數(shù)字圖像處理2數(shù)字圖像基礎(chǔ)-4,5,6

數(shù)字圖像處理2數(shù)字圖像基礎(chǔ)-4,5,6第一頁(yè)，共37頁(yè)。2.4圖像灰度直方圖

1234566432211664663456661466231364661234565456214灰度直方圖第二頁(yè)，共37頁(yè)。1234565456214頻率的計(jì)算式為：2.4圖像灰度直方圖第三頁(yè)，共37頁(yè)。2.4圖像灰度直方圖二、直方圖的性質(zhì)１．灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置，即所有的空間信息全部丟失。２．一幅圖像對(duì)應(yīng)唯一的灰度直方圖，反之不成立。不同的圖像可對(duì)應(yīng)相同的直方圖。下圖給出了一個(gè)不同的圖像具有相同直方圖的例子。第四頁(yè)，共37頁(yè)。2.4圖像灰度直方圖3．一幅圖像分成多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的直方圖之和即為原圖像的直方圖。圖像的直方圖H(i)=區(qū)域Ⅰ的直方圖H1(i)+區(qū)域Ⅱ的直方圖H2(i)=+第五頁(yè)，共37頁(yè)。2.4圖像灰度直方圖三、直方圖的應(yīng)用1.數(shù)字化參數(shù)（判斷量化是否恰當(dāng)）

直方圖給出了一個(gè)簡(jiǎn)單可見(jiàn)的指示，用來(lái)判斷一幅圖象是否合理的利用了全部被允許的灰度級(jí)范圍。一般一幅圖應(yīng)該利用全部或幾乎全部可能的灰度級(jí)，否則等于增加了量化間隔。丟失的信息將不能恢復(fù)。025502550255(a)恰當(dāng)量化(b)未能有效利用動(dòng)態(tài)范圍(c)超過(guò)了動(dòng)態(tài)范圍第六頁(yè)，共37頁(yè)。2.4圖像灰度直方圖２.邊界閾值選?。ù_定圖像二值化的閾值）

假設(shè)某圖象的灰度直方圖具有二峰性，則表明這個(gè)圖象的較亮的區(qū)域和較暗的區(qū)域可以較好地分離，以這一點(diǎn)為閾值點(diǎn)，可以得到好的二值處理的效果。目標(biāo)背景0255閾值T目標(biāo)背景第七頁(yè)，共37頁(yè)。2.4圖像灰度直方圖3.當(dāng)物體部分的灰度值比其它部分灰度值大時(shí)，可利用直方圖統(tǒng)計(jì)圖像中物體的面積。

A=

式中n為圖像像素總數(shù)，

vi是圖像灰度級(jí)為i的像素出現(xiàn)的頻率。4.計(jì)算圖像信息量H（熵）

Pi是圖像灰度級(jí)為i的像素出現(xiàn)的頻率，圖像的灰度范圍在[0，L-1]。第八頁(yè)，共37頁(yè)。彩色圖的灰度直方圖第九頁(yè)，共37頁(yè)?；叶葓D的灰度直方圖第十頁(yè)，共37頁(yè)?；叶葓D具有二峰性第十一頁(yè)，共37頁(yè)。具有二峰性的灰度圖的二值化第十二頁(yè)，共37頁(yè)。

2.5圖像處理算法的形式

一.圖像處理基本功能的形式

按圖像處理的輸出形式，圖像處理的基本功能可分為三種形式。

1單幅圖像→單幅圖像,如圖(a).2多幅圖像→單幅圖像,如圖(b).3單（或多）幅圖像→數(shù)字或符號(hào)等。第十三頁(yè)，共37頁(yè)。

二.圖像處理的幾種具體算法形式

1.局部處理對(duì)于任一像素（i，j），把像素的集合{（i+p,j+q），p、q取任意整數(shù)}叫做該像素的鄰域，

2.5圖像處理算法的形式

第十四頁(yè)，共37頁(yè)。

在對(duì)輸入圖像處理時(shí)，計(jì)算某一輸出像素JP(i,j)值由輸入圖像IP（i,j）像素的小鄰域N(i,j)中的像素值確定。這種處理稱(chēng)為局部處理，或者稱(chēng)鄰域處理。局部處理的計(jì)算表達(dá)式為：

