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(shè)·人工智能與智能科學(xué)系列深度學(xué)習(xí)在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)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(shù)上稱(chēng)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(gè)像素都分配有特定的位置和顏色值。在處理位圖時(shí)，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(huà)）最常用的電子媒介，因?yàn)槲粓D可以更有效地表現(xiàn)陰影和顏色的細(xì)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(guān)，也就是說(shuō)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(duì)位圖進(jìn)行縮放或以低于創(chuàng)建時(shí)的分辨率來(lái)打印，則將丟失其中的細(xì)節(jié)，并會(huì)呈現(xiàn)出鋸齒。（三）特點(diǎn)位圖有時(shí)需要占用大量的存儲(chǔ)空間。對(duì)于高分辨率的彩色圖像，由于像素之間獨(dú)立，因此占用的硬盤(pán)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(huì)產(chǎn)生鋸齒。位圖的清晰度與像素的多少有關(guān)。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(xì)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(chēng)矢量形狀或矢量對(duì)象）是由稱(chēng)作矢量的數(shù)學(xué)對(duì)象定義的直線(xiàn)和曲線(xiàn)構(gòu)成的。矢量圖根據(jù)圖像的幾何特征對(duì)圖像進(jìn)行描述。（二）分辨率矢量圖與分辨率無(wú)關(guān)，即當(dāng)調(diào)整矢量圖的大小、將矢量圖打印文件傳送到Postscript打印機(jī)、在PDF文件中保存矢量圖或?qū)⑹噶繄D導(dǎo)入基于矢量的圖形應(yīng)用程序中時(shí)，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(diǎn)矢量圖可以任意放大和縮小，圖形不模糊，不會(huì)丟失細(xì)節(jié)或影響清晰度，不會(huì)產(chǎn)生鋸齒效果。因此，對(duì)于將在各種輸出媒體中按照不同大小使用的圖稿（如徽標(biāo)），矢量圖是最佳選擇，常用于標(biāo)志設(shè)計(jì)、VI設(shè)計(jì)、字體設(shè)計(jì)等。矢量圖中保存的是線(xiàn)條和圖塊的信息，所以矢量圖文件與分辨率和圖像大小無(wú)關(guān)，只與圖像的復(fù)雜程度有關(guān)，圖像文件所占的存儲(chǔ)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(shè)備（如打印機(jī)）上以打印或印刷的最高分辨率進(jìn)行打印輸出。矢量圖可以作為圖像元素導(dǎo)入Photoshop里使用，它會(huì)很好地適應(yīng)導(dǎo)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(lái)計(jì)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(diǎn)組成的，這些小方點(diǎn)就是構(gòu)成數(shù)字圖像的最小單位-像素。用來(lái)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(dá)顏色的真實(shí)感結(jié)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(diǎn)來(lái)表示像素，因此ppi(pixelperinch)有時(shí)縮寫(xiě)為dpi(dotsperinch)。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像3.像素（二）關(guān)于像素的擴(kuò)展像素可以用一個(gè)數(shù)表示，例如，一臺(tái)“0.3兆像素”的數(shù)碼相機(jī)，表示它有30萬(wàn)像素；也可以用一對(duì)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?。ㄖ担┫袼厥欠直媛实膯挝唬瑪?shù)碼相機(jī)的像素值是數(shù)碼相機(jī)所支持的有效最大分辨率。如下所列是一些常見(jiàn)的像素值：30萬(wàn)/640x480,50萬(wàn)/800x600,200萬(wàn)/16QOx1200,500萬(wàn)/2560x1920。（四）單位當(dāng)圖像大小以像素為單位時(shí)，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(gè)參數(shù)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，分辨率是指數(shù)字圖像中單位平方英寸內(nèi)像素?cái)?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(xì)節(jié)。（一）空間分辨率前面已經(jīng)提到，像素大小測(cè)量了沿圖像的寬度和高度的總像素?cái)?shù)，它與采樣操作有關(guān)。空間分辨率是指位圖中的細(xì)節(jié)精細(xì)度。這種分辨率有多種衡噩方法，典型的是以像素瑛寸(ppi)來(lái)衡量的，也有以像素／厘米(pixelpercent皿eter,ppc)來(lái)衡量的。