数字图像处理与分析第2章图像处理基础知识

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1、第2章图像处理基础知识图像和视觉基础视觉基础人眼与亮度视觉颜色视觉成像基础成像模型成像几何采样和量化图像基础像素间联系图像运算图像坐标变换第2章图像处理基础知识2.1图像数字化2.2图像数据结构2.3图像文件格式2.4图像质量评价2.1图像数字化2.1.1图像传感器与数字成像2.1.2数字化原理2.1.1图像传感器与数字成像1.CCD传感器电荷耦合器件（ChargedCoupledDevice），感应可见光的光强扫描仪的图像数字化过程原理图2.1.1图像传感器与数字成像2.CMOS传感器互补性金属氧化物半导体（Complementar

2、yMetal-OxideSemiconductor）2.1.2数字化原理1．数学模型2．采样和量化采样：空间上的离散化量化：灰度上的离散化连续信号（抽样、量化）——数字信号2.1.2数字化原理采样点阵：正方形、正三角2.1.2数字化原理图像矩阵的特点：a）b）数字化抽样：正方形点阵、三角形点阵、正六角形点阵等2.1.2数字化原理3.采样定理一维采样定理：惠特克－卡切尼柯夫－香农2.1.2数字化原理二维采样定理：采样频率大于图像信号最高频率的2倍2.1.2数字化原理2.1.2数字化原理4.采样误差混叠噪声孔径效应：实际采样脉冲不是理想冲

3、击函数，有一定的宽度，会产生失真插入噪声：由采样图像信号恢复到原图像，无理想滤波器（在内频率特性平坦，相位特性成直线)抖动噪声：采样周期为，但发射与接受端存在相位差异，称相位抖动。5.量化均匀量化非均匀量化:a）基于视觉特性：对亮度值急剧变化部分无需过细分层，进行粗量化,对亮度值平缓变化部分需过细分层，进行细量化b）先计算所有可能的亮度值出现的概率分布，对概率分布大的进行细量化,对概率分布小的进行粗量化,非均匀量化可以减少量化误差，又能用较少的比特数实现量化2.1.2数字化原理量化和采样是两个不同的概念，量化是在每个采样点上进行的，所

4、以必须先采样后量化。量化和采样是图像数字化的不可或缺的两个操作，二者紧密相关，同时完成。2.1.2数字化原理6.采样和量化的关系2.1.2数字化原理2.1.2数字化原理2.1.2数字化原理非均匀采样和量化－细节部分，分配较多的采样－灰度突变部分，可用较少的灰度级数2.1.2数字化原理表示灰度级、bright,彩色,连续图像.如X光图像反映人体组织吸收特性，红外图像反映温度辐射特性，CCD反映可见光的特性在图像建模中涉及到保真度(fidelity)：衡量处理方法好坏，清晰否？采样、量化正交序列展开，Fourier变换统计模型：把图像看成

5、一个集合的成员如均值、方差。2.1.2数字化原理2.2图像数据结构2.2.1图像模式2.2.2彩色空间2.2.3图像存储的数据结构2.2.1图像模式1．灰度图像可由黑白照片数字化得到，或从彩色图像进行去色处理得到（256灰度级）2．二值图像灰度图像经过二值化处理后的结果，两个灰度级，只需用1bit表示。2.2.1图像模式3．彩色图像彩色图像的数据不仅包含亮度信息，还要包含颜色信息。彩色的表示方法是多样化的。三基色模型：RGB（Red/Green/Blue，红绿蓝）RGB三基色可以混合成任意颜色。2.2.1图像模式2.2.2彩色空间1)

6、RGB彩色空间：面向硬件设备的彩色模型三基色原理三基色指可以用来调配出其它颜色的红、绿、蓝三种颜色。彩色图像可由红、绿、蓝三基色图像叠加而成。2.2.2彩色空间在RGB彩色空间中，任意彩色光的配色方程式为：2)CMY彩色空间自然界物体颜色光的形成方式将物体划分为两类——发光物体和不发光物体，发光物体称为有源物体，不发光物体称为无源物体。无源物体是不发出光波的物体，其颜色由该物体吸收或反射哪些光波来决定，因此采用CMY三基色相减模型和CMY彩色空间描述。2.2.2彩色空间2.2.2彩色空间油墨和颜料的三基色是CMY（Cyan/Magen

7、ta/Yellow，青/洋红/黄）而不是RGB，CMY三基色的特点是油墨和颜料用的越多，颜色越暗（或越黑），所以将CMY称为三减色，而RGB称为三加色。2.2.2彩色空间3)HSI彩色空间区分颜色常用的3种基本特性量：色调（Hue）、饱和度（Saturation）、强度（Intensity）。色调Hue：与混合光谱中主要光波长相联系饱和度Saturation：与一定色调的纯度有关强度Intensity：与物体的反射率成正比1.一维数组方式:行×列2.多波段图像数据结合结构1）按各个波段存储列行红绿蓝2.2.3图像存储的数据结构2）按扫

8、描行存储红绿蓝…第1行3）按各个像素存储红绿蓝…（1，1）（1，2）2.2.3图像存储的数据结构2.多波段图像数据结合结构2.3图像文件格式2.3.1BMP文件格式2.3.2GIF文件格式2.3.3TIFF文件格式2.3