數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)介紹課件

1、數(shù)字圖像處理第1章 緒論提要1.1 人眼的視覺1.2 圖像數(shù)字化1.3 數(shù)字圖像表達(dá)1.4 數(shù)字圖像質(zhì)量34導(dǎo)論什么是數(shù)字圖像處理?數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing)是一個(gè)迅速發(fā)展的專業(yè)領(lǐng)域。它的主要目的是將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理和加工，以便提取圖像中的信息。5這是什么圖像?6什么是圖像？圖像？卡斯?fàn)柭阂环鶊D像就是指某些事物的表示，并包含關(guān)于目標(biāo)的描述性信息。你會(huì)如何定義？眾所周知的事情正因?yàn)楸娝苤粸槿怂?什么是圖像？圖像的類型圖像以各種不同的形式出現(xiàn):數(shù)學(xué)上連續(xù)的、離散的是一種二維函數(shù) f(x,y), 其中 x,y是空間(平面)

2、 坐標(biāo),幅度f 稱為亮度或灰度物理上:某種物質(zhì)或能量的分布可見的、不可見的8什么是數(shù)字圖像處理處理連續(xù)的、離散的數(shù)字圖像一個(gè)2D數(shù)字化采樣值的方形陣列，只有數(shù)字圖像才能用計(jì)算機(jī)處理以相等間隔采樣的方形格柵模式 (光柵以等幅度間隔量化9為什么要數(shù)字圖像處理 ？應(yīng)用需求圖像是人們獲取和交換信息的主要來源，因此數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及人類生活和工作的方方面面。技術(shù)進(jìn)步計(jì)算機(jī):不斷增長(zhǎng)的性能和不斷降低的價(jià)格圖像數(shù)字化與顯示設(shè)備的不斷出現(xiàn) 數(shù)字相機(jī), 掃描儀, 視頻捕獲設(shè)備, CRT, LCD, 打印機(jī), 10為什么要數(shù)字圖像處理？具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)圖像數(shù)字化，以便于圖像的傳輸、打印和存儲(chǔ)圖像的增強(qiáng)和

3、復(fù)原，改善圖像質(zhì)量圖像的分割和描述，獲得圖像的信息大量圖像的高速處理三維及更高維圖像數(shù)據(jù)的測(cè)量和顯示（如遙感圖像和各種內(nèi)臟器官及血管形狀的測(cè)量與顯示）2022/7/17為什么要數(shù)字圖像處理歷史the 1950s: NASA, ICthe 1960s: 大型主機(jī), CCD 相機(jī)the 1970s: CT (Computerized Tomography), LSIthe 1980s: PC, VLSI, 計(jì)算機(jī)視覺(Computer Vision)the 1990s: 一系列圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)1112應(yīng)用舉例醫(yī)學(xué)和生物學(xué)成像: CT, B超,磁共振工業(yè): 機(jī)器視覺, 自動(dòng)控制, 空間: 航空, 導(dǎo)

4、航, 遙感 (森林, 環(huán)境,資源), 監(jiān)控:視頻監(jiān)控, 牌照識(shí)別, 人臉識(shí)別,軍事:偵察,導(dǎo)航,聲納成像, 藝術(shù) 2022/7/17成像的能量源電磁能量譜: Gamma-射線, X-射線, 紫外,可見光, 紅外, 微波, 無線電波；CT, MRI, EIT, PET聲波與超聲波: B超, 聲納電子: 電子顯微鏡計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1314Gamma射線成像PET(positron emission tomography): 正電子射線層析術(shù)Cygnus:天鵝座15X射線成像Aortic angiogram:大動(dòng)脈血管造影Anatomical:解剖的, 解剖學(xué)的1516顯微成像Taxol 紅豆杉醇cho

