圖像處理與應(yīng)用

計(jì)算機(jī)上的圖有兩種描述方法：一.圖形：即矢量圖形或幾何圖形是用一組命令來(lái)描述構(gòu)成畫(huà)面的直線、矩形、圓、圓弧、曲線等的形狀、位置、顏色等各種屬性和參數(shù)4.3圖像處理與應(yīng)用二.圖像：通過(guò)描述畫(huà)面中每一個(gè)像素的亮度或顏色來(lái)表示畫(huà)面，也稱(chēng)為點(diǎn)陣圖像或位圖圖像。圖像/位圖（image）：將從現(xiàn)實(shí)世界獲得的圖像的全部像素信息數(shù)字化。掃描模擬圖像取樣取樣取樣數(shù)字圖像分色量化量化量化從現(xiàn)實(shí)世界中獲得數(shù)字圖像的過(guò)程稱(chēng)為圖像的“獲取”常用的圖像獲取設(shè)備：掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝像頭、攝像機(jī)等圖像獲取過(guò)程：將畫(huà)面劃分為M×N個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格稱(chēng)為一個(gè)取樣點(diǎn)將彩色圖像取樣點(diǎn)的顏色分解成R，G，B三個(gè)基色測(cè)量每個(gè)取樣點(diǎn)的每個(gè)分量（基色）的亮度值對(duì)取樣點(diǎn)每個(gè)分量的亮度值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使用數(shù)字整型量表示

4.3.1圖像的數(shù)字化（數(shù)字圖像的獲取與表示）數(shù)字(取樣)圖像的組成數(shù)字取樣圖像由M(列)×N(行)個(gè)取樣點(diǎn)組成取樣點(diǎn)是組成數(shù)字取樣圖像的基本單位，稱(chēng)為“像素”彩色圖像的像素通常由3個(gè)彩色分量組成灰度圖像和黑白圖像的像素只包含1個(gè)亮度分量Red分量Green分量Blue分量2.圖像的表示與壓縮編碼(2)圖像的表示非指圖像的幾何尺寸；是指圖像水平方向上與垂直方向上所包含的像素個(gè)數(shù)；如320*240；與顯示器分辨率可能不一致。①圖像的分辨率(圖像大小)指彩色圖像所使用的彩色描述方法；也叫顏色模型；如RGB顏色模型。②彩色空間③最大顏色(灰度)數(shù)和圖像顏色深度最大顏色(灰度)數(shù)----圖像中可能出現(xiàn)的不同顏色的最大數(shù)目。圖像顏色深度(像素深度)----指圖像中表示每個(gè)像素的二進(jìn)制位位數(shù)之和。如8位或24位。圖像顏色深度決定最大顏色數(shù)。例1：黑白圖象的表示黑白圖像每個(gè)像素只有一個(gè)分量，且只用1個(gè)二進(jìn)位表示，其取值僅“0”(黑)和“1”(白)兩種例2：灰度圖象的表示灰度圖像每個(gè)像素也只有一個(gè)分量，一般用8～12個(gè)二進(jìn)位表示，其取值范圍是：0～2n-1，可表示2n個(gè)不同的亮度(最大顏色(灰度)數(shù))155156159170150151175176150154159166156158177178147153158162156168180188168175175174177182187183225225219217216218223227225224221220214215222225240233226223219220224229233231229226220220227230178176176176176205216226179178175180177200223231174175178184181189217224208203208196193197216225212210215202192196207218211212212210198194207210224227224214197196213220228231233220202197210217180177187190190220225231182184179188192217239233182185190191194207229235219215218198198205220237211214218202192195212234217214213210194192214238222225226214197200216230228230230225200206212220藍(lán)色分量圖像分辨率：8*8顏色空間：RGB圖像的顏色深度：24

最大顏色數(shù)：224紅色分量綠色分量例3：彩色圖象的表示圖像數(shù)據(jù)量＝圖像寬度×圖像高度×顏色深度/8④圖像數(shù)據(jù)量★指圖像的水平分辨率指圖像的垂直分辨率

一幅分辨率為640×480的真彩色圖像，未壓縮前的數(shù)據(jù)量至少為多少？練習(xí)數(shù)據(jù)量為：640×480×24/8=900KB圖像大小8位(256色)16位(65536色)24位(真彩色)640×480300KB600KB900KB1024×768768KB1.5MB2.25MB1280×10241.25MB2.5MB3.75MB例：數(shù)字圖像傳輸時(shí)間的計(jì)算 假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s（電話上網(wǎng)），則傳輸一幅分辨率為640×480的6.5萬(wàn)種顏色的未壓縮圖像的時(shí)間為：

