ch01數(shù)字圖像處理概述

第一章數(shù)字圖像處理概述新工科建設·人工智能與智能科學系列深度學習在數(shù)字圖像處理中的應用01數(shù)字圖像的基本概念PARTONE數(shù)字圖像的基本概念1.位圖

（一）概念位圖（在技術上稱作柵格圖像）使用圖片元素的矩形網(wǎng)格（像素）表現(xiàn)圖像。每個像素都分配有特定的位置和顏色值。在處理位圖時，人們所編輯的是像素。位圖是連續(xù)色調(diào)圖像（如照片或數(shù)字繪畫）最常用的電子媒介，因為位圖可以更有效地表現(xiàn)陰影和顏色的細微層次。1數(shù)字圖像數(shù)字圖像的基本概念1.位圖

（二）分辨率位圖與分辨率有關，也就是說位圖包含固定數(shù)量的像素。因此，如果在屏幕上以高縮放比率對位圖進行縮放或以低于創(chuàng)建時的分辨率來打印，則將丟失其中的細節(jié)，并會呈現(xiàn)出鋸齒。（三）特點位圖有時需要占用大量的存儲空間。對于高分辨率的彩色圖像，由于像素之間獨立，因此占用的硬盤空間、內(nèi)存和顯存都比矢量圖大。位圖放大到一定倍數(shù)后會產(chǎn)生鋸齒。位圖的清晰度與像素的多少有關。位圖在表現(xiàn)色彩、色調(diào)方面的效果比矢量圖更加優(yōu)越，尤其在表現(xiàn)圖像的陰影和色彩的細微變化方面效果更佳。位圖的格式有BMP、JPEG、GIF、PSD、TIFF、PNG等。位圖的處理軟件包括Photoshop、ACDSee等。1數(shù)字圖像數(shù)字圖像的基本概念2.矢量圖

（一）概念矢量圖（又稱矢量形狀或矢量對象）是由稱作矢量的數(shù)學對象定義的直線和曲線構成的。矢量圖根據(jù)圖像的幾何特征對圖像進行描述。（二）分辨率矢量圖與分辨率無關，即當調(diào)整矢量圖的大小、將矢量圖打印文件傳送到Postscript打印機、在PDF文件中保存矢量圖或?qū)⑹噶繄D導入基于矢量的圖形應用程序中時，矢量圖都將保持清晰的邊緣。1數(shù)字圖像數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像（三）特點矢量圖可以任意放大和縮小，圖形不模糊，不會丟失細節(jié)或影響清晰度，不會產(chǎn)生鋸齒效果。因此，對于將在各種輸出媒體中按照不同大小使用的圖稿（如徽標），矢量圖是最佳選擇，常用于標志設計、VI設計、字體設計等。矢量圖中保存的是線條和圖塊的信息，所以矢量圖文件與分辨率和圖像大小無關，只與圖像的復雜程度有關，圖像文件所占的存儲空間較小。矢量圖可采取高分辨率印刷，矢量圖文件可以在任何輸出設備（如打印機）上以打印或印刷的最高分辨率進行打印輸出。矢量圖可以作為圖像元素導入Photoshop里使用，它會很好地適應導入圖像的分辨率。Photoshop里的一些矢晝工具，如鋼筆（路徑）、文字、形狀等，在圖像處理和創(chuàng)意中都發(fā)揮著重要的作用。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像3.像素(一)像素定義像素(pixel)是用來計算數(shù)字圖像的一種單位。數(shù)字圖像連續(xù)性的濃淡階調(diào)是由許多色彩相近的小方點組成的，這些小方點就是構成數(shù)字圖像的最小單位-像素。用來表示一幅圖像的像素越多，圖像擁有的色板也就越豐富，越能表達顏色的真實感結果更接近原始的圖像，即圖像的精度越高。人們也經(jīng)常用點來表示像素，因此ppi(pixelperinch)有時縮寫為dpi(dotsperinch)。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像3.像素（二）關于像素的擴展像素可以用一個數(shù)表示，例如，一臺“0.3兆像素”的數(shù)碼相機，表示它有30萬像素；也可以用一對數(shù)字表示。例如"640x480顯示器”，表示它有橫向640像素和縱向480像素（就像VGA顯示器那樣），因此其總數(shù)為640x480=307200像素。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像3.像素（三）像素大小（值）像素是分辨率的單位，數(shù)碼相機的像素值是數(shù)碼相機所支持的有效最大分辨率。如下所列是一些常見的像素值：30萬/640x480,50萬/800x600,200萬/16QOx1200,500萬/2560x1920。（四）單位當圖像大小以像素為單位時，1厘米等于28像素，圖像大小等于文檔大小乘以分辨率，比如15xl5厘米大小的圖像，等于420x420像素。數(shù)字圖像的基本概念4.分辨率