每英寸的像素?cái)?shù)越多，分辨率越高。一般來(lái)說(shuō)，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(cè)量單位是像素/英寸(ppi)。屏幕上的點(diǎn)、線(xiàn)和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫(huà)面就越精細(xì)，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(gè)非常重要的性能指標(biāo)。可以把整個(gè)圖像想象成個(gè)大型的棋盤(pán)，而分辨率的表示方式就是所有經(jīng)線(xiàn)和緯線(xiàn)交叉點(diǎn)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(shí)，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(jī)分辨率打印機(jī)分辨率又稱(chēng)為輸出分辨率，是指在打印輸出時(shí)橫向和縱向兩個(gè)方向上每英寸最多能夠打印的點(diǎn)數(shù)，通常也以dpi表示。打印機(jī)分辨率越大，表明圖像輸出的色點(diǎn)越小，輸出的圖像效果就越精細(xì)。打印機(jī)色點(diǎn)的大小只與打印機(jī)的硬件工藝有關(guān)，與要輸出的圖像的分辨率無(wú)關(guān)。（四）網(wǎng)屏頻率網(wǎng)屏頻率是在商業(yè)印刷領(lǐng)域出現(xiàn)的專(zhuān)業(yè)詞匯。在傳統(tǒng)商業(yè)印刷制版過(guò)程中，制版時(shí)要在原始圖像前加一個(gè)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(xiàn)構(gòu)成。這些網(wǎng)線(xiàn)也就是光柵，其作用是切割光線(xiàn)解剖圖像。光線(xiàn)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)后，形成了反映原始圖像影像變化的大小不同的點(diǎn)，這些點(diǎn)就是半色調(diào)點(diǎn)。一個(gè)半色調(diào)點(diǎn)最大不會(huì)超過(guò)一個(gè)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(shè)定的分辨率，用dpi來(lái)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(guò)高分辨率的設(shè)備輸出。如果圖像掃描分辨率過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致輸出的效果非常粗糙。但如果掃描分辨率過(guò)高，數(shù)字圖像中會(huì)產(chǎn)生超過(guò)打印所需要的信息，不但減慢了打印速度，而且會(huì)在打印輸出時(shí)丟失圖像色調(diào)的細(xì)微過(guò)渡。一般情況下，圖像分辨率應(yīng)是網(wǎng)屏頻率的2倍，這是目前中國(guó)大多數(shù)輸出中心和印刷廠(chǎng)都采用的標(biāo)準(zhǔn)。然而實(shí)際上，圖像分辨率應(yīng)是網(wǎng)屏頻率的1.5倍。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題有一定的爭(zhēng)議，具體到不同的圖像本身，情況會(huì)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(gè)方面來(lái)確定：光學(xué)部件、硬件部分和軟件部分，即掃描儀的分辨率等于其光學(xué)部件的分辨率加上其自身通過(guò)硬件及軟件進(jìn)行處理分析所得到的分辨率（擴(kuò)充分辨率）。光學(xué)分辨率：掃描儀的光學(xué)部件在每平方英寸內(nèi)所能捕捉到的實(shí)際光點(diǎn)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(shí)分辨率，其數(shù)值是由CCD的像素點(diǎn)除以?huà)呙鑳x水平最大可掃尺寸得到的。分辨率為1200dpi的掃描儀，其光學(xué)分辨率只有400-600dpi。擴(kuò)充分辨率：擴(kuò)充部分的分辨率是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，對(duì)空白部分進(jìn)行科學(xué)填充所產(chǎn)生的（由硬件和軟件所生成，這一過(guò)程也叫“插值”處理）。光學(xué)掃描與輸出是一對(duì)一的，掃描到什么，輸出的就是什么，但經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟硬件處理之后，輸出的圖像就會(huì)變得更逼真，分辨率會(huì)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(jí)表示。灰度級(jí)也就是表征亮度的級(jí)數(shù)，一般有8bit，也就是灰度范圍(0-255)或者說(shuō)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(jí)版，也被稱(chēng)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(shù)。JPEG2000同時(shí)支持有損和無(wú)損壓縮。JPEG2000可應(yīng)用于傳統(tǒng)的JPEG市場(chǎng)，如掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等，亦可應(yīng)用于新興領(lǐng)域，如網(wǎng)絡(luò)傳輸、無(wú)線(xiàn)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(chǔ)的圖像信息非常多，圖像的質(zhì)量高，有利于原稿的復(fù)制。