5、lesterol膽固醇Nickel oxide鎳氧化物organic superconducting 有機(jī)超導(dǎo)17多頻譜成像18光學(xué)成像Intraocular implant:眼內(nèi)植入19光學(xué)成像20紅外成像21磁共振成像，MRI22超聲波成像Thyroid:甲狀腺, 甲狀軟骨23計(jì)算機(jī)圖形學(xué)Fractal:分維24圖像處理系統(tǒng)的基本步驟2022/7/17一個(gè)典型的通用圖像處理系統(tǒng) 輸入Input 存儲(chǔ)Storage 處理器Processor 輸出Output25廣義圖像非光學(xué)圖像高維圖像 (包括多頻譜圖像)非標(biāo)準(zhǔn)采樣的圖像非標(biāo)準(zhǔn)量化的圖像圖像處理 與 圖像分析圖像處理是指為了能更好地觀察圖像

6、或其他目的而產(chǎn)生一個(gè)修改了的圖像圖像分析把圖像轉(zhuǎn)換成某種非圖像的形式，諸如目標(biāo)的數(shù)量、類型、尺寸等計(jì)算機(jī)圖形學(xué): 關(guān)于用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生圖像的學(xué)科計(jì)算機(jī)視覺:對(duì)景物進(jìn)行解釋2022/7/17某些相關(guān)術(shù)語2627如何學(xué)習(xí)？閱讀教科書參考文獻(xiàn)討論課堂、小組實(shí)驗(yàn)C, C+, Java自己動(dòng)手！參考書Gonzalez RC and Woods RE. Digital Image Processing, 2ed. 北京, 電子工業(yè)出版社. 2002K.R.Castleman，Digital Image Processing，清華大學(xué)出版社 何東健，數(shù)字圖像處理，西安電子科技大學(xué)陳桂明,張明照,戚紅雨編.應(yīng)用M

7、ATLAB語言處理數(shù)字信號(hào)與數(shù)字圖像.北京, 科學(xué)出版社.200028第2章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)2022/7/172.1 人眼的視覺為什么要討論人類視覺系統(tǒng) (Human Vision System, HVS) ？圖像的信息來源于觀察。數(shù)字圖像處理的目的在于提供與觀察者的視覺能力相匹配的圖像輸出，以便于觀察者理解和解釋圖像的內(nèi)容，提取圖像信息。人們從外界所獲取的信息中有80%是通過視覺獲得的。通過HVS，人們能感知外界物體的大小、形狀、顏色、明暗、動(dòng)靜和遠(yuǎn)近等。數(shù)字圖像處理是從模擬人類的視覺開始的。盡管數(shù)字圖像處理系統(tǒng)已可以完成相當(dāng)多的工作，但其性能比起HVS來說還差得很遠(yuǎn)。理解人類視覺特性，有

8、助于開發(fā)模擬人眼視覺過程的模型，并對(duì)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用。302022/7/17視覺生理和視覺心理通過人眼所形成的圖像包括物理范疇的像和心理范疇的像：即來自外界物體的光線，通過人眼的折光系統(tǒng)在視網(wǎng)膜上所形成的物象，它與外界物體通過照相機(jī)中的透鏡組在底片上成像并無原則上的區(qū)別；而來自視網(wǎng)膜的神經(jīng)信息，則通過人腦的神經(jīng)信息處理在視覺中樞內(nèi)形成主觀意識(shí)上的映像。以下分別從視覺生理和心理兩個(gè)方面來討論人眼的視覺特性。312022/7/17人眼視覺系統(tǒng)（視覺生理）左圖是人的右眼水平切面結(jié)構(gòu)圖。眼內(nèi)與產(chǎn)生視覺直接有關(guān)的結(jié)構(gòu)是眼睛的折光系統(tǒng)和感光系統(tǒng)。折光系統(tǒng)由角膜、房水、晶狀體和玻璃體組成

