1、數(shù)字圖像處理課程復(fù)習(xí)、答疑宋懷波第1頁(yè)1.1.1 數(shù)字圖像基本概念數(shù)字圖像 由連續(xù)模擬圖像采樣和量化、編碼而得。 組成數(shù)字圖像基本單位是像素，所以數(shù)字圖像是像素集合。像素值代表圖像在該位置亮度，稱為圖像灰度值。數(shù)字圖像像素含有整數(shù)坐標(biāo)和整數(shù)灰度值。第2頁(yè)2.1.2 數(shù)字化原理圖像數(shù)字化概述 數(shù)字化目標(biāo)是把真實(shí)圖像轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接收顯示和存放格式，方便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。 圖像數(shù)字化過(guò)程分為采樣、量化與編碼三步。 采樣實(shí)質(zhì)就是要用多少個(gè)點(diǎn)來(lái)描述一張圖像，采樣結(jié)果即通常所說(shuō)圖像分辨率。 采樣頻率越高，得到圖像樣本就越細(xì)膩逼真，圖像質(zhì)量也越高，但要求存放量也越大。第3頁(yè)4色彩三要素 視覺(jué)所感知一

2、切色彩現(xiàn)象，都含有亮度、色調(diào)和飽和度三種性質(zhì)，這三種性質(zhì)又稱為色彩三要素。 亮度：指光作用于人眼時(shí)所引發(fā)明亮程度感覺(jué)。它與被觀察物體發(fā)光強(qiáng)度相關(guān)。 色調(diào)：當(dāng)我們提到其中某一色名稱時(shí)，就會(huì)有一個(gè)特定色彩印象。物體色調(diào)與光波波長(zhǎng)相關(guān)，不一樣波長(zhǎng)反應(yīng)不一樣顏色感，它反應(yīng)顏色種類，是決定顏色基本特征。 飽和度：指顏色純度，或顏色深淺程度。對(duì)于同一色調(diào)彩色光，飽和度越深顏色越鮮明。第4頁(yè)5RGB模型 自然界常見(jiàn)各種顏色，都可由紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三種顏色光按不一樣百分比相配而成。一樣，絕大多數(shù)顏色光也能夠分解成紅、綠、藍(lán)三種色彩。這就是色度學(xué)基本原理三基色原理。第5頁(yè)2.3.1 BMP文件格式W

3、indows中定義了兩種位圖文件類型：普通位圖文件格式，設(shè)備無(wú)關(guān)位圖文件格式。BMP圖像文件結(jié)構(gòu)能夠分為以下三個(gè)部分：文件頭（由位圖像文件和位圖信息頭兩部分組成），調(diào)色板數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)。其漢字件頭長(zhǎng)度為固定值54個(gè)字節(jié)；調(diào)色板數(shù)據(jù)對(duì)全部不超出256色圖像模式都需要進(jìn)行設(shè)置，即使是單色圖像模式也不例外。BMP是一個(gè)與設(shè)備無(wú)關(guān)位圖格式，普通采取非壓縮模式。第6頁(yè)3.5.1 小波介紹小波分析小波分解樹與小波包分解樹由低通濾波器和高通濾波器組成樹 原始信號(hào)經(jīng)過(guò)一對(duì)濾波器進(jìn)行分解叫做一級(jí)分解。信號(hào)可進(jìn)行多級(jí)分解。小波分解樹 對(duì)信號(hào)高頻分量不再繼續(xù)分解，對(duì)低頻分量連續(xù)進(jìn)行分解，得到許多分辨率較低低頻分量小

4、波包分解樹 不但對(duì)低頻分量進(jìn)行分解，對(duì)高頻分量也進(jìn)行分解，不但可得到許多分辨率較低低頻分量，而且也可得到許多分辨率較低高頻分量 第7頁(yè)(三)非線性灰度變換 （1）對(duì)數(shù)變換 低灰度區(qū)擴(kuò)展，高灰度區(qū)壓縮。（2）指數(shù)變換 高灰度區(qū)擴(kuò)展，低灰度區(qū)壓縮。第8頁(yè)對(duì)數(shù)變換 a,b,c是按需要能夠調(diào)整參數(shù)。低灰度區(qū)擴(kuò)展，高灰度區(qū)壓縮第9頁(yè)指數(shù)變換 a,b,c是按需要能夠調(diào)整參數(shù)。高灰度區(qū)擴(kuò)展，低灰度區(qū)壓縮。第10頁(yè)4.3.1 灰度直方圖定義直方圖 直方圖是圖像灰度像素?cái)?shù)統(tǒng)計(jì)圖，即對(duì)于每個(gè)灰度值，統(tǒng)計(jì)在圖像中含有該灰度值像素個(gè)數(shù)，并繪制成圖形，稱為灰度直方圖（簡(jiǎn)稱直方圖）。直方圖模型 表示圖像中不一樣灰度級(jí)出現(xiàn)