該格式有壓縮和非壓縮兩種形式，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，兼容性較差。TIFF是印刷時(shí)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(zhuān)用格式，只能在Photoshop軟件中打開(kāi)。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(qiáng)大。PNG格式：PNG(PortableNetworkGraphics)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)圖像格式。PNG是目前保證最不失真的格式，存儲(chǔ)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(luò)傳輸，但又能保留所有與圖像品質(zhì)有關(guān)的信息；顯示速度快；支持透明圖像的制作。PNG的缺點(diǎn)是不支持動(dòng)畫(huà)應(yīng)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(guò)壓縮的格式，占用磁盤(pán)空間較少，并且具有壓縮及全彩色的能力。不過(guò)現(xiàn)在已經(jīng)不太流行。EMF格式：EMF(EnhancedMetafile)是微軟公司為了彌補(bǔ)WMF的不足而開(kāi)發(fā)的一種Windows32位擴(kuò)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(chēng)。FL!最初是基于320x200像素分辨率的動(dòng)畫(huà)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(hù)較少見(jiàn)的一種格式，而Mac用戶(hù)則用得較多。它是用Postscript語(yǔ)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(guó)Truevision公司為其顯示卡開(kāi)發(fā)的一種圖像文件格式，已被國(guó)際上的圖形、圖像工業(yè)所接受。TGA格式的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，屬于一種圖形、圖像一數(shù)據(jù)的通用格式，在多媒體領(lǐng)域有著很大影響，是計(jì)算機(jī)生成圖像向電視轉(zhuǎn)換的種首選格式。7.矢量圖和位圖運(yùn)用位圖和矢量圖是計(jì)算機(jī)圖形中的兩大概念，這兩種圖形都被廣泛應(yīng)用到出版、印刷、互聯(lián)網(wǎng)等各個(gè)方面，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。數(shù)字圖像的基本概念1數(shù)字圖像（一）各自的優(yōu)缺點(diǎn)位圖色彩變化豐富，編輯位圖時(shí)可以改變?nèi)魏涡螤畹膮^(qū)域的色彩顯示效果。相應(yīng)地，要實(shí)現(xiàn)的效果越復(fù)雜，需要的像素?cái)?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(duì)于單獨(dú)的對(duì)象，色彩上變化的實(shí)現(xiàn)不如位圖方便直接。另外，很多矢量圖都需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的程序才能瀏覽、打開(kāi)和編輯。（二）結(jié)合應(yīng)用在文檔中組合矢量圖和位圖時(shí)，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(zhuǎn)化成位圖，而位圖轉(zhuǎn)化為矢量圖卻并不簡(jiǎn)單，往往需要比較復(fù)雜的運(yùn)算和手工調(diào)節(jié)。矢量圖和位圖在應(yīng)用上是可以相互結(jié)合的。數(shù)字圖像的基本概念1.由專(zhuān)業(yè)程序創(chuàng)建

如果想要自己繪制張圖片，可以使用些專(zhuān)業(yè)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)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(shè)備拍攝中利用先進(jìn)的CCD/CMOS圖像傳感器，即數(shù)碼攝影攝像設(shè)備進(jìn)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(shè)備中，很快就可以獲取相應(yīng)的靜態(tài)數(shù)字圖像。數(shù)字掃描設(shè)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(bǔ)金屬－氧化物－半導(dǎo)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(dá)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(luò)或現(xiàn)有的數(shù)字圖像資源