在局部處理中，當(dāng)鄰域N(i,j)僅包含IP(i,j)像素時(shí)的處理稱(chēng)為點(diǎn)處理。點(diǎn)處理的計(jì)算表達(dá)式為：

2.5圖像處理算法的形式

第十五頁(yè)，共37頁(yè)。

在局部處理中，輸出像素JP(i,j)的值取決于輸入圖像大范圍或全部像素的值，這種處理稱(chēng)為大局處理。其計(jì)算表達(dá)式為：

2.5圖像處理算法的形式

第十六頁(yè)，共37頁(yè)。2.迭代處理反復(fù)對(duì)圖像進(jìn)行某種運(yùn)算直至滿足給定的條件，從而得到輸出圖像的處理形式稱(chēng)為迭代處理。下圖為圖像的細(xì)化處理過(guò)程。

2.5圖像處理算法的形式

第十七頁(yè)，共37頁(yè)。3.跟蹤處理選擇滿足適當(dāng)條件的像素作為起始像素，檢查輸入圖像和已得到的輸出結(jié)果，求出下一步應(yīng)該處理的像素，進(jìn)行規(guī)定的處理，然后決定是繼續(xù)處理下面的像素，還是終止處理。這種處理形式稱(chēng)為跟蹤處理。

2.5圖像處理算法的形式

跟蹤處理有以下特點(diǎn)：①對(duì)某個(gè)像素的處理，依賴(lài)于這以前的處理結(jié)果，從而也就依賴(lài)于起始像素的位置。為此，跟蹤處理的結(jié)果與從圖像哪一部份開(kāi)始進(jìn)行處理相關(guān)。②能夠根據(jù)利用在此以前的處理結(jié)果來(lái)限定處理范圍，從而可能避免徒勞的處理。另外，由于限制了處理范圍，有可能提高處理精度。③用于邊界線、等高線等線的跟蹤(檢測(cè))方面。如根據(jù)搜索法檢測(cè)邊緣曲線。第十八頁(yè)，共37頁(yè)。4.位置不變處理和位置可變處理輸出像素JP(i，j)的值的計(jì)算方法與像素的位置(i，j)無(wú)關(guān)的處理稱(chēng)為位置不變處理或位移不變處理。隨位置不同計(jì)算方法也不同的處理稱(chēng)為位置可變處理或位移可變處理。

2.5圖像處理算法的形式

第十九頁(yè)，共37頁(yè)。5.窗口處理和模板處理單獨(dú)對(duì)圖像中選定的矩形區(qū)域內(nèi)的像素進(jìn)行處理的方式叫做窗口處理。單獨(dú)對(duì)圖像中選定的任意形狀的像素進(jìn)行處理的方式叫做模板處理。

2.5圖像處理算法的形式

第二十頁(yè)，共37頁(yè)。6.串行處理和并行處理后一像素輸出結(jié)果依賴(lài)于前面像素處理的結(jié)果，并且只能依次處理各像素而不能同時(shí)對(duì)各像素進(jìn)行相同處理的一種處理形式稱(chēng)為串行處理。串行處理的特點(diǎn)是：①用輸入圖像的第(i,j)像素鄰域的像素值和輸出圖像(i,j)以前像素的處理結(jié)果計(jì)算輸出圖像(i,j)像素的值；②處理算法要按一定順序進(jìn)行。因此，不能同時(shí)并行計(jì)算各像素的輸出值，且串行處理的順序會(huì)影響處理結(jié)果。

2.5圖像處理算法的形式

對(duì)圖像內(nèi)的各像素同時(shí)進(jìn)行相同形式運(yùn)算的一種處理形式稱(chēng)為并行處理。其特點(diǎn)如下：①輸出圖像像素(i,j)的值，只用輸入圖像的(i,j)像素的鄰域像素進(jìn)行計(jì)算；②相對(duì)于不同(i,j)的輸出值可以獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算。第二十一頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

