数字数字图像根底像根底北京化工大学北京化工大学W.X.J数字图像根底数字图像根底内容：内容：图像感知和获取图像感知和获取图像采样和量化图像采样和量化像素间的一些根本关系像素间的一些根本关系线性和非线性操作线性和非线性操作1 1、图像感知和获取、图像感知和获取要素：要素：“照射源照射源“场景景传感器感器图像传感器图像传感器用单个传感器获取图像用单个传感器获取图像用线状传感器获取图像用线状传感器获取图像用传感器阵列获取图像用传感器阵列获取图像简单的图像构成模型简单的图像构成模型图像可由二维函数表示图像可由二维函数表示f(x,y)f(x,y)，正比于接纳，正比于接纳的辐射能量。的辐射能量。简单的图像构成模型简单的图像构成模型f(x,y)f(x,y)可由两个分量来表示：可由两个分量来表示：入射分量入射分量反射分量反射分量简单的图像构成模型简单的图像构成模型n例：晴天，太阳在地外表的照度超越例：晴天，太阳在地外表的照度超越90000 lm/m2.90000 lm/m2.有云，有云， 10000 lm/m2 10000 lm/m2 。n夜晚，满月夜晚，满月0.1lm/m2 0.1lm/m2 。n反射率：黑天鹅绒反射率：黑天鹅绒0.010.01，不锈钢，不锈钢0.650.65，白色墙，白色墙0.80.8，镀银金属镀银金属0.900.90，雪，雪0.930.93。称为灰度级。令令该该区区间为间为：2 2、图像取样和量化、图像取样和量化传感器的输出是延续的电压波形，这些波形的幅传感器的输出是延续的电压波形，这些波形的幅度和空间特性都与感知的物理景象有关。度和空间特性都与感知的物理景象有关。为了产生一幅数字图像，需求把延续的感知数据为了产生一幅数字图像，需求把延续的感知数据转换为数字方式。转换为数字方式。取样：数字化坐标取样：数字化坐标量化：数字化幅值量化：数字化幅值2 2、图像取样和量化、图像取样和量化n取样：数字化坐标取样：数字化坐标n量化：数字化幅值量化：数字化幅值图像取样和量化图像取样和量化下面三种传感器如何取样和量化：下面三种传感器如何取样和量化：单传感器单传感器线阵传感器线阵传感器面阵传感器以下图阐明面阵传感器以下图阐明面阵传感器图像取样和量化数字数字图图像的像的质质量很大程度上取决于取量很大程度上取决于取样样和量化中所用的取和量化中所用的取样样数和灰度数和灰度级级。数字图像表示数字图像表示取样和量化的结果是一个矩阵 矩阵表示数字图像表示数字图像表示数字数字图图像的坐像的坐标标商定商定图像的动态范围0, L-1数字图像表示数字图像表示1. 1. 黑白图像黑白图像 图像的每个像素只能是黑或者白，没有中图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。二值图像的像素间的过渡，故又称为二值图像。二值图像的像素值为值为0 0、1 1。数字图像表示数字图像表示2 2灰度图像灰度图像 灰度图像是指每个像素的信息由一个量灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描画的图像，没有彩色信息。化的灰度级来描画的图像，没有彩色信息。3 3彩色图像彩色图像 彩色图像是指每个像素的信息由彩色图像是指每个像素的信息由RGBRGB三三原色构成的图像，其中原色构成的图像，其中RBGRBG是由不同的灰度是由不同的灰度级来描画。级来描画。图像大小图像大小N, k变化时存储的比特数数字图像存储所需的比特数：空间和灰度分辨率空间和灰度分辨率n空间分辨率：图像中可区分的最小细节。空间分辨率：图像中可区分的最小细节。