分辨率是度量位圖數(shù)據(jù)量多少的一個參數(shù)，簡單地說，分辨率是指數(shù)字圖像中單位平方英寸內(nèi)像素數(shù)量的多少。分辨率越高，像素就多，圖像包含的數(shù)據(jù)就越多，文件的體量(size)就越大，越能表現(xiàn)更豐富的細節(jié)。（一）空間分辨率前面已經(jīng)提到，像素大小測量了沿圖像的寬度和高度的總像素數(shù)，它與采樣操作有關?？臻g分辨率是指位圖中的細節(jié)精細度。這種分辨率有多種衡噩方法，典型的是以像素瑛寸(ppi)來衡量的，也有以像素／厘米(pixelpercent皿eter,ppc)來衡量的。每英寸的像素數(shù)越多，分辨率越高。一般來說，圖像的分辨率越高，得到的印刷圖像的質(zhì)量就越好。1數(shù)字圖像數(shù)字圖像的基本概念4.分辨率

（二）顯示器分辨率顯示器分辨率（屏幕分辨率）指屏幕顯示圖像的精密度，測量單位是像素/英寸(ppi)。屏幕上的點、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細，同樣的屏幕區(qū)域內(nèi)能顯示的信息也越多，所以顯示器分辨率是一個非常重要的性能指標?？梢园颜麄€圖像想象成個大型的棋盤，而分辨率的表示方式就是所有經(jīng)線和緯線交叉點的數(shù)目。在固定顯示器分辨率的情況下，顯示屏越小，圖像越清晰；反之，在顯示屏大小固定時，顯示器分辨率越高，圖像越清晰。1數(shù)字圖像數(shù)字圖像的基本概念4.分辨率

（三）打印機分辨率打印機分辨率又稱為輸出分辨率，是指在打印輸出時橫向和縱向兩個方向上每英寸最多能夠打印的點數(shù)，通常也以dpi表示。打印機分辨率越大，表明圖像輸出的色點越小，輸出的圖像效果就越精細。打印機色點的大小只與打印機的硬件工藝有關，與要輸出的圖像的分辨率無關。（四）網(wǎng)屏頻率網(wǎng)屏頻率是在商業(yè)印刷領域出現(xiàn)的專業(yè)詞匯。在傳統(tǒng)商業(yè)印刷制版過程中，制版時要在原始圖像前加一個網(wǎng)屏，該網(wǎng)屏由呈方格狀的透明與不透明部分相等的網(wǎng)線構成。這些網(wǎng)線也就是光柵，其作用是切割光線解剖圖像。光線通過網(wǎng)線后，形成了反映原始圖像影像變化的大小不同的點，這些點就是半色調(diào)點。一個半色調(diào)點最大不會超過一個網(wǎng)格的面積。1數(shù)字圖像數(shù)字圖像的基本概念4.分辨率

（五）掃描分辨率掃描分辨率指在掃描一幅圖像之前所設定的分辨率，用dpi來表示。掃描分辨率影響所生成的圖像文件的質(zhì)量和使用性能，決定了圖像將以何種方式顯示或打印。dpi越大，掃描的效果也就越好。大多數(shù)情況下，掃描圖像是為了通過高分辨率的設備輸出。如果圖像掃描分辨率過低，會導致輸出的效果非常粗糙。但如果掃描分辨率過高，數(shù)字圖像中會產(chǎn)生超過打印所需要的信息，不但減慢了打印速度，而且會在打印輸出時丟失圖像色調(diào)的細微過渡。一般情況下，圖像分辨率應是網(wǎng)屏頻率的2倍，這是目前中國大多數(shù)輸出中心和印刷廠都采用的標準。然而實際上，圖像分辨率應是網(wǎng)屏頻率的1.5倍。關于這個問題有一定的爭議，具體到不同的圖像本身，情況會各不相同。1數(shù)字圖像數(shù)字圖像的基本概念4.分辨率