1.組合方式組合方式是一個(gè)字長(zhǎng)存放多個(gè)像素灰度值的方式。它能起到節(jié)省內(nèi)存的作用，但導(dǎo)致計(jì)算量增加，使處理程序復(fù)雜。

解壓壓縮組合方式圖像2.6.1圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最常用的方式是將圖像各像素用一維或二維數(shù)組相應(yīng)的各元素加以存儲(chǔ)。除此之外，還有下列方式。第二十二頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

2.比特面方式按比特位存取像素，即將每個(gè)像素的相同比特位用一個(gè)二維數(shù)組表示，形成比特面。n個(gè)比特位的灰度圖像采用比特面方式存取就有n個(gè)比特面。n-1210這種結(jié)構(gòu)能充分利用內(nèi)存空間，但對(duì)灰度圖像處理耗時(shí)多。第二十三頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

3.分層結(jié)構(gòu)由原始圖像開(kāi)始依次構(gòu)成像素?cái)?shù)愈來(lái)愈少的圖像，就能使數(shù)據(jù)表示具有分層性，其代表有錐形(金字塔)結(jié)構(gòu)。

第二十四頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

錐形結(jié)構(gòu)是對(duì)2k×2k個(gè)像素形成的圖像，看成是分辨率(20×20→2k×2k,但20×20不具有反映輸入圖像二維構(gòu)造的信息)不同的k+1幅圖像的層次集合。如圖所示，從輸入圖像I0開(kāi)始，順序產(chǎn)生像素?cái)?shù)縱橫都變?yōu)?/2的一個(gè)一個(gè)的圖像I1，I2，…Ik。此時(shí)，作為圖像Ii的各像素的值，就是它前一個(gè)圖像Ii-1的相應(yīng)的2×2像素的平均值(一般采用平均值，但也可以采用能表示2×2像素的性質(zhì)的某個(gè)值)。

第二十五頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

4.樹(shù)結(jié)構(gòu)對(duì)于一幅二值圖像的行、列都接連不斷地二等分，如果圖像被分割部分中的全體像素都變成具有相同的特征時(shí)，這一部分則不再分割。用這種方法，可以把圖像用樹(shù)結(jié)構(gòu)(4叉樹(shù))來(lái)表示。這可以用在特征提取和信息壓縮等方面。第二十六頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

5.多重圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在彩色圖像（紅、綠、蘭）或同一對(duì)象用多個(gè)不同的波長(zhǎng)拍攝的多波段圖像中，每個(gè)像素包含著多個(gè)圖像的信息。這類(lèi)圖像數(shù)據(jù)的處理，以多譜圖像為例，有下列三種存儲(chǔ)方式：①逐波段存儲(chǔ)，分波段處理時(shí)采用；②逐行存儲(chǔ)，行掃描記錄設(shè)備采用；③逐像素存儲(chǔ)，用于分類(lèi)。第二十七頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

2.6.2

圖像的特征1．圖像的特征圖像特征是圖像分析的重要依據(jù)，它可以是視覺(jué)能分辨的自然特征，也可以是人為定義的某些特性或參數(shù)，即人工特征。數(shù)字圖像的像素亮度、邊緣輪廓等屬自然特征；圖像經(jīng)過(guò)變換得到的頻譜和灰度直方圖等屬人工特征。

第二十八頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

1）自然特征圖像是空間景物反射或輻射的光譜能量的記錄，因而具有光譜特征、幾何特征和時(shí)相特征。①光譜特征同一景物對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波具有不同的反射率，不同景物對(duì)同一波長(zhǎng)也可能具有不同的反射率。因而不同類(lèi)型的景物在各個(gè)波段的數(shù)字成像，就構(gòu)成了數(shù)字圖像的光譜特征。數(shù)字圖像的光譜特征可用于多波段遙感，從中獲得關(guān)于地理、地質(zhì)、地貌等豐富的信息。