n每单位间隔可分辨的最小线对的数目，如每单位间隔可分辨的最小线对的数目，如线对宽度线对宽度2W2W，单位间隔有，单位间隔有1/2W1/2W对线。对线。n或者是指要准确丈量和再现一定尺寸的图或者是指要准确丈量和再现一定尺寸的图像所必需的像素个数。像所必需的像素个数。n 单位：像素单位：像素* *像素像素n灰度级分辨率：灰度级别中可分辨的最小灰度级分辨率：灰度级别中可分辨的最小变化。变化。空间分辨率空间分辨率(N(N减少减少) )空间分辨率空间分辨率(N(N减少减少) )256128643216842灰度分辨率灰度分辨率(k(k减少减少) )图像的放大和减少图像的放大和减少步骤：步骤：创建新像素的位置；创建新像素的位置；对新位置赋灰度值。对新位置赋灰度值。最近邻域法最近邻域法双线性内插双线性内插双线性内插双线性内插f(a,b)f(a,b)(a,b)(a,b)(a,b+1)(a,b+1)(a+1,b)(a+1,b)(a+1,b+1)(a+1,b+1)f(x,y)f(x,y)(x,y)(x,y)图像的放大和减少图像的放大和减少1286432最近邻域法双线性内插法3 3、像素间的一些根本关系、像素间的一些根本关系4邻域 8邻域 相邻像素对角邻域 邻接性邻接性令令V V表示表示邻接的灰度接的灰度值集合，如集合，如V=8,9,16V=8,9,16；4 4邻接：假接：假设 在在 集合中，具有集合中，具有V V中数中数值的两个像素的两个像素 和和 是是4 4邻接的。接的。邻接性邻接性n8 8邻接：假设邻接：假设 在在 集合中，具有集合中，具有V V中数中数值的两个像素值的两个像素 和和 是邻接的。是邻接的。邻接性邻接性m m邻接混合邻接：邻接混合邻接：2 2个像素个像素 和和 ， 在在 中，且中，且 没有没有V V值的像素，值的像素，那么具有那么具有V V值的像素值的像素 和和 为为m m邻接的。邻接的。m邻接邻接连通性连通性n通路通路n由相互邻接的像素组成通路，对应有由相互邻接的像素组成通路，对应有4 4通路、通路、 8 8通路、通路、 m m通路通路 。n连通性连通性n图像子集图像子集S S中的像素中的像素p p和和q q，假设存在一条从，假设存在一条从p p到到q q的通路，称的通路，称p p与与q q在在S S中是连通的。中是连通的。n连通分量：连通分量：S S中与中与p p连通的像素的集合包连通的像素的集合包括括p p称为一个连通分量，假设仅有一个连称为一个连通分量，假设仅有一个连通分量，那么通分量，那么S S为连通集。为连通集。区域和边境区域和边境n区域：区域：R R是图像中的像素子集。假设是图像中的像素子集。假设R R是连是连通集，那么称为一个区域。通集，那么称为一个区域。n边境：区域中像素的集合，它有一个或多边境：区域中像素的集合，它有一个或多个不在个不在R R中的邻点。中的邻点。n边缘：由具有某些导数值的像素组成。边缘：由具有某些导数值的像素组成。间隔度量间隔度量d(p, q)为像素p和q之间的间隔，它应该满足以下条件： 1.当且仅当p =q时，d(p,q)0；2. d(p,q)d(q,p)；3. 间隔度量间隔度量 设p1(x1,y1), p2(x2,y2)为图像中的两像素，那么几种常用的间隔定义为： 欧氏间隔： 街区间隔： 棋盘间隔： 间隔度量间隔度量(a) 棋盘间隔 (b) 街区间隔 (c) 欧氏间隔 满足d(p,x)t的x构成的区域 间隔度量间隔度量p1pp2p3p4思索邻接，Dm间隔用点间最短的通路长度定义。V=11.p1 ，p3为2.p3为3.p1为4.全为15.p到p4的最短的通路4 4、线性和非线性操作、线性和非线性操作f,g为输入图像；a,b为常量；H是一种算子。那么，H是线性算子。