烧一根不均匀的绳，从头烧到尾总共需要1个小时。现在有若干条材质相同的绳子，问如何用烧绳的方法来计时一个小时十五分钟呢?第二节第二节 图像的基本概念图像的基本概念第二节 图像的基本概念图像的数字化图像的数字化数字图像的数值描述数字图像的数值描述数字图像的存储位图文件数字图像的存储位图文件数字图像的灰度直方图数字图像的灰度直方图图像的数字化 目的：便于计算机处理。目的：便于计算机处理。离散化：离散化：空间采样：空间采样： 512X512512X512象素象素 PixelPixel分辨率分辨率 ResolutionResolution幅值量化：幅值量化：256256级级,2,28 8级级,8bit,8bit,灰度级灰度级 GreylevelGreylevel连续图象数字图象离散化连续图象连续图象照片、电视、录象、电影。数学表达式：是一个二维分布函数，t是时间变量。所谓的所谓的图像数字化图像数字化，是指将模拟图像经过离，是指将模拟图像经过离散化之后，得到用数字表示的图像。散化之后，得到用数字表示的图像。图像的数字化包括了空间离散化（即采样）图像的数字化包括了空间离散化（即采样）和明暗表示数据的离散化（即量化）。和明暗表示数据的离散化（即量化）。点点击击图图片片播播放放视视频频曹冲秤象与离散化图像的数字化 采样概念采样采样 是指将在空间上连续的图像转换成离散的是指将在空间上连续的图像转换成离散的采样点（即像素）集的操作。采样点（即像素）集的操作。由于图像是二维分布的信息，所以采样是在由于图像是二维分布的信息，所以采样是在 x x轴轴和和y y轴两个方向上进行的。轴两个方向上进行的。一般情况下，一般情况下， x x轴方向与轴方向与y y轴方向的采样间隔相轴方向的采样间隔相同。同。图像的数字化 采样间隔 采样时的注意点是：采样间隔采样间隔的选取。 采样间隔太小，则增大数据量；太大， 则会发生信息的混叠，导致细节无法辨认。二维采样定理（Nyguist准则）1/x,1/y2倍的图象函数上限频带。连续图像（视频图像）连续图像（视频图像）首先在时间轴上采样，其次沿垂直方向采样，最后沿水平方向采样。慢拍快放图像的数字化 采样指标分辨率分辨率分辨率 是指映射到图像平面上的单位长是指映射到图像平面上的单位长度上的像素个数。度上的像素个数。单位：像素单位：像素/ /英寸，像素英寸，像素/ /厘米厘米 （如：扫描仪的指标（如：扫描仪的指标 300dpi dots per inch300dpi dots per inch） 分辨率分辨率 或者是指要精确测量和再现一定或者是指要精确测量和再现一定尺寸的图像所必需的像素个数。尺寸的图像所必需的像素个数。 单位：像素单位：像素* *像素像素 （如：数码相机指标30万像素（640*480）分辨率不同的图象比较分辨率 640x480分辨率 320x240分辨率 160x120分辨率 80x60 640x480320x240160x12080x60Thumbnail从粗到细地观察点点击击图图片片播播放放视视频频查视力=检测分辨率？图像的数字化 量化概念量化量化是将各是将各个像素所含个像素所含的明暗信息的明暗信息离散化后，离散化后，用数字来表用数字来表示。一般的示。一般的量化值为整量化值为整数。数。充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊用充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊用途的图像均为途的图像均为8bit8bit量化，即采用量化，即采用0 2550 255的整数的整数来描述来描述“从黑到白从黑到白”。彩色图像，对每个原色量化。彩色图像，对每个原色量化。处理文字时，处理文字时，1bit1bit即可描述字迹。人物，风景照即可描述字迹。人物，风景照片，至少需要片，至少需要32-6432-64个灰度级来表现。在个灰度级来表现。在3bit3bit以以下的量化，会出现下的量化，会出现伪轮廓现象伪轮廓现象。图像的数字化 量化方法量化可分为均匀量化和非均匀量化。量化可分为均匀量化和非均匀量化。1.均匀量化均匀量化是简单地在灰度范围内等间隔量化。是简单地在灰度范围内等间隔量化。2.非均匀量化非均匀量化是对像素出现频度少的部分量化是对像素出现频度少的部分量化间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。 一般情况一般情况下，对灰度下，对灰度变化比较平缓变化比较平缓的部分用的部分用比较多的量化级比较多的量化级，在，在灰度灰度变化比较剧烈变化比较剧烈的地方用的地方用比较高的分辨率比较高的分辨率。