信息時(shí)代的到來(lái)及其網(wǎng)絡(luò)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(guò)訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)上的圖庫(kù)來(lái)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(kù)有百度圖庫(kù)等。另外，交際圈的互動(dòng)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(lái)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(shí)也稱(chēng)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(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)就是n。常見(jiàn)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(shí)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(lái)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(shí)也稱(chēng)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(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)就是n。常見(jiàn)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(shí)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(gè)調(diào)色板，它決定了屏幕上每個(gè)像素能支持多少種顏色。由于顯示器中每個(gè)像素都用紅、綠、藍(lán)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(shè)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(huà)面色彩就越逼真。但是色彩深度增加時(shí)，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(dòng)態(tài)范圍影像的色彩深度高動(dòng)態(tài)范圍影像(HighDynamicRangeImage)使用超過(guò)一般的256個(gè)色階來(lái)存儲(chǔ)影像，通常來(lái)說(shuō)，每個(gè)像素會(huì)分配到32+32+32位來(lái)存儲(chǔ)顏色信息。也就是說(shuō)，每個(gè)原色都使用一個(gè)32位的浮點(diǎn)數(shù)來(lái)存儲(chǔ)。

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(jī)的色彩深度在數(shù)碼相機(jī)中，色彩深度又稱(chēng)為色彩位數(shù)，它是用來(lái)表示數(shù)碼相機(jī)的色彩分辨能力的。紅、綠、藍(lán)3個(gè)顏色通道中每種顏色為n位的數(shù)碼相機(jī)，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(jī)的色彩位數(shù)越多，意味著可捕獲的細(xì)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(tái)設(shè)備（如顯示器或打印機(jī)）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(shí)，將會(huì)調(diào)整文件中的數(shù)值?？梢院?jiǎn)單地將一個(gè)數(shù)字視為一種顏色，但這些數(shù)字本身并不是絕對(duì)的顏色，而只是在生成顏色的設(shè)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(jiǎn)介色域是對(duì)一種顏色進(jìn)行編碼的方法，也指一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的顏色的總和。在計(jì)算機(jī)圖形處理中，色域是顏色的某個(gè)完全的子集。顏色子集最常見(jiàn)的應(yīng)用是用來(lái)精確地代表一種給定的情況，例如一個(gè)給定的色彩空間或某個(gè)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(zhǎng)）的光線(xiàn)所導(dǎo)致的。最好的接近單色光的技術(shù)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(xiàn)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(gè)凸多邊形，多邊形的頂點(diǎn)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(jī)：其理論依據(jù)為激光是真正的單色光，激光視頻投影機(jī)使用三束激光產(chǎn)生較寬色域。底片：底片是最好的檢測(cè)、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?yàn)殡娪澳z片的色域要遠(yuǎn)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(xiàn)，這樣就可以產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他系統(tǒng)的色飽和度。CRT(陰極射線(xiàn)管）顯示器：CRT及類(lèi)似的顯示器都有個(gè)大致為三角形的、能夠覆蓋大部分可見(jiàn)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(chēng)為顏色通道，它是將構(gòu)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(jiǎn)介圖像的顏色通道：每個(gè)圖像都有一個(gè)或多個(gè)顏色通道，圖一像中默認(rèn)的顏色通道數(shù)取決于其色彩模式，即一個(gè)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(gè)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(jiàn)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(lán)(B)三種基色按照從0(黑）到255C白色）的亮度值在每個(gè)色階中分配，從而指定其色彩。