（五）掃描分辨率判斷掃描儀的分辨率要從三個方面來確定：光學部件、硬件部分和軟件部分，即掃描儀的分辨率等于其光學部件的分辨率加上其自身通過硬件及軟件進行處理分析所得到的分辨率（擴充分辨率）。光學分辨率：掃描儀的光學部件在每平方英寸內(nèi)所能捕捉到的實際光點數(shù)，是指掃描儀CCD(ChargeCoupledDevice,電荷耦合器件）的物理分辨率，也是掃描儀的真實分辨率，其數(shù)值是由CCD的像素點除以掃描儀水平最大可掃尺寸得到的。分辨率為1200dpi的掃描儀，其光學分辨率只有400-600dpi。擴充分辨率：擴充部分的分辨率是通過計算機對圖像進行分析，對空白部分進行科學填充所產(chǎn)生的（由硬件和軟件所生成，這一過程也叫“插值”處理）。光學掃描與輸出是一對一的，掃描到什么，輸出的就是什么，但經(jīng)過計算機軟硬件處理之后，輸出的圖像就會變得更逼真，分辨率會更高。1數(shù)字圖像5.灰度分辨率灰度分辨率通常用灰度級表示?；叶燃壱簿褪潜碚髁炼鹊募墧?shù)，一般有8bit，也就是灰度范圍(0-255)或者說亮度被量化了256等份，其他灰度分辨率還有10bit、16bit、24bit等。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像6.圖像格式圖像格式即圖像文件存放的格式，通常有JPEG、TIFF、RAW、BMP、GIF、PNG等。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像6.圖像格式（一）主流圖像格式JPEG2000格式：JPEG2000是JPEG的升級版，也被稱為ISO15444。與JPEG相比，它是具備更高壓縮率及更多新功能的新一代靜態(tài)影像壓縮技術。JPEG2000同時支持有損和無損壓縮。JPEG2000可應用于傳統(tǒng)的JPEG市場，如掃描儀、數(shù)碼相機等，亦可應用于新興領域，如網(wǎng)絡傳輸、無線通信等。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像6.圖像格式TIFF格式：TIFF(TagImageFileFormat)是Mac中廣泛使用的圖像格式。TIFF格式存儲的圖像信息非常多，圖像的質(zhì)量高，有利于原稿的復制。該格式有壓縮和非壓縮兩種形式，結構較為復雜，兼容性較差。TIFF是印刷時印前使用最廣泛的圖像文件格式之一。PSD格式：PSD是Adobe公司圖像處理軟件Photoshop的專用格式，只能在Photoshop軟件中打開。在Photoshop所支持的各種圖像格式中，PSD的存取速度比其他格式快很多，功能也很強大。PNG格式：PNG(PortableNetworkGraphics)是一種新興的網(wǎng)絡圖像格式。PNG是目前保證最不失真的格式，存儲形式豐富，兼有GIF和JPEG的色彩模式；能把圖像文件壓縮到極限以利于網(wǎng)絡傳輸，但又能保留所有與圖像品質(zhì)有關的信息；顯示速度快；支持透明圖像的制作。PNG的缺點是不支持動畫應用效果。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像（二）非主流圖像格式PCX格式：PCX是一種經(jīng)過壓縮的格式，占用磁盤空間較少，并且具有壓縮及全彩色的能力。不過現(xiàn)在已經(jīng)不太流行。EMF格式：EMF(EnhancedMetafile)是微軟公司為了彌補WMF的不足而開發(fā)的一種Windows32位擴展圖元文件格式，屬于矢量文件格式，其目的是使圖元文件更加容易被人接受。FLIC(FLI/FLC)格式：FLIC格式由Autodesk公司研制而成，F(xiàn)LIC是FLC和FLI的統(tǒng)稱。FL!最初是基于320x200像素分辨率的動畫文件格式，而FLC則采用了更高的壓縮比，其分辨率也有了不小提高。EPS格式：EPSCEncapsulatedPostScript)是PC用戶較少見的一種格式，而Mac用戶則用得較多。它是用Postscript語言描述的一種ASCII碼文件格式，主要用于印前的排版、打印等輸出工作。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像TGA格式：TOA(TaggedGraphics)是由美國Truevision公司為其顯示卡開發(fā)的一種圖像文件格式，已被國際上的圖形、圖像工業(yè)所接受。TGA格式的結構比較簡單，屬于一種圖形、圖像一數(shù)據(jù)的通用格式，在多媒體領域有著很大影響，是計算機生成圖像向電視轉換的種首選格式。7.矢量圖和位圖運用位圖和矢量圖是計算機圖形中的兩大概念，這兩種圖形都被廣泛應用到出版、印刷、互聯(lián)網(wǎng)等各個方面，它們各有優(yōu)缺點。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像（一）各自的優(yōu)缺點位圖色彩變化豐富，編輯位圖時可以改變?nèi)魏涡螤畹膮^(qū)域的色彩顯示效果。相應地，要實現(xiàn)的效果越復雜，需要的像素數(shù)越多，產(chǎn)生的圖像文件越大。而矢量圖中輪廓的形狀更容易修改和控制，但是對于單獨的對象，色彩上變化的實現(xiàn)不如位圖方便直接。另外，很多矢量圖都需要專門設計的程序才能瀏覽、打開和編輯。（二）結合應用在文檔中組合矢量圖和位圖時，圖片在屏幕上的顯示效果并不定是其在最終媒體中的顯示效果。矢量圖可以很容易地轉化成位圖，而位圖轉化為矢量圖卻并不簡單，往往需要比較復雜的運算和手工調(diào)節(jié)。矢量圖和位圖在應用上是可以相互結合的。數(shù)字圖像的基本概念1.由專業(yè)程序創(chuàng)建

