數(shù)字圖像的基本知識(shí)課件

第2章數(shù)字圖像的基本知識(shí)

本章介紹數(shù)字圖像的描述方法。討論內(nèi)容如下：2.1彩色計(jì)色體系2.2位圖圖像的組成2.3VC++下位圖文件數(shù)據(jù)的讀取與顯示2.4灰度直方圖位圖文件的讀取與顯示是圖像處理和分析的最基本操作，必須熟練掌握。直方圖是評(píng)價(jià)、處理和分析圖像效果的有力工具；是本章的重點(diǎn)之一。

2.1彩色計(jì)色體系2.1.1像素將一幅摸擬圖象劃分為很多逐行逐列排列的點(diǎn)，每一點(diǎn)稱為一個(gè)像素。像素是組成圖像的最小單位。對(duì)于一幅彩色圖象，每個(gè)像素需要用3個(gè)量來(lái)描述。（1）用RGB三基色描述像素R——紅色分量，G——綠色分量，B——藍(lán)色分量R、G、B按不同的比例混合，可得到不同的顏色。例：24位真彩色圖像，每個(gè)分量用一個(gè)字節(jié)表示，值范圍為0~255。能表達(dá)的顏色數(shù)目為2563=16777216種，足以描述自然界中的絕大部分顏色。目前，.BMP文件大部分都是這種格式。2.1.2計(jì)色體系（2）用YUV分量描述像素Y——亮度分量，U——藍(lán)差分量，V——紅差分量已知RGB，可求出YUV：Y=0.30R+0.59G+0.11BU=B－Y=－0.30R－0.59G+0.89BV=R－Y=0.7R－0.59G－0.11B矩陣形式：亮度分量代表像素的明暗程度，對(duì)于圖像的清晰度起決定性作用。由于U、V分量是三基色分量中扣除色度信號(hào)的結(jié)果，因此不包括亮度成分。

U、V分量代表像素的顏色，根據(jù)“大面積著色原理”，對(duì)圖像的清晰度影響不大。例：純紅色像素，三基色值為R=255，G=0，B=0。分別用YUV和YSC計(jì)色制表示該像素。Y=0.3×255+0.59×0+0.11×0=76.5≈77U=B－Y=0－77=－77V=R－Y=255－77=178S=[(-77)2+(178)2]0.5=193.9C=arctg(－178/77)=arctg(－2.31)=113°UVC=113°S=193.90－771788種標(biāo)準(zhǔn)顏色的YSC值如下表：名稱白紅綠藍(lán)黃青品黑R,G,B1,1,11,0,00,1,00,0,11,1,00,1,11,0,10,0,0Y1.00.30.590.110.890.70.410S00.760.830.90.90.760.830C無(wú)意義113°－135°－6°173°293°45°無(wú)意義UV紅113°將標(biāo)準(zhǔn)顏色畫在U-V坐標(biāo)系中，稱為彩色矢量圖。青293°品45°綠225°藍(lán)354°黃173°例：有一像素，三基色值為R=100，G=50，B=200。試判斷該像素的顏色。Y=0.3×100+0.59×50+0.11×200=81.5（較暗）U=B－Y=50－81.5=－31.5V=R－Y=100－81.5=19.5S=[(－31.5)2+(19.5)2]0.5=37(顏色深淺中等）C=arctg(－19.5/31.5)=arctg(－0.62)=32°（紫偏藍(lán)）若知一個(gè)像素的三基色值，由彩色矢量圖，很容易判斷該像素的顏色。R=100，G=50，B=200UV紅113°青293°品45°綠225°藍(lán)354°黃173°BMP文件由4部分組成：文件頭、信息頭、彩色表（調(diào)色板）、位圖點(diǎn)陣2.2.2BMP文件的結(jié)構(gòu)文件頭信息頭彩色表位圖點(diǎn)陣（1）文件頭，共14字節(jié)。在VC中用一個(gè)結(jié)構(gòu)類型描述：tydefsturct{WORDbfType;//.BMP文件的標(biāo)志,必須為“BM”的ASC碼DWORDbfSize;//.BMP文件的大?。ㄒ宰止?jié)為單位）WORDbfReserved1;//保留，必須為0X0000WORDbfReserved2;//保留，必須為0X0000DWORDbfOffBits;//從文件開頭到位圖數(shù)據(jù)開始的字節(jié)數(shù)}BITMAP;文件頭信息頭彩色表位圖點(diǎn)陣（2）信息頭，共40個(gè)字節(jié)。在VC中用一個(gè)結(jié)構(gòu)類型描述：tydefsturct{DWORDbiSize；//本信息頭占用的字節(jié)數(shù):0x28LONGbiWidth；//圖像的寬度（以像素點(diǎn)為單位）LONGbiHeight；//圖像的高度（以像素點(diǎn)為單位）WORDbiPlanes；//彩色表。24位.BMP文件為0x1，無(wú)彩色表WORDbiBitCount；//一個(gè)像素點(diǎn)數(shù)據(jù)的位數(shù)DWORDbiCompression；//壓縮方式，0x0為未壓縮