當(dāng)不同亮度的基色混合后，便會(huì)產(chǎn)生出256X256x256種顏色，約為1670萬(wàn)種。CMYK模式：CMYK模式是種印刷模式，其中4個(gè)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(chēng)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(jiàn)色彩模式HSB模式：HSB模式是基于人眼對(duì)色彩的觀察來(lái)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(duì)比度三個(gè)特性來(lái)描述。色相(H)是指與顏色主波長(zhǎng)有關(guān)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(lán)、紫等）都是表示顏色外貌的屬性。飽和度CS)指顏色的強(qiáng)度或純度，表示色相中灰色成分所占的比例，用0%-100%(純色）來(lái)表示。對(duì)比度CB)是指顏色的相對(duì)明暗程度，通常用0%(黑）～100%C白）來(lái)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(jiàn)色彩模式Lab模式：即CIELab,對(duì)色彩的描述不依賴(lài)于任何設(shè)備，避免了由于不同的顯示器和打印一設(shè)備所造成的顏色差異。同時(shí)在Photoshop中，它相當(dāng)于色彩模式間的個(gè)轉(zhuǎn)換平臺(tái)，可以在不同色彩模式中方便地轉(zhuǎn)換。Lab模式是以個(gè)亮度分量L及兩個(gè)顏色分量a和b來(lái)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(lán)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(lái)表示圖像中的像素。位圖模式的圖像也稱(chēng)為黑白圖像。因?yàn)槠渖噬疃葹?,也稱(chēng)為1位圖像?；叶?Grayscale)模式：灰度模式的圖像只有灰度值而沒(méi)有顏色信息，可以使用多達(dá)256級(jí)灰度來(lái)表現(xiàn)圖像，使圖像的過(guò)渡更平滑細(xì)膩。雙色調(diào)(Duotone)模式：雙色調(diào)模式采用2-4種彩色油墨來(lái)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(lái)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(zhuǎn)換Photoshop通過(guò)執(zhí)行"Image/Mode"(圖像／模式）子菜單中的命令來(lái)轉(zhuǎn)換需要的色彩模式這種色彩模式的轉(zhuǎn)換有時(shí)會(huì)永久性地改變圖像中的顏色值。將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度模式：Photoshop會(huì)扔掉原圖像中所有的顏色信息，而只保留像素的灰度級(jí)?；叶饶Ｊ娇勺鳛槲粓D模式和彩色圖像間相互轉(zhuǎn)換的中介模式。將其他模式轉(zhuǎn)換為位圖模式：將圖像轉(zhuǎn)換為位圖模式會(huì)使圖像顏色減少到兩種，簡(jiǎn)化了圖像中的顏色信息，并減小了文件大小。要將圖像轉(zhuǎn)換為位圖模式，必須首先將其轉(zhuǎn)換為灰度模式，這會(huì)去掉像素的色相和飽和度信息，而只保留對(duì)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(jí)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(guò)程

圖像數(shù)字化過(guò)程包括采樣和量化兩個(gè)過(guò)程。3.采樣量化參數(shù)與數(shù)字圖像間的關(guān)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(xì)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(jí)像素出現(xiàn)的頻率與灰度級(jí)的關(guān)系。以灰度級(jí)為橫坐標(biāo)，頻率為縱坐標(biāo)，繪制頻率同灰度級(jí)的關(guān)系圖就是一幅灰度圖像的直方圖。通常會(huì)將縱坐標(biāo)歸一化到[0,1]區(qū)間內(nèi)，也就是將灰度級(jí)出現(xiàn)的頻率（像素個(gè)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(gè)圖像的重要特征，反映了圖像灰度分布的狀況。暗圖像對(duì)應(yīng)的灰度直方圖組成成分集中在灰度級(jí)較小的左邊一側(cè)，明亮圖像的灰度直方圖則傾向于灰度級(jí)較大的右邊一側(cè)；對(duì)比度較低的圖像對(duì)應(yīng)的灰度直方圖窄而集中于灰度級(jí)的中部，對(duì)比度高的圖像對(duì)應(yīng)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(yīng)用

（一）用于判斷圖像量化是否恰當(dāng)灰度直方圖給出了一個(gè)簡(jiǎn)單可見(jiàn)的指示，用來(lái)判斷一幅圖像是否合理利用了全部被允許的灰度級(jí)范圍。一般一幅圖像應(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)。（二）用于確定圖像的二值化閭值陽(yáng)像分割是圖像處理這門(mén)學(xué)科中的基礎(chǔ)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(diǎn)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(duì)鄰域的種操作。對(duì)于任像素(i,f),該像素周?chē)南袼貥?gòu)成的集合｛i=p,j+p),p、q取合適的整數(shù)｝，稱(chēng)為該像素的鄰域。3圖像處理算法的形式2.點(diǎn)處理