如果想要自己繪制張圖片，可以使用些專業(yè)的程序來實現(xiàn)。利用現(xiàn)有的計算機圖形圖像軟件可以繪制出許多圖像，以PhotoshopCS5為例，可以利用其繪制大量的圖像，2.數(shù)碼攝影攝像設備拍攝中利用先進的CCD/CMOS圖像傳感器，即數(shù)碼攝影攝像設備進行拍攝，同樣可以為我們提供大量的靜態(tài)數(shù)字圖像。

2獲取靜態(tài)圖像的方式數(shù)字圖像的基本概念3.掃描

掃描是一種快捷獲取圖像阿的方式。。將已有的圖像放入掃描設備中，很快就可以獲取相應的靜態(tài)數(shù)字圖像。數(shù)字掃描設備主要包括：電荷耦合器件CCCD)、接觸式圖像傳感器(ContactImageSensor,CIS)和互補金屬－氧化物－半導體(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,CMOS)等4.其他成像傳感器

其他成像傳感器成像的圖像包括電視圖像(TVMsibleImage)、紅外圖像(InfraredImage)、雷達圖像(RadarImage入超聲圖像(UltrasonicImage入核磁共振(MagneticResonanceimagingMRI）圖像等。2獲取靜態(tài)圖像的方式數(shù)字圖像的基本概念5.利用網(wǎng)絡或現(xiàn)有的數(shù)字圖像資源

