圖像分析與理解

圖像分析基礎(chǔ)目錄

CONTENT

1、圖像的感知與獲取

2、圖像的采樣與量化

3、數(shù)字圖像的描述與表示

4、灰度直方圖的概念1、圖像的感知與獲取

“圖”與“像”的定義：“圖”是物體透射或反射光的分布；“像”是人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖的接收在大腦中形成的印象或認(rèn)識(shí)。1、圖像的感知與獲取

圖像數(shù)字化的過(guò)程也成為A/D轉(zhuǎn)換：是將光電傳感器產(chǎn)生的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)處理。轉(zhuǎn)換過(guò)程：采樣，量化，編碼轉(zhuǎn)換精度：ADC位數(shù)轉(zhuǎn)換速率：采樣速率量化誤差所謂的圖像數(shù)字化，是指將模擬圖像經(jīng)過(guò)離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。圖像的數(shù)字化包括了空間離散化（即采樣）和明暗表示數(shù)據(jù)的離散化（即量化）。2、圖像的采樣與量化

圖像的數(shù)字化采樣是指將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點(diǎn)（即像素）集的操作。由于圖像是二維分布的信息，所以采樣是在x軸和y軸兩個(gè)方向上進(jìn)行的。一般情況下，x軸方向與y軸方向的采樣間隔相同。2、圖像的采樣與量化

采樣概念圖像的數(shù)字化

——采樣效果演示示例細(xì)節(jié)清晰，數(shù)據(jù)量為100%細(xì)節(jié)無(wú)法辨認(rèn)，數(shù)據(jù)量為1%

采樣時(shí)的注意點(diǎn)是：采樣間隔的選取。采樣間隔太小，則增大數(shù)據(jù)量；太大，則會(huì)發(fā)生信息的混疊，導(dǎo)致細(xì)節(jié)無(wú)法辨認(rèn)。2、圖像的采樣與量化

采樣間隔分辨率是指映射到圖像平面上的單個(gè)像素的景物元素的尺寸。單位：像素/英寸，像素/厘米

（如：掃描儀的指標(biāo)300dpi）

分辨率或者是指要精確測(cè)量和再現(xiàn)一定尺寸的圖像所必需的像素個(gè)數(shù)。

單位：像素*像素

（如：數(shù)碼相機(jī)指標(biāo)30萬(wàn)像素（640*480））2、圖像的采樣與量化

采樣指標(biāo)分辨率空間分辨率：是指像素所代表的的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時(shí)視場(chǎng)，或地面物體能分辨的最小單元?；叶确直媛剩后w現(xiàn)顯示器區(qū)分灰度的能力?；叶确直媛试酱螅烧宫F(xiàn)在屏幕上的灰度越多。量化是將各個(gè)像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來(lái)表示。一般的量化值為整數(shù)。充分考慮到人眼的識(shí)別能力之后，目前非特殊用途的圖像均為8bit量化，即采用0~255的整數(shù)來(lái)描述“從黑到白”。在3bit以下的量化，會(huì)出現(xiàn)偽輪廓現(xiàn)象。2、圖像的采樣與量化

量化概念量化可分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是簡(jiǎn)單地在灰度范圍內(nèi)等間隔量化。非均勻量化是對(duì)像素出現(xiàn)頻度少的部分量化間隔取大，而對(duì)頻度大的量化間隔取小。

一般情況下，對(duì)灰度變化比較平緩的部分用比較多的量化級(jí)，在灰度變化比較劇烈的地方用比較高的分辨率。2、圖像的采樣與量化

量化方法均勻量化效果示意圖非均勻量化效果示意圖均勻量化與非均勻量化效果的比較量化與采樣的效果圖例

原圖低灰度級(jí)量化低分辨率3、數(shù)字圖像的描述與表示

所謂的數(shù)字圖像的描述是指如何用一個(gè)數(shù)值方式來(lái)表示一個(gè)圖像。數(shù)字圖像是圖像的數(shù)字表示，像素是其最小的單位?；靖拍钜?yàn)榫仃囀嵌S的，所以可以用矩陣來(lái)描述數(shù)字圖像。描述數(shù)字圖像的矩陣目前采用的是整數(shù)陣，即每個(gè)像素的亮暗，用一個(gè)整數(shù)來(lái)表示。3、數(shù)字圖像的描述與表示

圖像的描述矩陣是按照行列的順序來(lái)定位數(shù)據(jù)的，但是圖像是在平面上定位數(shù)據(jù)的，所以有一個(gè)坐標(biāo)系定義上的特殊性。為了編程方便起見(jiàn)，這里以矩陣坐標(biāo)系來(lái)定義圖像的坐標(biāo)。行（i）列（j）矩陣A(i,j)矩陣坐標(biāo)系X軸（i）Y軸（j）圖像f(i,j)直角坐標(biāo)系3、數(shù)字圖像的描述與表示

圖像的坐標(biāo)系黑白圖像是指圖像的每個(gè)像素只能是黑或者白，沒(méi)有中間的過(guò)渡，故又稱(chēng)為２值圖像。2值圖像的像素值為0、1。3、數(shù)字圖像的描述與表示

黑白圖像灰度圖像是指每個(gè)像素的信息由一個(gè)量化的灰度級(jí)來(lái)描述的圖像，沒(méi)有彩色信息。3、數(shù)字圖像的描述與表示

灰度圖像彩色圖像是指每個(gè)像素的信息由RGB三原色構(gòu)成的圖像，其中RGB是由不同的灰度級(jí)來(lái)描述的。彩色圖像不能用一個(gè)矩陣來(lái)描述了，一般是用三個(gè)矩陣同時(shí)來(lái)描述。3、數(shù)字圖像的描述與表示

彩色圖像3、數(shù)字圖像的描述與表示

彩色圖像灰度圖像例彩色圖像例在數(shù)字圖像處理中，灰度直方圖是最簡(jiǎn)單且最有用的工具，可以說(shuō)，對(duì)圖像的分析與觀察，直到形成一個(gè)有效的處理方法，都離不開(kāi)直方圖。4、灰度直方圖的概念

灰度直方圖是灰度級(jí)的函數(shù)，是對(duì)圖像中灰度級(jí)分布的統(tǒng)計(jì)。有兩種表示形式1）圖形表示形式

橫坐標(biāo)表示灰度級(jí)，縱坐標(biāo)表示圖像中對(duì)應(yīng)某灰度級(jí)所出現(xiàn)的像素個(gè)數(shù)。2）數(shù)組表示形式

數(shù)組的下標(biāo)表示相應(yīng)的灰度級(jí)，數(shù)組的元素表示該灰度級(jí)下的像素個(gè)數(shù)。4、灰度直方圖的概念

定義

123456643221166466345666146623136466灰度直方圖4、灰度直方圖的概念

計(jì)算例所有的空間信息全部丟失；每一灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù)可直接得到。4、灰度直方圖的概念

性質(zhì)前面提到過(guò)，灰度直方圖是最簡(jiǎn)單的，最有用的工具。簡(jiǎn)單性從其一維的數(shù)據(jù)形式，以及簡(jiǎn)單的計(jì)算方法可以感受到。有用性，在這里通過(guò)幾個(gè)應(yīng)用例子來(lái)說(shuō)明。4、灰度直方圖的概念

應(yīng)用灰度圖的灰度直方圖例彩色圖的灰度直方圖例灰度直方圖具有二峰性具有二峰性的灰度圖的二值化數(shù)字圖像的灰度直方圖應(yīng)用

——數(shù)字化參數(shù)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的利用了全部被允許的灰度級(jí)范圍。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