在局部處理中，若每個(gè)輸出值JP(i,j)僅與IP(i,j)有關(guān)，稱(chēng)為點(diǎn)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(chēng)為大局處理。4.迭代處理

反復(fù)對(duì)圖像進(jìn)行某種運(yùn)算直至滿(mǎn)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。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(mǎn)足適當(dāng)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(jié)果，求出下一步應(yīng)該處理的像素并進(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。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(jié)構(gòu)與文件格式

圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與文件格式是指數(shù)字圖像在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的組織方式，是計(jì)算機(jī)算法應(yīng)用于圖像處理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。4圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征2.圖像的特征和噪聲

圖像的特征是對(duì)圖像內(nèi)容的一種數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)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(duì)圖像噪聲進(jìn)行抑制，以提取我們需要的信息。03數(shù)字圖像處理的研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域PARTTHREE數(shù)字圖像處理的研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字圖像處理的基本流程包括圖像獲取（輸入）、預(yù)處理、圖像分割、特征提取、膽像識(shí)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）圖像獲取：這個(gè)階段通常還包括圖像的其他預(yù)處理，比如圖像的縮放。（2）圖像增強(qiáng)：對(duì)圖像進(jìn)行某種操作，使得其結(jié)果在特定應(yīng)用中比原來(lái)的圖像更合適。注意，增強(qiáng)技術(shù)是建立在面向特定問(wèn)題的基礎(chǔ)上的。不同類(lèi)型的圖像，使用的增強(qiáng)方法不同，比如用于增強(qiáng)X射線(xiàn)得到的圖像的方法就不適用于增強(qiáng)紅外線(xiàn)獲取到的衛(wèi)星圖像。圖像增強(qiáng)是一個(gè)主觀的任務(wù)觀察者就是特殊方法工作好壞的最終裁判者。（3）圖像復(fù)原：圖像復(fù)原屬于改善圖像外觀的處理領(lǐng)域。與圖像增強(qiáng)不同，圖像增強(qiáng)是主觀的，而圖像復(fù)原是客觀的，復(fù)原的技術(shù)傾向于以圖像退化的數(shù)學(xué)或概率模型為基礎(chǔ)。（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?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域1.圖像壓縮圖像壓縮是指以較少的位數(shù)有損或無(wú)損地表示原來(lái)的像素矩陣的技術(shù)，也稱(chēng)圖像編碼。圖像數(shù)據(jù)之所以能被壓縮，就是因?yàn)閿?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(guān)性引起的空間冗余；圖像序列中不同幀之間存在相關(guān)性引起的時(shí)間冗余；不同彩色平面或頻譜帶的相關(guān)性引起的頻譜冗余。數(shù)據(jù)壓縮的目的就是通過(guò)去除這些數(shù)據(jù)冗余來(lái)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(chǔ)、傳輸、處理時(shí)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(shí)代帶來(lái)了“信息爆炸“，使數(shù)據(jù)量大增，因此，無(wú)論傳輸或存儲(chǔ)都需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(wú)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?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域2.圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理的一個(gè)重要分支。很多時(shí)候由于場(chǎng)景條件的影響，拍攝的圖像視覺(jué)效果不佳，這就需要圖像增強(qiáng)技術(shù)來(lái)改善視覺(jué)效果，比如突出圖像中目標(biāo)物體的某些特點(diǎn)、從數(shù)字圖像中提取目標(biāo)物的特征參數(shù)等，這些都有利于對(duì)圖像中目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤和理解。