信息時代的到來及其網(wǎng)絡發(fā)展為我們提供了很多便利，這也是我們快速獲取靜態(tài)數(shù)字圖像的一種途徑。我們可以通過訪問互聯(lián)網(wǎng)上的圖庫來獲取到海量的數(shù)字圖像資源。比較大的網(wǎng)上數(shù)字圖庫有百度圖庫等。另外，交際圈的互動能讓我們共同分享一些資源，包括圖像，這也是獲得數(shù)字圖像資源的一種方式。2獲取靜態(tài)圖像的方式數(shù)字圖像的基本概念1.色彩深度（一）定義色彩深度(ColorDepth)用來度覃圖像中有多少種顏色信息可用于顯示或打印像素，其單位是“位(bit)",所以色彩深度有時也稱為位深度。若色彩深度是n位，即有2n種顏色可以選擇，而存儲每個像素所用的位數(shù)就是n。常見的色彩深度有：1位(2種顏色，即黑白二色）、2位(4種顏色）、3位(8種顏色）、4位(16種顏色）、8位(256種顏色）、16位(65536種顏色）、24位(16777216種顏色，真彩色，提供比肉眼能識別得更多的顏色）。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念1.色彩深度（一）定義色彩深度(ColorDepth)用來度覃圖像中有多少種顏色信息可用于顯示或打印像素，其單位是“位(bit)",所以色彩深度有時也稱為位深度。若色彩深度是n位，即有2n種顏色可以選擇，而存儲每個像素所用的位數(shù)就是n。常見的色彩深度有：1位(2種顏色，即黑白二色）、2位(4種顏色）、3位(8種顏色）、4位(16種顏色）、8位(256種顏色）、16位(65536種顏色）、24位(16777216種顏色，真彩色，提供比肉眼能識別得更多的顏色）。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念1.色彩深度（二）顯示器的色彩深度顯示器的色彩深度可以看作一個調(diào)色板，它決定了屏幕上每個像素能支持多少種顏色。由于顯示器中每個像素都用紅、綠、藍3種基本顏色組成，像素的亮度也由它們控制，通常色彩深度可以設為4位、8位、16位、24位。顯示器色彩深度位數(shù)越高，顏色就越多，所顯示的畫面色彩就越逼真。但是色彩深度增加時，也加大了圖形加速卡所要處理的數(shù)據(jù)量。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念1.色彩深度（三）高動態(tài)范圍影像的色彩深度高動態(tài)范圍影像(HighDynamicRangeImage)使用超過一般的256個色階來存儲影像，通常來說，每個像素會分配到32+32+32位來存儲顏色信息。也就是說，每個原色都使用一個32位的浮點數(shù)來存儲。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念1.色彩深度（四）數(shù)碼相機的色彩深度在數(shù)碼相機中，色彩深度又稱為色彩位數(shù)，它是用來表示數(shù)碼相機的色彩分辨能力的。紅、綠、藍3個顏色通道中每種顏色為n位的數(shù)碼相機，總的色彩位數(shù)為3n,可以分辨的顏色總數(shù)為23n。數(shù)碼相機的色彩位數(shù)越多，意味著可捕獲的細節(jié)數(shù)噩也越多。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念2.色彩模型和模式（一）色彩模型色彩模型用于描述在數(shù)字圖像中看到和使用的顏色。每種色彩模型（如RGB、CMYK或HSB)分別表示用于描述顏色的不同方法（通常是數(shù)字）。（二）色彩空間色彩空間是另一種形式的顏色模型，它有特定的色域（范圍）。每臺設備（如顯示器或打印機）都有自己的色彩空間，并只能重新生成其色域內(nèi)的顏色。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念2.色彩模型和模式（三）色彩模式在Photoshop中，文檔的色彩模式?jīng)Q定了用于顯示和打印所處理的醫(yī)像的色彩模型。Photoshop還包括用于特殊色彩輸出的色彩模式，如索引顏色和雙色調(diào)。色彩模式?jīng)Q定圖像的顏色數(shù)暈、通道數(shù)量及文件大小。選取色彩模式操作決定了可以使用哪些工具和文件格式。處理圖像中的顏色時，將會調(diào)整文件中的數(shù)值?？梢院唵蔚貙⒁粋€數(shù)字視為一種顏色，但這些數(shù)字本身并不是絕對的顏色，而只是在生成顏色的設備的色彩空間內(nèi)具備一定的顏色含義。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念3.色域（一）色域簡介色域是對一種顏色進行編碼的方法，也指一個技術系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的顏色的總和。在計算機圖形處理中，色域是顏色的某個完全的子集。顏色子集最常見的應用是用來精確地代表一種給定的情況，例如一個給定的色彩空間或某個輸出裝置的呈色范圍。（二）色彩表現(xiàn)的局限性大多數(shù)系統(tǒng)的色域都是由于很難生成單色（單波長）的光線所導致的。最好的接近單色光的技術是激光。大多數(shù)系統(tǒng)都用大致近似的方法表示高度飽和的顏色，這些光線通常包含所期望的顏色之外的多種顏色。使用加色色彩處理的系統(tǒng)在色域飽和平面上大致是一個凸多邊形，多邊形的頂點是系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的最飽和的顏色。在減色色彩系統(tǒng)中，色域經(jīng)常是不規(guī)則區(qū)域。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念3.色域（三）各種顏色系統(tǒng)的比較激光視頻投影機：其理論依據(jù)為激光是真正的單色光，激光視頻投影機使用三束激光產(chǎn)生較寬色域。底片：底片是最好的檢測、重現(xiàn)色彩的系統(tǒng)之。電影院中的電影與家庭影院之間的色彩質(zhì)量不同，是因為電影膠片的色域要遠大于電視的色域。激光放映：使用激光產(chǎn)生非常接近單色的光線，這樣就可以產(chǎn)生遠遠超出其他系統(tǒng)的色飽和度。CRT(陰極射線管）顯示器：CRT及類似的顯示器都有個大致為三角形的、能夠覆蓋大部分可見色彩空間的色域。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念4.顏色通道（一）基本定義保存圖像顏色信息的通道稱為顏色通道，它是將構成整體圖像的顏色信息整理并表現(xiàn)為單色圖像的工具。（二）用法簡介圖像的顏色通道：每個圖像都有一個或多個顏色通道，圖一像中默認的顏色通道數(shù)取決于其色彩模式，即一個圖像的色彩模式將決定其顏色通道的數(shù)量。顏色元素：每個顏色通道都存放著圖像中顏色元素的信息。