9、。視網(wǎng)膜含有對(duì)光刺激高度敏感的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，能將外界光刺激所包含的視覺信息轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并在視網(wǎng)膜內(nèi)進(jìn)行編碼、加工，再由視神經(jīng)傳向視覺中樞作進(jìn)一步分析，最后形成視覺。322022/7/17亮度與顏色視覺視桿細(xì)胞(Rod Cell)在光線較暗時(shí)活動(dòng)，有較高的光敏度，但不能作精細(xì)的空間分辨，且不參與色覺。在較明亮的環(huán)境中以視錐細(xì)胞(Cone Cell)為主，它能提供色覺以及精細(xì)視覺。（亮視覺和暗視覺）顏色視覺是指對(duì)不同顏色的識(shí)別，即不同波長(zhǎng)的光線作用于視網(wǎng)膜后在人腦引起不同的主觀映像。正常視網(wǎng)膜可分辨波長(zhǎng)380-760nm之間的上百種不同的顏色，每種顏色都與一定波長(zhǎng)的光線相對(duì)應(yīng)。視網(wǎng)膜中并不

10、存在上百種對(duì)不同波長(zhǎng)起反應(yīng)的視錐細(xì)胞。早在19世紀(jì)初期，Young和Helmholtz就提出了三原色理論。該理論認(rèn)為在視網(wǎng)膜上分布著三種不同的視錐細(xì)胞，分別含有對(duì)紅、綠、藍(lán)三種光敏感的視色素。當(dāng)某一波長(zhǎng)的光線作用于視網(wǎng)膜時(shí)，可以一定的比例使三種視錐細(xì)胞分別產(chǎn)生不同程度的興奮，這樣的信息傳至中樞，就產(chǎn)生某一種顏色的感受。332022/7/17亮度與顏色視覺近年來，通過實(shí)驗(yàn)確定，在視網(wǎng)膜中存在三種基本類型的視錐細(xì)胞。這些視錐細(xì)胞具有不同的吸收特征，該特征是波長(zhǎng)的函數(shù)，在光譜的紅、綠和藍(lán)區(qū)域具有峰值吸收。存在三種視錐細(xì)胞，這為彩色視覺的三原色理論提供了生理機(jī)能的基礎(chǔ)。當(dāng)光刺激激活一個(gè)視桿細(xì)胞或視錐細(xì)

11、胞，就發(fā)生一個(gè)感光換能反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)神經(jīng)脈沖。神經(jīng)脈沖通過視覺系統(tǒng)傳播的方式至今還不是十分清楚。知道的是視神經(jīng)束包含800000量級(jí)的神經(jīng)纖維。三種錐狀細(xì)胞的相對(duì)視敏函數(shù)曲線相對(duì)視敏函數(shù)曲線342022/7/17視覺心理視覺心理是指外界視覺刺激帶來的感覺、知覺、認(rèn)知等人內(nèi)心的各種情感形式。外界的各種事情經(jīng)由視覺系統(tǒng)接受后，其反應(yīng)在很多情形下與外界的物理特性不一定相同。對(duì)于圖像、風(fēng)景的主觀視覺反應(yīng)，由于經(jīng)過高層次復(fù)雜反應(yīng)的合成，因而變得非常復(fù)雜。以下介紹幾種效應(yīng)或效果。35主觀亮度2022/7/17Scotopic: 暗視的，rods視桿細(xì)胞； Photopic:明視覺的, cones視錐細(xì)胞3

12、6亮度辨別力2022/7/17韋伯比（Web ratio）B/B: 大約為 2%，但在暗和亮的區(qū)域該值升高。調(diào)節(jié)B的大小，使B+B剛好能被察覺與B有所不同372022/7/17馬赫效應(yīng)在亮度突變處，視覺的主觀感受出現(xiàn)虛幻的亮或暗的條紋。因Mach效應(yīng)而對(duì)人眼所見景物有增強(qiáng)其輪廓的作用。382022/7/1739Digital Image Processing Chapter2: Digital Image Display and Visual Perception記錄神經(jīng)纖維接受器A信號(hào).單獨(dú)照射A引起較大的響應(yīng).對(duì)B附近的3個(gè)接受器加照射引起A上的響應(yīng)減少.增加對(duì)B的照射進(jìn)一步降低A的響應(yīng).