DWORDbiSizeImage；//圖象尺度LONGbiXPelsPerMeter；//水平分辨率LONGbiYPelsPerMeter；//垂直分辨率DWORDbiClrUsed； //使用的顏色數(shù)DWORDbiClrImportant;//重要顏色數(shù)}BITMAPINFOHEADER；文件頭信息頭彩色表位圖點(diǎn)陣（3）彩色表對(duì)于24位BMP圖像，每像素的三基色分別用3個(gè)字節(jié)記錄，不需要彩色表。對(duì)于256色BMP圖像，每像素用一個(gè)字節(jié)記錄，該字節(jié)表示顏色的編號(hào)。什么編號(hào)代表什么顏色，由彩色表決定。通過像素編號(hào)查找彩色表，從而獲得該像素的RGB值。B0G0R0B1G1R1…B255G255R2550號(hào)顏色1號(hào)顏色255號(hào)顏色…2.3VC++下位圖文件數(shù)據(jù)的讀取與顯示BITMAP;//存放文件頭BITMAPINFOHEADERInfoHead;//存放信息頭LPBYTElpImage;//存放位圖點(diǎn)陣，顯示時(shí)需要//存放像素的三基色值，480列，640行struct{BYTEB;//紅色分量BYTEG;//藍(lán)色分量BYTER; //綠色分量}C3[480][640];//存放像素的YSC值，480列，640行struct{BYTEY;//亮度BYTES;//色飽和度BYTEC;//色調(diào)}YSC[480][640];（1）定義全局變量。一般在類的頭文件中定義（2）打開BMP文件，讀取像素。關(guān)鍵代碼如下:CFilef;BOOLOK=f.Open(PathName,//PathName=BMP文件名C,NULL );if(!OK)return;

//如果打開失敗f.Read(&());

//讀取文件頭f.Read(&InfoHead,sizeof(InfoHead));//讀取信息頭shortx,y,z;//計(jì)算每行字節(jié)數(shù)z=(InfoHead.biWidth/4)*4+(InfoHead.biWidth%4==0?0:4);f.Seek();

//移動(dòng)文件指針，指向像素點(diǎn)存放的開始位置f.Read(lpImage,InfoHead.biHeight*z*3);//讀取全部像素f.Close();//關(guān)閉文件

（3）顯示圖像。調(diào)用下面的程序斷可顯示位圖:CClientDCdc(this);//建立客戶區(qū)繪圖對(duì)象dc.SetStretchBltMode(COLORONCOLOR);//按可延伸的彩色影射模式繪圖::StretchDIBits(dc.GetSafeHdc(),//得到繪圖對(duì)象的句柄0,0,640,480,//客戶區(qū)中的矩形（左上角坐標(biāo)，右下角坐標(biāo)）0,0,InfoHead.biWidth,InfoHead.biHeight,//源圖像中的矩形lpImage,//存放位圖點(diǎn)陣的內(nèi)存區(qū)(LPBITMAPINFO)&InfoHead,

//存放信息頭的內(nèi)存區(qū)DIB_RGB_COLORS,//按三基色格式SRCCOPY//將圖像拷貝到顯存);2.4灰度直方圖灰度直方圖是一種表達(dá)圖像的灰度分布概率的圖示方法，它描述了各種灰度值在圖像中所占的比例。設(shè)圖像有總共n個(gè)像素點(diǎn)，灰度值為i的像素點(diǎn)有ni個(gè)。則灰度值為i的像素點(diǎn)在圖像中出現(xiàn)的概率（頻度）p(i)為：p(i)=ni/ni=0,1,…,L－1L為灰度級(jí)。對(duì)于24位位圖，L=256。以灰度i為橫坐標(biāo)，p(i)為縱坐標(biāo)，繪制p(i)曲線，就得到灰度直方圖2.4.1概念2.4.2灰度直方圖的性質(zhì)（1）不含像素點(diǎn)的位置信息。（2）一幅圖像的直方圖是唯一的，反之不成立。（3）疊加性。把一幅圖像分成多個(gè)區(qū)域，則全圖像的直方圖為各區(qū)域直方圖的疊加。區(qū)域1區(qū)域2區(qū)域1的直方圖區(qū)域2的直方圖全圖象