3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念5.Photoshop中的色彩模式（一）常見色彩模式RGB模式：RGB模式基于自然界中三種基色光的混合原理，將紅(R)、綠(G)和藍(B)三種基色按照從0(黑）到255C白色）的亮度值在每個色階中分配，從而指定其色彩。當不同亮度的基色混合后，便會產(chǎn)生出256X256x256種顏色，約為1670萬種。CMYK模式：CMYK模式是種印刷模式，其中4個字母分別指青色(Cyan)、洋紅色(Magenta)、黃色(Yellow)、黑色(Black),在印刷中代表4種顏色的油墨。CMYK1莫式所包含的顏色最少。CMYK1莫式產(chǎn)生顏色的方法又被稱為減色色彩系統(tǒng)。3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念5.Photoshop中的色彩模式（一）常見色彩模式HSB模式：HSB模式是基于人眼對色彩的觀察來定義的。在此模式中，所有的顏色都用色相或色調(diào)、飽和度、對比度三個特性來描述。色相(H)是指與顏色主波長有關的顏色物理和心理特性。非彩色（黑、白、灰色）不存在色相屬性；所有色彩（紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等）都是表示顏色外貌的屬性。飽和度CS)指顏色的強度或純度，表示色相中灰色成分所占的比例，用0%-100%(純色）來表示。對比度CB)是指顏色的相對明暗程度，通常用0%(黑）～100%C白）來度量。3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念5.Photoshop中的色彩模式（一）常見色彩模式Lab模式：即CIELab,對色彩的描述不依賴于任何設備，避免了由于不同的顯示器和打印一設備所造成的顏色差異。同時在Photoshop中，它相當于色彩模式間的個轉換平臺，可以在不同色彩模式中方便地轉換。Lab模式是以個亮度分量L及兩個顏色分量a和b來表示顏色的。其中，L的取值范圍是0-100,a分量代表由綠色到紅色的光譜變化，而b分量代表由藍色到黃色的光譜變化，a和b的取值范圍均為-120-120。Lab模式所包含的顏色范圍最廣，能夠包含所有的RGB和CMYK模式中的顏色。3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念5.Photoshop中的色彩模式（二）其他色彩模式Photoshop支持些其他的色彩模式，這些色彩模式各有其特殊的用途。位圖(Bitmap)模式：位圖模式用兩種顏色（黑和白）來表示圖像中的像素。位圖模式的圖像也稱為黑白圖像。因為其色彩深度為1,也稱為1位圖像?；叶?Grayscale)模式：灰度模式的圖像只有灰度值而沒有顏色信息，可以使用多達256級灰度來表現(xiàn)圖像，使圖像的過渡更平滑細膩。雙色調(diào)(Duotone)模式：雙色調(diào)模式采用2-4種彩色油墨來創(chuàng)建，由雙色調(diào)（兩種顏色）、三色調(diào)（三種顏色）和四色調(diào)（四種顏色）混合其色階來組成圖像。3色彩及色彩模型數(shù)字圖像的基本概念5.Photoshop中的色彩模式（三）色彩模式的轉換Photoshop通過執(zhí)行"Image/Mode"(圖像／模式）子菜單中的命令來轉換需要的色彩模式這種色彩模式的轉換有時會永久性地改變圖像中的顏色值。將彩色圖像轉換為灰度模式：Photoshop會扔掉原圖像中所有的顏色信息，而只保留像素的灰度級?；叶饶Ｊ娇勺鳛槲粓D模式和彩色圖像間相互轉換的中介模式。將其他模式轉換為位圖模式：將圖像轉換為位圖模式會使圖像顏色減少到兩種，簡化了圖像中的顏色信息，并減小了文件大小。要將圖像轉換為位圖模式，必須首先將其轉換為灰度模式，這會去掉像素的色相和飽和度信息，而只保留對比度信息。3色彩及色彩模型02數(shù)字圖像的獲取與描述PARTTWO數(shù)字圖像的獲取與描述1.數(shù)字圖像的表示

數(shù)字圖像根據(jù)灰度級數(shù)的差異可分為黑白圖像、灰度圖像和彩色圖像。1圖像數(shù)字化2.圖像數(shù)字化過程

圖像數(shù)字化過程包括采樣和量化兩個過程。3.采樣量化參數(shù)與數(shù)字圖像間的關系

數(shù)字化方式可分為均勻采樣、量化和非均勻采樣、量化。圖像數(shù)字化一般采用均勻采樣和非均勻量化方式。非均勻采樣根據(jù)圖像細節(jié)的豐富程度改變采樣間隔。數(shù)字圖像的獲取與描述1.概念

圖像灰度直方圖反映一幅圖像中各灰度級像素出現(xiàn)的頻率與灰度級的關系。以灰度級為橫坐標，頻率為縱坐標，繪制頻率同灰度級的關系圖就是一幅灰度圖像的直方圖。通常會將縱坐標歸一化到[0,1]區(qū)間內(nèi)，也就是將灰度級出現(xiàn)的頻率（像素個數(shù)）除以圖像中像素的總數(shù)。2圖像灰度直方圖2.灰度直方圖的性質(zhì)

灰度直方圖是一個圖像的重要特征，反映了圖像灰度分布的狀況。暗圖像對應的灰度直方圖組成成分集中在灰度級較小的左邊一側，明亮圖像的灰度直方圖則傾向于灰度級較大的右邊一側；對比度較低的圖像對應的灰度直方圖窄而集中于灰度級的中部，對比度高的圖像對應的灰度直方圖分布范圍很寬且分布均勻。數(shù)字圖像的獲取與描述3.應用