13、因此對(duì)鄰近接受器的照射抑制了接受器A的光刺激.這種抑制稱為側(cè)抑制，因?yàn)槭窃竭^視網(wǎng)膜，以側(cè)抑制的神經(jīng)叢結(jié)構(gòu)由側(cè)面?zhèn)魉偷?40側(cè)抑制與側(cè)激勵(lì)2022/7/17側(cè)抑制與側(cè)激勵(lì)412022/7/17臨界閃爍融合頻率CFF(Critical Flicker Fusion Frequency)對(duì)于閃爍的光源，當(dāng)閃爍頻率增大到某一數(shù)值的時(shí)候，就能感覺到它是連續(xù)光源，這種現(xiàn)象叫閃爍融合，這時(shí)的頻率叫閃爍融合頻率（簡(jiǎn)稱閃頻值）。由于幀率大于CFF，運(yùn)動(dòng)圖像看起來就是連續(xù)的討論:TV(PAL, NTSC), HDTV、電影等的幀率?人眼視覺暫留效應(yīng)（0.05-0.2秒 ） 422022/7/17同心圓錯(cuò)覺4320

14、22/7/17Jastrow 錯(cuò)覺442022/7/17Muler-Lyer 錯(cuò)覺452022/7/17462022/7/17對(duì)比效應(yīng)，一方使另一方向自己相反性質(zhì)或程度方向變化的效果。誘導(dǎo)效應(yīng)，有多個(gè)對(duì)象時(shí)，一方對(duì)另一方、量多者對(duì)量少者（或者相反）施加影響而產(chǎn)生的知覺。在圖像顯示中如何利用？也可以考慮作為補(bǔ)充或強(qiáng)調(diào)等特殊手段來使用。472022/7/17同時(shí)對(duì)比相同亮度的目標(biāo)物（方塊）放在不同亮度的背景上，給人眼的亮度感覺是不同的。這種效應(yīng)是由背景的不同引起的。在照明光源中的應(yīng)用？白平衡？482022/7/17同時(shí)對(duì)比色度同時(shí)對(duì)比效應(yīng)49視覺暫留現(xiàn)象 1.注視右圖中心紅點(diǎn)15秒-30秒鐘!(不

15、要看整個(gè)圖片,而是只看那中間的紅點(diǎn))2.然后朝自己身邊的墻壁看(白色的墻或白色的背景)3.看的同時(shí)快速眨幾下眼睛，看看您能看到什么？2022/7/1750視覺暫留現(xiàn)象 2022/7/1751顏色恒常性在視覺心理學(xué)上是指人眼普通存在的一種知覺常性，即不因外界環(huán)境變換而保存對(duì)客觀色彩知覺不變的一種心理傾向。從計(jì)算機(jī)視覺的角度來說就是消除光照的影響，得到場(chǎng)景的本質(zhì)色彩。2022/7/1752顏色恒常性2022/7/17532022/7/17HVS模型波長(zhǎng)敏感接收器的輸出饋入到一種代表人眼光學(xué)部分的低通線性系統(tǒng)H1，后面跟隨著一個(gè)表示視桿或視錐細(xì)胞的非線性強(qiáng)度響應(yīng)的一個(gè)單調(diào)非線性系統(tǒng)，接著橫向抑制過程

16、通過一個(gè)具有帶通響應(yīng)的線性系統(tǒng)H2來描述，而人眼神經(jīng)暫存響應(yīng)限制引起的延遲和滯后則由一個(gè)線性時(shí)間傳遞函數(shù)H3來模型化。541.2 圖像獲取 根據(jù)成像原理和方法的不同，可分成數(shù)字圖像（例如數(shù)碼照片、CT圖像）和模擬圖像（例如TV圖像和X光片）；本節(jié)主要討論模擬圖像輸入到計(jì)算機(jī)中的圖像獲取技術(shù)。圖像獲取裝置按其有無機(jī)械掃描、有無透鏡和濾色鏡等光學(xué)系統(tǒng)、攝像器件種類等要素進(jìn)行組合，有多種方式。常用的圖像獲取方式有利用掃描儀和利用攝像機(jī)的兩種。 2022/7/17掃描儀 掃描儀就是能夠把照片、圖畫以及寫在紙上的原稿等二維圖像分解成一維像素串，并將像素的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。每個(gè)像素由光信號(hào)變換為電