数字图像的数值描述 基本概念所谓的数字图像的描述是指如何用一所谓的数字图像的描述是指如何用一个数值方式来表示一个图像。个数值方式来表示一个图像。数字图像数字图像是图像的数字表示，像素是是图像的数字表示，像素是其最小的单位。其最小的单位。数字图像的描述 图像的描述因为矩阵是二维的，所以可以用矩阵因为矩阵是二维的，所以可以用矩阵来描述数字图像。来描述数字图像。描述数字图像的矩阵目前采用的是描述数字图像的矩阵目前采用的是整整数阵数阵，即每个像素的亮暗，用一个整，即每个像素的亮暗，用一个整数来表示。数来表示。矩阵是按照行列的顺序来定位数据的，但是图矩阵是按照行列的顺序来定位数据的，但是图像是在平面上定位数据的，所以有一个坐标像是在平面上定位数据的，所以有一个坐标系定义上的特殊性。系定义上的特殊性。为了编程方便起见，这里以为了编程方便起见，这里以矩阵矩阵坐标系来定义坐标系来定义图像的坐标图像的坐标。行（行（i i）列（列（j j）矩阵矩阵 A(A(i i, ,j j) )矩阵坐标系矩阵坐标系X X轴（轴（j j）Y Y轴（轴（i i）图像图像 f(f(x x, ,y y) )直角坐标系直角坐标系数字图像的描述 图像的坐标系如何读出图像中全部像素值如何读出图像中全部像素值for(i=0;iN;i+)for(j=0;jM;j+)B(i,j)=A(i,j);在在C C语言中，对语言中，对MNMN数字图像处理的核心代码如下：数字图像处理的核心代码如下：for(i=0;ifor(i=0;iN;iN;i+)+)for(jfor(j=0;j=0;jM;jM;j+)+) 对对A(i,jA(i,j) )的具体运算的具体运算；在在MatlabMatlab中，对中，对MNMN数字图像处理的核心代码如下：数字图像处理的核心代码如下：fori=1:Nfori=1:Nforj=1:Mforj=1:M对对A(i,jA(i,j) )的具体运算的具体运算endendendend位图图像和矢量图图像位图图像和矢量图图像位位图图图图像像中中每每个个像像素素都都能能记记录录一一种种色色彩彩信信息息，因因此此位位图图图图像像能能表表现现出出色色彩彩绚绚丽丽的的图图像像。位位图图图图像像的的大大小小和和质质量量取取决决于于图图像像中中像像素素的的多多少少，通通常常每每平平方方英英寸寸的的面面积积上上所所含含的的像像素素越越多多，图图像像就就越越清清晰晰，颜颜色色之之间间的的混混合合也也越越平平滑滑，但但文文件件也也就就越越大大。反反之之图图像像就就越越模模糊糊，图图像像文文件件也也越越小小。同同时时由由于于位位图图是是由由多多个个像像素素点点组组成成的的，当当将将位位图图图图像像放放大大到到一一定定倍倍数数时时即即可可看看到到这这些些像像素素点点，也也就就是是位位图图图图像像在在缩缩放放时时会会产产生生失失真真现现象象，如如下下图图所所示示为为一一幅位图及对其局部放大后的效果。幅位图及对其局部放大后的效果。数字图像的类型二值图像灰度图像彩色图像灰度级灰度级灰度级灰度级数字图像的存储 常见的图像文件格式？常见的图像文件格式？BMPGIFTIFFJPEGBMPBMP（.bmp.bmp）格式）格式BMP是英文Bitmap（位图）的简写，它是Windows操作系统中的标准图像文件格式，能够被多种Windows应用程序所支持。随着Windows操作系统的流行与丰富的Windows应用程序的开发，BMP位图格式理所当然地被广泛应用。特点:包含的图像信息较丰富，几乎不进行压缩，缺点-占用磁盘空间过大。GIF GIFGIF是是GraphicInterchangeFormatGraphicInterchangeFormat（图形交换格式）图形交换格式）的缩写，的缩写，在在WWWWWW和其它网上服务的和其它网上服务的HTMLHTML文档中，文档中， GIFGIF文件格式普遍用于显示索引颜色图形和图象。文件格式普遍用于显示索引颜色图形和图象。 GIFGIF是一种是一种 LZWLZW压缩格式（无畸变），压缩格式（无畸变）， 最小化文件大小和电子传递时间。最小化文件大小和电子传递时间。 最多支持最多支持256256种颜色种颜色。TIFFTIFFTIFFTIFF标记图象文件格式）标记图象文件格式）TIFF(TagImageFileFormat)：即TIF，是由Aldus公司与微软公司共同发设计的，可以存储多幅图像和多个调色板，可存储个人标示信息，能提供多种不同的压缩数据方法，图像可以分割成几个部分分别存档。其主要特点是：善于应用指针的功能。