（一）用于判斷圖像量化是否恰當灰度直方圖給出了一個簡單可見的指示，用來判斷一幅圖像是否合理利用了全部被允許的灰度級范圍。一般一幅圖像應該利用全部或幾乎全部可能的灰度級，否則等于增加了量化間隔，丟失的信息將不能恢復。（二）用于確定圖像的二值化閭值陽像分割是圖像處理這門學科中的基礎難題，基于闕值的分割則又是圖像分割的最基本的難題之一，其難點在于闕值的選取。2圖像灰度直方圖數(shù)字圖像的獲取與描述1.局部處理

局部處理是針對鄰域的種操作。對于任像素(i,f),該像素周圍的像素構成的集合｛i=p,j+p),p、q取合適的整數(shù)｝，稱為該像素的鄰域。3圖像處理算法的形式2.點處理

在局部處理中，若每個輸出值JP(i,j)僅與IP(i,j)有關，稱為點處理。數(shù)字圖像的獲取與描述3.大局處理

在局部處理中，輸出圖像中的像素JP(i,j)的值取決于輸入圖像大部分范圍或全部像素的值，這種處理稱為大局處理。4.迭代處理

反復對圖像進行某種運算直至滿足給定的條件，從而得到輸出圖像的處理形式稱為迭代處理。3圖像處理算法的形式數(shù)字圖像的獲取與描述5.跟蹤處理

選擇滿足適當條件的像素作為起始像素，檢查輸入圖像和已經(jīng)得到的輸出結果，求出下一步應該處理的像素并進行規(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，這種處理形式稱為跟蹤處理。3圖像處理算法的形式數(shù)字圖像的獲取與描述1.圖像的數(shù)據(jù)結構與文件格式

圖像的數(shù)據(jù)結構與文件格式是指數(shù)字圖像在計算機中存儲的組織方式，是計算機算法應用于圖像處理的數(shù)據(jù)基礎。4圖像的數(shù)據(jù)結構與特征2.圖像的特征和噪聲