17、信號(hào)的過程稱為光電變換。傳真機(jī)和電子式復(fù)印機(jī)的輸入，與圖形掃描儀同樣，都利用掃描和光電變換。掃描在歷史上有過各種各樣的方法，大體上可分為機(jī)械式和電子式兩類。機(jī)械式的一個(gè)實(shí)用化例子是下圖所示的平臺(tái)掃描方式和圓筒掃描方式。2022/7/17 相機(jī) 相機(jī)是目前應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用范圍最廣的圖像獲取手段。相機(jī)的主要成像器件有CCD和CMOS兩種圖像傳感器?；境上襁^程都包括光電轉(zhuǎn)換、電荷收集、信號(hào)轉(zhuǎn)換與輸出等步驟?，F(xiàn)在的數(shù)碼相機(jī)通常都可拍攝靜止圖片和運(yùn)動(dòng)視頻。集成有成像芯片和DSP板卡的數(shù)碼相機(jī)和攝影機(jī)能夠直接輸出數(shù)字信號(hào)，只要選用合適（計(jì)算機(jī)支持）的數(shù)字接口（例如網(wǎng)絡(luò)、USB、IEEE1394等），就可以

18、輸入到計(jì)算機(jī)中。在某些需要實(shí)時(shí)完成高速、大數(shù)據(jù)量的視頻圖像采集的應(yīng)用中，往往需要借助視頻/圖像采集卡將攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中。基于相機(jī)和采集卡的方式，不像掃描儀中有固定的照明，攝取對(duì)象大多是實(shí)際景物，光照條件易發(fā)生變化。2022/7/17 582.2 圖像數(shù)字化一個(gè)量化采樣值的 2D方形陣列什么是數(shù)字化 ?如何數(shù)字化 ?性能與指標(biāo)數(shù)字化以及其組成59什么是數(shù)字化 ?把圖像從其原來的形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式什么是圖像的數(shù)字形式 ?6061圖像的數(shù)字形式: 0-D562圖像的數(shù)字形式 : 1-D5 6 6 6 6 5 4 4 3 2 163圖像的數(shù)字形式 : 2-D5 6 6 6 6 5 4

19、 4 3 2 1 5 6 6 6 6 5 4 4 3 2 1 5 6 6 6 6 5 4 4 3 2 1 5 6 6 6 6 5 4 4 3 2 1f(1,5) = 6Raster scanning光柵掃描64如何數(shù)字化 ?65如何數(shù)字化？假設(shè)模擬圖像f(x,y)的f表示灰度，其數(shù)值稱作灰度值。采樣：是從連續(xù)空間(x,y)中獲取灰度值f的樣本的操作。量化：將樣本的灰度由實(shí)數(shù)向整數(shù)進(jìn)行變換表達(dá)的操作（模數(shù)轉(zhuǎn)換）掃描：實(shí)際進(jìn)行采樣、量化的順序和方法。（圖像內(nèi)像素位置的尋址）66采樣采樣格子間隔越小，圖像就越清晰；縮小采樣間隔，圖像尺寸在變大的同時(shí)數(shù)據(jù)量也將迅速增加。67采樣定理模擬信號(hào)f(x)不含

20、有比max更高的頻率成分時(shí)，與x相關(guān)的間隔為（1/(2max)）的f(x)樣本值序列可以完全決定f(x)。2022/7/17關(guān)于采樣的進(jìn)一步討論采樣函數(shù) x=mx, y=ny (m, n =0, 1, 2, )采樣函數(shù)定義：682022/7/17關(guān)于采樣的進(jìn)一步討論設(shè) f(x,y)原圖像； fs(x,y)采樣后圖像則： fs(x,y) f(x,y) s(x,y)分別作傅立葉變換，令： f(x,y) F(u,v)；s(x,y) S(u,v)； fs(x,y) Fs(u,v)有： Fs(u,v) = F(u,v) * S(u,v)692022/7/17關(guān)于采樣的進(jìn)一步討論根據(jù)卷積定理，及 u =