(640x480x16)/56000=87.8秒幾種常用格式的圖像的數(shù)據(jù)量結(jié)論：多媒體的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大，需要壓縮。為什么需要數(shù)據(jù)壓縮？舉例：某視頻，25幀/秒，每幀像素720*576，真彩色方式存儲(chǔ)。那么，一張600M的光盤(pán)能夠存儲(chǔ)

秒的影視數(shù)據(jù)。204.3.2數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)壓縮600*1024*1024*8/（720×576×24×25)=20.2sec數(shù)據(jù)壓縮是通過(guò)編碼技術(shù)/數(shù)學(xué)運(yùn)算將原來(lái)較大的文件變?yōu)檩^小文件的數(shù)字處理技術(shù)，以降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)占用的存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)壓縮方法概述數(shù)據(jù)壓縮的概念：數(shù)據(jù)解壓縮是把壓縮數(shù)據(jù)還原成原始數(shù)據(jù)或與原始數(shù)據(jù)相近的數(shù)據(jù)的技術(shù)。●無(wú)損壓縮方法特點(diǎn)：能確保解壓縮后的數(shù)據(jù)不失真；一般用于文本數(shù)據(jù)、程序及重要圖片和圖像的壓縮；壓縮比一般為2:1~5:1。典型的無(wú)損壓縮軟件有：WinZip、WinRar等?！裼袚p壓縮方法特點(diǎn)：以犧牲某些信息為代價(jià)，換取較高的壓縮比；一般用于圖像、視頻和音頻數(shù)據(jù)的壓縮；壓縮比高達(dá)幾十到幾百。數(shù)據(jù)壓縮的分類(lèi)：大多數(shù)常用的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，總是上述2類(lèi)方法的混合使用，例如JPEG，MPEG等。數(shù)據(jù)壓縮的評(píng)測(cè)：壓縮率：信息壓縮比實(shí)現(xiàn)壓縮/還原算法的復(fù)雜程度重建圖像的質(zhì)量（對(duì)有損壓縮）：重現(xiàn)精度數(shù)據(jù)壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：JPEG動(dòng)態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：MPEG數(shù)字圖像的常用文件格式不同的圖象文件格式采用了不同的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和數(shù)據(jù)組織方法，有不同的應(yīng)用常用的圖像文件格式有：名稱(chēng)壓縮編碼方法性質(zhì)典型應(yīng)用開(kāi)發(fā)公司(組織)BMPRLE(行程長(zhǎng)度編碼)無(wú)損Windows應(yīng)用程序MicrosoftTIFRLE,LZW(字典編碼)無(wú)損桌面出版，掃描儀Aldus，MicrosoftGIFLZW無(wú)損因特網(wǎng)CompuServeJPEGDCT(離散余弦變換)，Huffman編碼大多為有損因特網(wǎng),數(shù)碼相機(jī)等ISO/IECJP2小波變換，算術(shù)編碼無(wú)損/有損因特網(wǎng),數(shù)碼相機(jī)等ISO/IEC圖像文件格式例1：BMP格式是Windows操作系統(tǒng)下使用的一種標(biāo)準(zhǔn)圖像格式支持單色、16色、256色、真彩色圖像一個(gè)文件一幅圖像，可以進(jìn)行無(wú)損壓縮，也可不壓縮非壓縮的BMP文件是一種通用的圖像文件格式，幾乎所有Windows應(yīng)用軟件都能支持圖像文件格式例2：GIF圖像顏色數(shù)目不超過(guò)256色，適合用作插圖、剪貼畫(huà)等色彩數(shù)要求不高的場(chǎng)合，文件特別小，適合網(wǎng)絡(luò)傳輸GIF圖像格式具有累進(jìn)顯示功能，適合網(wǎng)絡(luò)瀏覽器觀看GIF圖像格式能支持透明背景（JPEG不支持）GIF圖像格式能支持動(dòng)畫(huà)GIF動(dòng)畫(huà)之例透明背景圖像文件格式例3：JPEG圖像JPEG是靜止圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，采用JPEG標(biāo)準(zhǔn)的圖像文件擴(kuò)展名是.jpgJPEG特別適合各種連續(xù)色調(diào)的彩色或灰度圖像，在計(jì)算機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中已得到廣泛應(yīng)用JPEG的最新標(biāo)準(zhǔn)是JPEG2000（圖像文件擴(kuò)展名是.jp2），它采用更先進(jìn)的技術(shù)，可取得更好的效果JPEG2000

