现代通信电源 教学课件 作者 文元美 张树群 林家薇 黄爱华第6章 图像信号数字化.ppt

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1、第6章图像信号数字化6.1图像信号及质量评价6.1.1图像及其表示1、图像函数（6.1）式中，g[]表示由物质能量到记录数值的映射，实际中这种物质能量的记录数值往往用亮度值表示。如果辐射源是单一波段或某一已知的波段范围，成图是在瞬间完成或各像点记录的时间有一定的规律，则上式可简化为(6.2)式中x，y为像平面中的点坐标。图像的数学模型是一个二元函数f(x，y)，在以后讨论中简称图像f(x，y)。它反映了图像上点坐标（x，y）与该点上能量值之间的对应关系。由于f(x，y)的值是能量的记录，故其是非负有界的实数，即0≤f(x，y)≤A（6.3）一幅实际图像的尺寸是有限的，一般定义（x，y）在某

2、一矩形域中，即有(6.4)由于实际的图像可以表示为一个二元函数f(x，y)，因此关于实际图像处理的研究就可以运用数学手段了。2、数字图像的描述为了方便地处理数字图像，根据数字图像的特性将其分成不同的类型。静态图像可分为矢量图和位图。矢量图是用一系列绘图指令来表示一幅图，如画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。位图是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素用若干个二进制位来指定该像素的颜色、亮度和属性。位图的获取通常用扫描仪、摄像机、录像机、激光视盘与视频信号数字化卡一类设备，通过这些设备把模拟的图像信号变成数字图像数据。位图文件占据的存储器空间比较大。影响位图文件大小的因素主要有两个：图像分辨率

3、和像素深度。分辨率越高，就是组成一幅图的像素越多，则图像文件越大；位图有多种表示和描述的模式，但从大的方面来说主要可分为黑白图像、灰度图像和彩色图像。（1）黑白图像。只有黑白两种颜色的图像称为黑白图像或单色图像，是指图像的每个像素只能是黑或白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。一幅640x480像素的黑白图像只需要占据37.5KB的存储空间。（2）灰度图像。在灰度图像中，像素灰度级用8bit表示，所以每个像素都是介于黑色和白色之间的256（28=256）种灰度中的一种。一幅640x480像素、灰度级为256级的灰度图像需要占据300KB的存储空间。（3）彩色图像。彩色图像除有亮度信息外，还

4、包含有颜色信息。彩色图像的表示与所采用的彩色空间，即彩色的表示模型有关。以RGB彩色空间为例，一幅640x480像素的真彩色图像需要900KB的存储空间。6.1.2图像压缩编码系统质量评价表示图像需要大量的数据,为了减少数据量，需要对图像进行压缩编码，随着众多数字图像压缩算法的出现，如何评价图像压缩算法就成为重要的课题。一般说来，评价图像压缩算法的优劣主要有以下4个参数。1、算法的编码效率算法的编码效率通常有几种表现形式：平均码字长度（R），图像的压缩比（rate，r），每秒钟所需的传输比特数（bitspersecond，bps），图像熵与平均码长之比（η），这些表现形式很容易相互转换

5、。下面给出与图像编码效率有关的几个术语。（1）图像熵。设一幅灰度级为N的图像，图像中第k级灰度出现的概率为Pk，图像大小为M×N，每个像素用d比特表示，每两帧图像间隔Δt，则按信息论中信息熵的定义，数字图像的熵H由下式定义：(6.5)由此可见，图像熵H表示各灰度级比特数的统计平均值。（2）平均码字长度。对于一种图像编码方法，设第k级灰度的码字长度为Bk，则该图像的平均码字长度R为(6.6)（3）编码效率。编码效率η一般用下列简单公式表示(6.7)式中，H为信息熵，R为平均码字长，如果R接近H，编码效果为佳，R远大于H，编码效果差。（4）压缩比。压缩比是衡量数据压缩程度的指标之一。压缩比是

6、指编码前后平均码长之比，即(6.8)（5）每秒钟所需的传输比特数bps为（6.9）由于同一压缩算法对不同图像的编码效率会有所不同，因此常需定义一些“标准图像”，如国际上流行的三幅图像Lena、Barbara和Mandrill。一般通过测量不同压缩算法对同一组“标准图像”的编码性能来评价各图像压缩算法的编码效率。2、编码图像的质量对于有失真的压缩算法，应该有一个评价准则，对压缩后的图像质量给予评判。常用的评价准则有两种：一是客观准则，一是主观准则。客观准则是对压缩还原后的图像与原始图像的误差进行定量计算，一般是对整个图像或图像中一个指定的区域进行某种平均计算，以得到均方误差。设一个原始图像为

7、{f(x,y),0≤x≤M-1,0≤y≤N-1},相应的压缩后的还原图像为{},0≤x≤M-1,0≤y≤N-1}，误差图像为{e(x,y)=f(x,y)-},0≤x≤M-1,0≤y≤N-1},那么均方误差（MSE）表示为更常用的是峰值信噪比（PSNR）表示，它用分贝表示压缩图像的定量性能其定义如下：(6.11)(6.10)对压缩图像质量的第二种评价准则是主观准则，它是指由一批观察者对编码图像进行观察并打分，然后综合所有