21、1/x； v = 1/y有：說明：采樣圖像的頻譜是原始連續(xù)圖像頻譜在空間域上的無限重復(fù)，周期為： 1/x（u方向）， 1/y （v方向）702022/7/17關(guān)于采樣的進(jìn)一步討論設(shè)原始圖像是有限帶寬的，即：適當(dāng)選取x，y ，可Fs(u,v)相鄰周期頻譜互不重疊.7172采樣圖像失真圖像失真當(dāng)采樣間隔大于奈奎斯特間隔（x（1/(2max)）時(shí)，由于比1/2采樣頻率高的頻率成分折返混入低頻域，所以稱作折疊噪聲(folding noise)。由于在與原本存在的頻率不同的頻率中混疊產(chǎn)生該信號(hào)(alias)，該現(xiàn)象稱為圖像失真或混疊現(xiàn)象。對(duì)于具有周期性構(gòu)造的圖像，在用與該周期性構(gòu)造具有一定幾何關(guān)系的采樣

22、格子進(jìn)行采樣時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生波紋圖案(moire pattern,moire fringes)。如圖所示的圖例中，可以看到原本圖像中不存在的墻壁面的周期性條紋。波紋圖案73量化74量化誤差量化誤差：原灰度與量化灰度級(jí)之間的差。由于在灰度由實(shí)數(shù)向整數(shù)進(jìn)行變換操作中會(huì)產(chǎn)生舍入誤差，所以得出與原灰度值有出入的數(shù)值。改變量化級(jí)數(shù)的效果在模擬圖像上灰度變化平滑處，如果量化級(jí)數(shù)不充分，相鄰灰度級(jí)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的量化誤差將增大，這兩個(gè)相鄰區(qū)域的界線就可能呈現(xiàn)在圖像上。該界線原本是不存在于原圖像中，因此稱它為虛輪廓或虛邊緣。75改變量化級(jí)數(shù)的效果虛（偽）輪廓76量化誤差量化對(duì)象的灰度范圍（dynamic range,

23、動(dòng)態(tài)量程）確定的條件下，隨著量化級(jí)數(shù)增加，量化級(jí)間隔變小，使得量化誤差減小。如何決定量化級(jí)數(shù)？定量分析伴隨量化誤差而產(chǎn)生的信噪比（S/N）。設(shè)信號(hào)功率的峰-峰值為Sp-p、噪聲功率的均方根值（RMS）為Nrms。不失一般性，假設(shè)動(dòng)態(tài)量程是在將圖像進(jìn)行均等分級(jí)量化時(shí)產(chǎn)生的。將灰度設(shè)為f，一個(gè)量化級(jí)的幅度為q。如果假定q中的量化誤差是一致的，則分級(jí)量化噪聲功率Nq為77如何決定量化級(jí)數(shù)？因?yàn)榉旨?jí)量化噪聲的平均值為0，所以Nq就是量化噪聲的方差。同樣，Nrms為量化噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差，所以可表示為：另一方面，比特量化級(jí)數(shù)為n，灰度級(jí)數(shù)設(shè)為Q，則有因此，S/N為據(jù)此，為使得S/N在s以上對(duì)圖像進(jìn)行量化時(shí)，至

24、少要達(dá)到滿足以下要求的量化級(jí)數(shù)2022/7/17掃描采樣、量化只是一個(gè)概念性流程，實(shí)際進(jìn)行的采樣、量化順序和方法，根據(jù)圖像輸入儀器結(jié)構(gòu)和方式的不同也有所不同。順序移動(dòng)讀取圖像上的點(diǎn)一般稱作掃描。掃描是將二維或三維表達(dá)的拍攝對(duì)象的灰度變換為一維時(shí)間信號(hào)的過程。由于聲音原本是一維時(shí)間信號(hào)，所以在數(shù)字化中不存在掃描的概念，即掃描是圖像數(shù)字化所特有的。掃描不僅用在圖像數(shù)字化上，電視攝像機(jī)等的模擬圖像攝像系統(tǒng)向一維時(shí)間信號(hào)的變換需要掃描。相反，由一維時(shí)間信號(hào)再生圖像，顯示在平面CRT顯示器和液晶顯示器上也要進(jìn)行掃描。782022/7/17掃描光柵掃描逐行掃描隔行掃描792022/7/17掃描標(biāo)準(zhǔn)(EIA