圖像的特征是對圖像內(nèi)容的一種數(shù)學統(tǒng)計描述，是數(shù)字圖像信息提取的一種重要描述方法：圖像噪聲是數(shù)字圖像在數(shù)字化中產(chǎn)生的—種干擾信息，通常要對圖像噪聲進行抑制，以提取我們需要的信息。03數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容和應用領域PARTTHREE數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容和應用領域數(shù)字圖像處理的基本流程包括圖像獲?。ㄝ斎耄?、預處理、圖像分割、特征提取、膽像識別、圖像分析與理解。數(shù)字圖像處理的基本流程可以歸納如下：（1）圖像獲?。哼@個階段通常還包括圖像的其他預處理，比如圖像的縮放。（2）圖像增強：對圖像進行某種操作，使得其結果在特定應用中比原來的圖像更合適。注意，增強技術是建立在面向特定問題的基礎上的。不同類型的圖像，使用的增強方法不同，比如用于增強X射線得到的圖像的方法就不適用于增強紅外線獲取到的衛(wèi)星圖像。圖像增強是一個主觀的任務觀察者就是特殊方法工作好壞的最終裁判者。（3）圖像復原：圖像復原屬于改善圖像外觀的處理領域。與圖像增強不同，圖像增強是主觀的，而圖像復原是客觀的，復原的技術傾向于以圖像退化的數(shù)學或概率模型為基礎。（4）圖像分割：將一幅圖像劃分為它的組成部分。（5）圖像表示和描述。1數(shù)字圖像處理的基本流程數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容和應用領域1.圖像壓縮圖像壓縮是指以較少的位數(shù)有損或無損地表示原來的像素矩陣的技術，也稱圖像編碼。圖像數(shù)據(jù)之所以能被壓縮，就是因為數(shù)據(jù)中存在著冗余。圖像數(shù)據(jù)的冗余主要表現(xiàn)為：圖像中相鄰像素間的相關性引起的空間冗余；圖像序列中不同幀之間存在相關性引起的時間冗余；不同彩色平面或頻譜帶的相關性引起的頻譜冗余。數(shù)據(jù)壓縮的目的就是通過去除這些數(shù)據(jù)冗余來減少表示數(shù)據(jù)所需的位數(shù)。由于圖像數(shù)據(jù)最的龐大，在存儲、傳輸、處理時非常困難，因此圖像數(shù)據(jù)的壓縮就顯得非常重要。信息時代帶來了“信息爆炸“，使數(shù)據(jù)量大增，因此，無論傳輸或存儲都需要對數(shù)據(jù)進行有效的壓縮。圖像壓縮可以是有損數(shù)據(jù)壓縮，也可以是無損數(shù)據(jù)壓縮。2數(shù)字圖像處理的研究分支數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容和應用領域2.圖像增強圖像增強是數(shù)字圖像處理的一個重要分支。很多時候由于場景條件的影響，拍攝的圖像視覺效果不佳，這就需要圖像增強技術來改善視覺效果，比如突出圖像中目標物體的某些特點、從數(shù)字圖像中提取目標物的特征參數(shù)等，這些都有利于對圖像中目標的識別、跟蹤和理解。圖像增強的主要內(nèi)容是突出圖像中感興趣的部分，減弱或去除不需要的信息。這樣使有用信息得到加強，從而得到更加實用的圖像或者轉換成更適合人或機器進行分析處理的圖像。圖像增強的應用領域十分廣闊，涉及各種類型的圖像。圖像增強技術根據(jù)增強處理過程所在的空間不同，可分為基于空域的算法和基于頻域的算法兩大類?；诳沼虻乃惴ǚ譃辄c運算算法和鄰域去噪算法。2數(shù)字圖像處理的研究分支數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容和應用領域3.圖像復原圖像復原指消除成像過程中因攝像機與物體相對運動、系統(tǒng)誤差、畸變、噪聲等因素造成的失真等。在該過程中，需要先建立造成圖像質(zhì)量下降的退化模型，再應用模型反推真實圖像，同時運用特定的算法或標準來判定圖像恢復的效果。在圖像的獲取、傳輸及保存過程中，由于各種因素，如大氣的湍流效應、攝像設備中光學系統(tǒng)的衍射、傳感器特性的非線性、成像設備與物體之間的相對運動、感光膠卷的非線性與物體之間的相對運動等所引起的幾何失真，都難免會造成圖像的畸變和失真。通常，稱由于這些因素引起的質(zhì)量下降為圖像退化。圖像退化的典型表現(xiàn)是圖像出現(xiàn)模糊、失真，并出現(xiàn)附加噪聲等。由于圖像的退化，在圖像接收端顯示的圖像已不再是傳輸?shù)脑紙D像，圖像效果明顯變差。圖像復原算法是整個技術的核心部分。2數(shù)字圖像處理的研究分支數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容和應用領域4.圖像重建圖像重建技術是指通過物體外部測量的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)字處理獲得三維物體的形狀信息的技術。圖像重建技術開始時應用在放射醫(yī)療設備中，用于顯示人體各部分的圖像，即計算機斷層攝影技術，簡稱CT技術，后來逐漸在許多領域獲得應用。圖像重建是圖像處理中的個重要分支，廣泛應用于物體內(nèi)部結構圖像的檢測和觀察中，它是種無損檢測技術，應用領域廣泛。25.圖像融合圖像融合是指將多源信道所采集到的關于同一目標的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像處理和計算機技術等，最大限度地提取各自信道中的有用信息，最后綜合成高質(zhì)量的圖像，以提高圖像信息的利用率。一般情況下，圖像融合由低到高分為3個層次：數(shù)據(jù)級融合、特征級融合、決策級融合。數(shù)字圖像處理的研究分支數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容和應用領域6.圖像分割圖像分割就是把圖像分成若干個特定的、具有獨特性質(zhì)的區(qū)域并提取出感興趣目標的技術和過程。它是由圖像處理到圖像分析的關鍵步驟?，F(xiàn)有的圖像分割方法主要有基于闕值的分割方法、基于區(qū)域的分割方法、基于邊緣的分割方法及基于特定理論的分割方法等。27.圖像檢索20世紀70年代，有關圖像檢索的研究就已開始，當時主要是基于文本的圖像檢索技術(Text-BasedImageRetrieval,TBIR),利用文本描述的方式描述圖像的特征，如繪畫作品的作者、年代、流派、尺寸等。數(shù)字圖像處理的研究分支數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容和應用領域8.圖像匹配圖像匹配是指通過一定的匹配算法在兩幅或多幅圖像之間識別同名點，如二維圖像匹配中通過比較目標區(qū)和搜索區(qū)中相同大小的窗口的相關系數(shù)，取搜索區(qū)中相關系數(shù)最大所對應的窗口中心點作為同名點。同一場景在不同條件下投影所得到的二維圖像會有很大的差異，這主要是由如下原因引起的：傳感器噪聲、成像過程中視角改變引起的圖像變化、目標移動和變形、光照或環(huán)境的改變帶來的圖像變化、多種傳感器的使用等。人們提出了許多匹配算法，而它們都由如下4個