圖像增強(qiáng)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(qiáng)，從而得到更加實(shí)用的圖像或者轉(zhuǎn)換成更適合人或機(jī)器進(jìn)行分析處理的圖像。圖像增強(qiáng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，涉及各種類(lèi)型的圖像。圖像增強(qiáng)技術(shù)根據(jù)增強(qiáng)處理過(guò)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(lèi)?；诳沼虻乃惴ǚ譃辄c(diǎn)運(yùn)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?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域3.圖像復(fù)原圖像復(fù)原指消除成像過(guò)程中因攝像機(jī)與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)、系統(tǒng)誤差、畸變、噪聲等因素造成的失真等。在該過(guò)程中，需要先建立造成圖像質(zhì)量下降的退化模型，再應(yīng)用模型反推真實(shí)圖像，同時(shí)運(yùn)用特定的算法或標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判定圖像恢復(fù)的效果。在圖像的獲取、傳輸及保存過(guò)程中，由于各種因素，如大氣的湍流效應(yīng)、攝像設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)的衍射、傳感器特性的非線(xiàn)性、成像設(shè)備與物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、感光膠卷的非線(xiàn)性與物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)等所引起的幾何失真，都難免會(huì)造成圖像的畸變和失真。通常，稱(chēng)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(fù)原算法是整個(gè)技術(shù)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?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域4.圖像重建圖像重建技術(shù)是指通過(guò)物體外部測(cè)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(shù)。圖像重建技術(shù)開(kāi)始時(shí)應(yīng)用在放射醫(yī)療設(shè)備中，用于顯示人體各部分的圖像，即計(jì)算機(jī)斷層攝影技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)CT技術(shù)，后來(lái)逐漸在許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。圖像重建是圖像處理中的個(gè)重要分支，廣泛應(yīng)用于物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像的檢測(cè)和觀察中，它是種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)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(guān)于同一目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖像處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)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(gè)層次：數(shù)據(jù)級(jí)融合、特征級(jí)融合、決策級(jí)融合。數(shù)字圖像處理的研究分支數(shù)字圖像處理的研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域6.圖像分割圖像分割就是把圖像分成若干個(gè)特定的、具有獨(dú)特性質(zhì)的區(qū)域并提取出感興趣目標(biāo)的技術(shù)和過(guò)程。它是由圖像處理到圖像分析的關(guān)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(jì)70年代，有關(guān)圖像檢索的研究就已開(kāi)始，當(dāng)時(shí)主要是基于文本的圖像檢索技術(shù)(Text-BasedImageRetrieval,TBIR),利用文本描述的方式描述圖像的特征，如繪畫(huà)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?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域8.圖像匹配圖像匹配是指通過(guò)一定的匹配算法在兩幅或多幅圖像之間識(shí)別同名點(diǎn)，如二維圖像匹配中通過(guò)比較目標(biāo)區(qū)和搜索區(qū)中相同大小的窗口的相關(guān)系數(shù)，取搜索區(qū)中相關(guān)系數(shù)最大所對(duì)應(yīng)的窗口中心點(diǎn)作為同名點(diǎn)。同一場(chǎng)景在不同條件下投影所得到的二維圖像會(huì)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(guò)程中視角改變引起的圖像變化、目標(biāo)移動(dòng)和變形、光照或環(huán)境的改變帶來(lái)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(gè)