25、) RS-170美國(guó)單色廣播電視標(biāo)準(zhǔn)30 frames/s525 lines/frame2 fields/frame50 us/line225 cycles/line225/50=4.5 MHz Bandwidth24.5=9 MHz Sampling frequency(EIA) RS-170A(NTSC)與 RS-170略有差異的彩色電視標(biāo)準(zhǔn)CCIR,PAL 歐洲與中國(guó)等的單色及彩色模擬電視標(biāo)準(zhǔn)25frames/s, 625lines/frameframe:幀 field:場(chǎng)PAL= Phase Alternating Line(逐行倒相制式)NTSC=National Televisio

26、n System Committee(全國(guó)電視系統(tǒng)委員會(huì)美)EIA: Electronic Industries Association8081數(shù)字化前后圖像2022/7/172.3 圖像數(shù)字表達(dá)數(shù)字圖像L(i,j)中像素為二維排列，其坐標(biāo)系和像素標(biāo)號(hào)使用了多種形式:處理光柵型數(shù)字圖像時(shí)，經(jīng)常使用以左上角為原點(diǎn)的坐標(biāo)系(a),(b)，處理向量型數(shù)字圖像時(shí)，經(jīng)常使用以左下角為原點(diǎn)的坐標(biāo)系(c),(d) 。2022/7/17常用的直角坐標(biāo)系2022/7/17MATLAB編程常用的坐標(biāo)系In matlab:Row12.MCol 1 2 . . . N在這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)中，圖像被看作離散單元，在像素坐標(biāo)與

27、Matlab中表示矩陣的下標(biāo)之間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系. 這種對(duì)應(yīng)關(guān)系使得圖像數(shù)據(jù)矩陣與圖像顯示方式之間的關(guān)系非常易于理解。2022/7/17圖像數(shù)字表達(dá)20018010080200180100402001005030180703010對(duì)于一個(gè) 3232圖像,8bit灰度圖像有多少灰度級(jí)?總數(shù)據(jù)量是多少?對(duì)于這類圖像共可表示多少幅不同的圖像?如果這是一個(gè)RGB彩色圖像, 8bit3，那么共有多少種色彩?圖像數(shù)據(jù)量又是多少?2022/7/17彩色圖像、多通道圖像和三維圖像 由于彩色圖像具有相當(dāng)于三原色的三個(gè)通道，所以稱為三通道圖像。單色圖像稱為單通道圖像。 各通道以k表示時(shí)，多通道圖像可以表示為L(zhǎng)k(i

28、,j)。假設(shè)k=1,2,K時(shí)，各像素的灰度水平可以記為向量L=L1,L2,LKLK表示通道k的灰度水平。這時(shí)向量L是指向K維空間的某一點(diǎn)。在這個(gè)意義上，多通道圖像也可稱為多維圖像。2022/7/17彩色圖像、多通道圖像和三維圖像多通道圖像在計(jì)算機(jī)中的表達(dá)（存儲(chǔ)）方式，按通道排列順序不同，有CIP(Channel Interleaved by Pixel)，CIL(Channel Interleaved by Line)，CSQ(Channel Sequential)三種格式。如圖1-14所示，當(dāng)M（行）x N（列）x K（通道）的圖像采用圖1-13(a)坐標(biāo)系時(shí)，其在這三種格式中的像素排列方式