JPEG標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，采用更先進(jìn)小波算法，改善壓縮效率（比jpeg提高30%)，更好的圖像質(zhì)量，同時(shí)支持有損和無(wú)損壓縮。標(biāo)準(zhǔn)JPEGJPEG2000TIFFTIFF是一種比較靈活的圖像格式，文件擴(kuò)展名為T(mén)IF或TIFF。該格式支持256色、24位真彩色、32位色、48位色等多種色彩位，同時(shí)支持RGB、CMYK以及YCbCr等多種色彩模式，支持多平臺(tái)。TIFF格式可以制作質(zhì)量非常高的圖像，因而經(jīng)常用于出版印刷。幾乎所有的桌面掃描儀都可以生成TIFF圖像。4.3.3數(shù)字圖象處理：目的：(1)提高圖像的視覺(jué)質(zhì)量(2)恢復(fù)與重建有失真和畸變的圖像(3)圖像分析，包括：圖像的分類(lèi)、識(shí)別和理解等(4)圖像數(shù)據(jù)的變換、編碼和數(shù)據(jù)壓縮(5)圖像的存儲(chǔ)、管理與檢索(6)圖像內(nèi)容與知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)

內(nèi)容：去噪、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征、壓縮、存儲(chǔ)、檢索等1.圖像處理的目的與內(nèi)容2.數(shù)字圖像處理的應(yīng)用(1)圖像通信，包括圖像傳輸、電視電話、電視會(huì)議等。(2)遙感(3)醫(yī)療診斷(4)工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，如產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制等(5)機(jī)器人視覺(jué)(6)軍事、公安、檔案管理等其他方面的應(yīng)用X光圖像CT圖像核磁共振圖像指紋圖像常用的圖像編輯軟件p79

Word和PowerPoint具有基本的圖像編輯功能Windows附件中的“畫(huà)圖”軟件微軟Office工具中的PictureManagerACDSystem公司的ACDSee32Adobe

PhotoShop4.3.4合成圖像及應(yīng)用(1)矢量圖形的組織

矢量圖形表示圖元：▽指一些形狀簡(jiǎn)單的物體，如點(diǎn)、直線、曲線、圓、多邊形、球體、立方體、矢量字體等；▽用一組命令和數(shù)學(xué)公式描述這些圖元，包括它們的形狀、位置、顏色等信息；▽用簡(jiǎn)單的圖元可以構(gòu)成復(fù)雜的圖形。矢量圖形的關(guān)鍵：由計(jì)算機(jī)用命令和數(shù)學(xué)公式來(lái)描述物體。(2)矢量圖形的特點(diǎn)可以任意變化而不損失圖像的質(zhì)量。文件較小高度的可編輯性缺乏真實(shí)感計(jì)算機(jī)圖形(graphics)的制作計(jì)算機(jī)圖形也稱(chēng)為計(jì)算機(jī)合成圖像計(jì)算機(jī)制作圖形的步驟如下：建模/造型(Modeling)景物的模型(model)景物的視圖

繪制(Rendering)(ImageSynthesis)建模:通過(guò)計(jì)算機(jī)和軟件對(duì)景物的結(jié)構(gòu)、形狀與外貌進(jìn)行描述根據(jù)該描述和選定的觀察位置及光線狀況，生成該景物的圖形,稱(chēng)為“繪制”或“圖像合成”景物的2種描述(建模)方法幾何造型技術(shù)規(guī)則形體(如工業(yè)產(chǎn)品)用基本的幾何元素(如點(diǎn)、線、面、體等)及材料的表面性質(zhì)等進(jìn)行描述過(guò)程模型技術(shù)不規(guī)則形體(如自然現(xiàn)象)找出其生成規(guī)律，并使用相應(yīng)的算法來(lái)描述

計(jì)算機(jī)圖形與顯卡(圖形卡)圖形繪制過(guò)程顏色及其亮度都要經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算才能得到，因此繪制過(guò)程的計(jì)算量很大，特別是三維圖形和動(dòng)畫(huà)目前PC機(jī)所配置的圖形卡（顯卡）上安裝了功能很強(qiáng)的專(zhuān)用繪圖處理器，它能承擔(dān)繪制過(guò)程中的大部分計(jì)算任務(wù)S-Video接口DVI接口VGA接口繪圖處理器顯示卡2.計(jì)算機(jī)圖形的應(yīng)用(1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造(CAD／CAM)。(2)利用計(jì)算機(jī)生成各種地形圖、交通圖、天氣圖、海洋圖、石油開(kāi)采圖等。(3)作戰(zhàn)指揮和軍事訓(xùn)練。(4)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)和計(jì)算機(jī)藝術(shù)。(5)其它：電子出版、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)監(jiān)控、輔助教學(xué)、軟件工程等。

圖像與圖形的對(duì)比圖像圖形生成途徑通過(guò)圖像獲取設(shè)備獲得景物的圖像使用矢量繪圖軟件以交互方式制作而成表示方法將景物的映像(投影)離散化，然后使用像素表示