专门为页面排版开发的专门为页面排版开发的EPSEPS（Encapsulated PostScriptEncapsulated PostScript，压缩压缩PostScriptPostScript）格式（在格式（在PCPC平台上平台上缩缩写写为为. .epseps, ,在在MacintoshMacintosh平台上平台上缩缩写写为为epsfepsf）是另一种跨平台是另一种跨平台的的标标准。特准。特别别适合于印刷或打印适合于印刷或打印输输出。出。 JPEGJPEG：即JPG，是由1986年国际电报电话咨询委员会(CCITT)和国际标准化协会(ISO)联合组成的图像专家小组(JointPhotographicExpertsGroup)，在1991年3月联合制定的“连续色调静态图像的数字压缩和编码”标准。它以信息损失为前提，是一种有损压缩，经典压缩比在10到35之间。随着压缩比的增加（或质量的降低），所产生随着压缩比的增加（或质量的降低），所产生的文件就越来越短，图象中的数据就丢失得越的文件就越来越短，图象中的数据就丢失得越多。多。 JPEGJPEG（续）续）续）续）数字图像的存储位图文件 文件的总体结构文件头BITMAPFILEHEADER信息头BITMAPINFOHEADER调色板RGBQUAD数据区文件头BITMAPFILEHEADER信息头BITMAPINFOHEADER数据区真彩色模式真彩色模式索引色模式索引色模式 像素的像素的RGBRGB值值 像素的调色板索引值像素的调色板索引值数字图像的存储位图文件 文件头信息文件头BITMAPFILEHEADERbfTypebfType 文件类型标识文件类型标识“BMBM”bfSizebfSize 文件总字节数文件总字节数bfReserved1 bfReserved1 保留字保留字“0 0”bfReserved2 bfReserved2 保留字保留字“0 0” bfOffBitsbfOffBits;偏移量偏移量typedefstructtagBITMAPFILEHEADERWORDbfType;DWORDbfSize;WORDbfReserved1;WORDbfReserved2;DWORDbfOffBits;BITMAPFILEHEADER;文件格式文件大小偏移量数字图像的存储位图文件 信息头信息DWORD biSizebiSize 信息头结构体长信息头结构体长度，为度，为0x280x28LONG LONG biWidthbiWidth 图像宽度，单位是像图像宽度，单位是像素素LONG biHeightbiHeight 图像高度，单位是像图像高度，单位是像素素WORD biPlanesbiPlanes 必须为必须为1 1，暂无意义，暂无意义WORD biBitCount颜色位数DWORD biCompressionbiCompression 指定位图是否压缩指定位图是否压缩 DWORDbiSizeImagebiSizeImage 实际位图数据所占字节实际位图数据所占字节数数 LONGbiXperlsPerMeterbiXperlsPerMeter 指定目标设备的水平分辨率指定目标设备的水平分辨率 LONGbiYperlsPerMeterbiYperlsPerMeter 指定目标设备的垂直分辨率指定目标设备的垂直分辨率 DWORD biClrUsed; 图像中使用的颜色数图像中使用的颜色数 DWORD biClrImportantbiClrImportant 图像中重要的颜色数图像中重要的颜色数信息头BITMAPINFOHEADERbiSizeImage=biWidthbiHeightbiWidth=(BmpHeader.biWidth+3)/4*4数字图像的存储位图文件 真彩色模式的数据区结构像素的像素的RGBRGB值值 ：真彩色数据区数字图像的存储位图文件 索引色模式的调色板调色板RGBQUAD索引值索引值索引值索引值RRGGB B1 1R R1 1GG1 1B B1 12 2R R2 2GG2 2B B2 2：: : : :N NR RN NGGN NB BN N索引色模式的数据区索引值索引值索引值索引值RRGGB B1 1R1R1G1G1B1B12 2R2R2G2G2B2B2：: : : :N NRNRNGNGNBNBN像素的调色板索引值像素的调色板索引值数据区例题例题图为一图为一图为一图为一bmpbmp的的的的存储数存储数存储数存储数据，问据，问据，问据，问图像的图像的图像的图像的宽度和宽度和宽度和宽度和高度为高度为高度为高度为多少？多少？多少？多少？数字图像的灰度直方图在数字图像处理中，灰度直方图是在数字图像处理中，灰度直方图是最最简单简单且且最有用最有用 的工具，可以说，对图的工具，可以说，对图像的分析与观察，直到形成一个有效像的分析与观察，直到形成一个有效的处理方法，都离不开直方图。