29、。如果能夠?qū)⑷繄D像數(shù)據(jù)放在內(nèi)存或緩存中進(jìn)行處理時(shí)，上述三種排列方式?jīng)]有區(qū)別。但是，由于內(nèi)存有限，依次在內(nèi)存中讀取必要的部分圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式的不同其訪問速度大不相同，即按像素單位對(duì)各通道的灰度水平進(jìn)行操作時(shí)，采用CIP格式較好；但在按各通道單位訪問時(shí)，采用CSQ格式較好；CIL格式則居于兩者之間。2022/7/17彩色圖像、多通道圖像和三維圖像2022/7/172.4 像素間的一些基本關(guān)系像素的鄰域鄰接,連通性,區(qū)域,邊界距離測(cè)量2022/7/17鄰域4-鄰域: 四個(gè)水平和垂直像素8-鄰域: 4-鄰域+4 對(duì)角像素0 1 01 p 10 1 01 1 11 p 11 1 1

30、2022/7/17鄰接8-鄰接的模糊性!m: mixed混合的2022/7/17距離測(cè)量D(p,q)=0 (D(p,q)=0 if p=q)D(p,q)=D(q,p), andD(p,q)=D(p,z)+D(q,z)D4 距離:D8 距離:歐氏距離:22 1 22 1 0 1 22 1 222 2 2 2 22 1 1 1 22 1 0 1 22 1 1 1 22 2 2 2 2212 1 0 1 212對(duì)于像素p, q, z, 以及其坐標(biāo) (x,y), (s,t), 和 (u,v), D 就是一個(gè)距離函數(shù)或測(cè)度，如果2022/7/172.5 數(shù)字圖像質(zhì)量灰度分布特性對(duì)比度噪聲分辨率銳化度（自

31、學(xué)補(bǔ)充講義）調(diào)制傳遞函數(shù)（自學(xué)補(bǔ)充講義）2022/7/17灰度分布特性圖像的明暗變化情況稱作灰度等級(jí)或色調(diào)，灰度等級(jí)的具體表現(xiàn)一般稱作灰度分布特性?；叶确植继匦缘暮脡?，取決于中間色調(diào)的數(shù)量以及如何使用這些中間色調(diào)。如果中間色調(diào)數(shù)量少，圖像質(zhì)量將會(huì)明顯降低?；叶戎狈綀D反映了圖像灰度級(jí)的最小值、最大值、平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差等各灰度分布參數(shù)，因此可以用作評(píng)價(jià)灰度分布特性的指標(biāo)。2022/7/17灰度分布特性不同的圖像2022/7/17對(duì)比度圖像的明暗差別稱作對(duì)比度。如何定義圖像的明暗程度依賴于圖像媒介。在自身不發(fā)光的情況下（稱為反射型圖像），使用數(shù)字圖像中的灰度最大值Lmax和最小值Lmin來定義對(duì)比度

32、C2022/7/17對(duì)比度計(jì)算例%Contrast = (255-105)/(255+105) = 41.6%2551052022/7/17噪聲是原本并不存在于輸入或輸出之前的圖像灰度中，也不存在于拍攝對(duì)象的亮度等原始信號(hào)中的信號(hào)。噪聲一般分為隨機(jī)噪聲和系統(tǒng)噪聲。作為與噪聲相關(guān)的圖像質(zhì)量指標(biāo)，經(jīng)常使用信噪比（SNR）。信噪比指的是信號(hào)S和噪聲N之間的比，以S/N的形式表示。用分貝（dB）單位表示時(shí)，S和N使用振幅的平方所表示的量（能量）。(下標(biāo)p表示功率，下標(biāo)v表示幅度)2022/7/17關(guān)于信噪比計(jì)算從數(shù)字圖像灰度的角度出發(fā)，關(guān)注信噪比時(shí)，不用分貝單位而用無單位S/N計(jì)算得出信噪比將會(huì)更容易理解。但是，涉及感性的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，建議使用分貝單位的S/N。這時(shí)因?yàn)槿烁杏X到的亮度以及聲音的大小或音質(zhì)等感覺量與所給予的刺激量的對(duì)數(shù)大體上成正比。2022/7/17關(guān)于信噪比計(jì)算信號(hào)S和噪聲N的定義，根據(jù)信號(hào)的認(rèn)知方式和噪聲的性質(zhì)等，有不同的方