第二十九頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

②幾何特征幾何特征主要表現(xiàn)為圖像的空間分辨率、圖像紋理結(jié)構(gòu)及圖像變形等幾個(gè)方面。空間分辨率反映所采用的設(shè)備性能。如SPOT5衛(wèi)星地面像元尺寸為2.5米×2.5米。紋理結(jié)構(gòu)是指影像細(xì)部的形狀、大小、位置、方向以及分布特征，是圖像目視判讀的主要依據(jù)，也是模式識(shí)別的主要依據(jù)。圖像變形導(dǎo)致所得圖像中的幾何形狀與實(shí)物平面投影不相似。

③時(shí)相特征

時(shí)相特征主要反映在不同時(shí)間獲得的同一地區(qū)各圖像之間存在的差異。它是對(duì)動(dòng)體進(jìn)行監(jiān)測(cè)、跟蹤的主要依據(jù)。

第三十頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

2）人工特征圖像的人工特征很多，主要包括以下幾種:①直方圖特征②灰度邊緣特征圖像灰度在某個(gè)方向上的局部范圍內(nèi)表現(xiàn)出不連續(xù)性，這種灰度明顯變化點(diǎn)的集合稱(chēng)為邊緣?；叶冗吘壧卣鞣从沉藞D像中目標(biāo)或?qū)ο笏嫉拿娣e大小和形狀。

第三十一頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

③線和角點(diǎn)特征城市區(qū)劃圖中有建筑群、街道、公路、鐵路、橋梁等，這些地物可用線、線相交的角點(diǎn)來(lái)表示。從圖中提出這些特征，不僅可壓縮圖像，也可用于識(shí)別。角點(diǎn)代表的局部結(jié)構(gòu)關(guān)系不因視角而改變，在圖像匹配中很有用。

④紋理特征紋理區(qū)域是指某種結(jié)構(gòu)在比它更大的范圍內(nèi)大致呈現(xiàn)重復(fù)排列，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為紋理基元。有如草地、大面積農(nóng)作物構(gòu)成的自然紋理和如磚墻、建筑群等構(gòu)成的人工紋理。第三十二頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

圖像的特征有很多，但在實(shí)際的特征提取中，重視何種特征主要依賴(lài)于對(duì)象和處理的目的。按提取特征的范圍大小又可分為：①點(diǎn)特征僅由各個(gè)像素就能決定的性質(zhì)。如單色圖像中的灰度值、彩色圖像中的紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)成分的值。第三十三頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

②局部特征在小鄰域內(nèi)所具有的性質(zhì)，如線和邊緣的強(qiáng)度、方向、密度和統(tǒng)計(jì)量(平均值、方差等)等。③區(qū)域特征在圖像內(nèi)的對(duì)象物(一般是指與該區(qū)域外部有區(qū)別的具有一定性質(zhì)的區(qū)域)內(nèi)的點(diǎn)或者局部的特征分布，或者統(tǒng)計(jì)量，以及區(qū)域的幾何特征(面積、形狀)等。④整體特征整個(gè)圖像作為一個(gè)區(qū)域看待時(shí)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征等。第三十四頁(yè)，共37頁(yè)。2.6圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征

2．特征提取

獲取圖像特征信息的操作稱(chēng)作特征提取。它作為模式識(shí)別、圖像理解或信息量壓縮的基礎(chǔ)是很重要的。通過(guò)特征提取，可以獲得特征構(gòu)成的圖像（稱(chēng)作特征圖像）和特征參數(shù)。

3．特征空間

對(duì)于由圖像中提取出的特征量，利用特征空間這一定義，可應(yīng)用于模式分類(lèi)等方面。把從圖像提取的m個(gè)特征量y1，y2，…，ym，用m維的向量Y＝[y1y2…ym]t表示稱(chēng)為特征向量。另外，對(duì)應(yīng)于各特征量的m維空間叫做特征空間，那么特征向量