的处理方法，都离不开直方图。数字图像的灰度直方图 定义灰度直方图灰度直方图是灰度级的函数，是对图像中灰度是灰度级的函数，是对图像中灰度级分布的统计。有两种表示形式级分布的统计。有两种表示形式1）图形表示形式）图形表示形式 横坐标表示灰度级，纵坐标表示图像中对应某横坐标表示灰度级，纵坐标表示图像中对应某灰度级所出现的像素个数。灰度级所出现的像素个数。2） 数组表示形式数组表示形式 数组的下标表示相应的灰度级，数组的元素表数组的下标表示相应的灰度级，数组的元素表示该灰度级下的像素个数。示该灰度级下的像素个数。数字图像的灰度直方图 计算例1 12 23 34 45 56 66 64 43 32 22 21 11 16 66 64 40 06 63 34 45 56 60 06 61 14 46 66 62 23 31 13 36 64 46 66 6灰度直方图获取图像的直方图获取图像的直方图获取图像的直方图获取图像的直方图/*-/*-HistgramHistgram灰度直方图灰度直方图-image_inimage_in: :输入图像数据指针输入图像数据指针xsizexsize: :图像宽度图像宽度ysizeysize: :图像高度图像高度histhist:存储灰度直方图的数组存储灰度直方图的数组-*/-*/voidvoidHistgramHistgram()() /addyourcodehere/addyourcodehere 数字图像的灰度直方图 性质所有的空间信息全部丢失；所有的空间信息全部丢失；每一灰度级的像素个数可直接得到。每一灰度级的像素个数可直接得到。灰度直方图与图像之间的关系是多对灰度直方图与图像之间的关系是多对一的映射关系一的映射关系数字图像的灰度直方图 应用前面提到过，灰度直方图是最简单的，最前面提到过，灰度直方图是最简单的，最有用的工具。有用的工具。简单性从其一维的数据形式，以及简单的简单性从其一维的数据形式，以及简单的计算方法可以感受到。计算方法可以感受到。有用性，在这里通过几个应用例子来说明。有用性，在这里通过几个应用例子来说明。数字图像的灰度直方图应用 数字化参数直方图给出了一个简单可见的指示，用来直方图给出了一个简单可见的指示，用来判断一幅图像是否合理的利用了全部被允判断一幅图像是否合理的利用了全部被允许的灰度级范围。许的灰度级范围。一幅图像应该利用全部或几乎一幅图像应该利用全部或几乎全部可能的全部可能的灰度级灰度级，否则等于，否则等于增加了量化间隔增加了量化间隔。丢失。丢失的信息将不能恢复。的信息将不能恢复。数字图像的灰度直方图应用 分割阈值选取假设某图像的灰度直方图具有假设某图像的灰度直方图具有 二峰性二峰性，则表明，则表明这个图像较亮的区域和较暗的区域可以较好地这个图像较亮的区域和较暗的区域可以较好地分离。分离。取二峰间的谷点为阈值点，可以得到好的取二峰间的谷点为阈值点，可以得到好的二值二值处理处理的效果。的效果。TermsCCD: charge-coupled devicesCCD: charge-coupled devices电荷耦合器件电荷耦合器件Scanning: Scanning: 扫描扫描Continuous: Continuous: 连续的连续的Discrete: Discrete: 离散的离散的Digitization: Digitization: 数字化数字化Sampling: Sampling: 采样采样Quantization: Quantization: 量化量化Band-limited function: Band-limited function: 带宽有限函数带宽有限函数TermsADC: analog-to-digital converterADC: analog-to-digital converter 模数转换器模数转换器Pixel: picture element Pixel: picture element 象素象素Gray-scale :Gray-scale :灰度灰度Gray level:Gray level:灰度级灰度级Gray-scale resolution: Gray-scale resolution: 灰度分辨率灰度分辨率Resolution: Resolution: 分辨率分辨率Sample density: Sample density: 采样密度采样密度TermsBit: 比特Byte: 字节Pixel spacing: 象素间距Contrast: 对比度Histogram：直方图作业作业P30P30页，第页，第4 4，5 5题题