第30頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置像素之間距離函數(shù)的定義

對(duì)于象素p、q和z分別具有坐標(biāo)(x,y)、(s,t)、(u,v),D是距離函數(shù)或稱度量，當(dāng)：(a)D(p,q)>=0(D(p,q)=0僅當(dāng)p=q)---兩點(diǎn)之間距離大于等于0(b)D(p,q)=D(q,p)

---距離與方向無(wú)關(guān)(c)并且D(p,z)<=D(p,q)+D(q,z)

---兩點(diǎn)之間直線距離最短第31頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置歐幾里德距離p和q之間的歐基里德距離定義為 De(p,q)=[(x-s)2+(y-t)2]1/2對(duì)于這個(gè)距離計(jì)算法,具有與(x,y)距離小于等于某個(gè)值r的那些象素是包含在以(x,y)為圓心以r為半徑的圓環(huán)中的那些點(diǎn)第32頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置D4距離城市距離p和q之間的D4距離定義為 D4(p,q)=|x-s|+|y-t|具有與(x,y)距離小于等于某個(gè)值r的那些象素形成一個(gè)菱形,例如與點(diǎn)(x,y)中心點(diǎn)D4距離小于等于2的象素形成下列常數(shù)距離的輪廓具有D4=1的象素是(x,y)的4-鄰域第33頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的像素--位置

D8距離棋盤距離p和q之間的D8距離定義為 D8(p,q)=max(|x-s|,|y-t|);具有D8=1的象素是(x,y)的8-鄰域距離小于r的像素圍城一個(gè)矩形第34頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

清晰度----與清晰度相關(guān)的主要因素

亮度對(duì)比度

主題內(nèi)容的大小細(xì)微層次

顏色飽和度

等第35頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

亮度第36頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

對(duì)比度:是指一幅圖象中灰度反差的大小

第37頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

對(duì)比度:是指一幅圖象中灰度反差的大小

第38頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

對(duì)比度:是指一幅圖象中灰度反差的大小

第39頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量

對(duì)比度第40頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖像的質(zhì)量