5、相對(duì)頻率。第11頁(yè)4.3.2 直方圖用途圖像直方圖是不可逆變換，多對(duì)一變換；直方圖是多對(duì)一映射結(jié)果，即多個(gè)圖像能夠生成相同直方圖，所以直方圖作為一階統(tǒng)計(jì)特征未反應(yīng)相鄰點(diǎn)之間關(guān)系。 含有相同直方圖三幅圖像第12頁(yè)偏暗第13頁(yè)4.3.3 直方圖均衡化直方圖均衡 把原始圖直方圖變換為均勻分布形式，增加像素灰度值動(dòng)態(tài)范圍，提升圖像對(duì)比度。第14頁(yè)4.3.3 直方圖均衡化變換函數(shù)s=T(r)應(yīng)滿足以下條件：在0r1區(qū)間內(nèi),T(r)單值單調(diào)增加。確保圖像灰度級(jí)從黑到白次序不變 對(duì)于0r1,有0T(r)1。確保映射變換后像素灰度值在允許范圍內(nèi)。對(duì)于一幅給定圖像，歸一化后灰度級(jí)分布在0rl范圍內(nèi)。對(duì)0，1區(qū)間

6、內(nèi)任一個(gè)r值進(jìn)行以下變換： s=T(r) .第15頁(yè)實(shí)例假設(shè)一幅6464，8bit灰度圖像，其概率分布見(jiàn)表，試進(jìn)行直方圖均衡化處理DAnk07901/710232/78503/76564/73295/72456/71227/781第16頁(yè)4.3.3 直方圖均衡化DAnkPr(rk)07900.191/710230.252/78500.213/76560.164/73290.085/72450.066/71220.037/7810.02第17頁(yè)4.3.3 直方圖均衡化DAnkPr(rk)累積 f07900.190.191/710230.250.442/78500.210.653/76560.16

7、0.814/73290.080.895/72450.060.956/71220.030.987/7810.021.00第18頁(yè)4.3.3 直方圖均衡化DAnkPr(rk)f按級(jí)數(shù)取整07900.190.191/7(0.14)1/710230.250.443/7(0.428)2/78500.210.655/7(0.714)3/76560.160.816/7(0.857)4/73290.080.896/7(0.857)5/72450.060.957/7(1.00)6/71220.030.987/7(1.00)7/7810.021.007/7(1.00)第19頁(yè)4.3.3 直方圖均衡化DAnkPr(

8、rk)f取成整數(shù)倍均衡后直方圖07900.190.191/7(0.14)0.191/710230.250.443/7(0.428)0.252/78500.210.655/7(0.714)0.213/76560.160.816/7(0.857)0.16+0.08=0.244/73290.080.896/7(0.857)5/72450.060.957/7(1.00)0.06+0.03+0.02=0.116/71220.030.987/7(1.00)7/7810.021.007/7(1.00)第20頁(yè)4.4.1鄰域平均法鄰域平均法思想:用像素及其指定鄰域內(nèi)像素平均值或加權(quán)平均值作為該像素新值，方便去

9、除突變像素點(diǎn)通常模板權(quán)值之和為1，結(jié)果仍0-255范圍第21頁(yè)4.4.1鄰域平均法慣用33和55 Box模板（指模板中全部系數(shù)都取相同值模板）以下：第22頁(yè)4.4.1鄰域平均法如用33模板：12143122345768957688567891214312234576895768856789344456678必須寫明取整方式第23頁(yè)4.4.2 中值濾波中值濾波 中值濾波與均值濾波區(qū)分： 中值濾波是求局部中值而不是局部均值，即對(duì)參加計(jì)算像素灰度值按大小排序，然后取位置居中像素灰度值。目標(biāo)：既要消除噪聲又要保持圖像細(xì)節(jié)。第24頁(yè)例：1214312234576895768856789121431223

10、45768957688567892345666784.4.2中值濾波第25頁(yè)4.6 圖像增晰作用 消除圖像上照明不均問(wèn)題，增加暗區(qū)圖像細(xì)節(jié)，同時(shí)又不損失亮區(qū)圖像細(xì)節(jié)。成像物理背景人眼對(duì)圖象亮度響應(yīng)含有類似于對(duì)數(shù)運(yùn)算非線性形式f(x, y) = I(x,y) R(x,y) I(x,y)：照射分量（低頻） R(x, y)：反射分量（高頻）(圖象細(xì)節(jié)不一樣在空間作快速改變) 第26頁(yè)分析 關(guān)心反射信息，但室內(nèi)外照射分量強(qiáng)度不一樣，圖片明暗不均，能否消除照度不均，而增強(qiáng)反射部分比重?過(guò)程4.6 圖像增晰f(x,y)lnFFTH(u,v)高頻增強(qiáng)FFT -1expg(x,y)第27頁(yè)5.1 圖像復(fù)原基本

11、概念圖像復(fù)原 將降質(zhì)了圖像恢復(fù)成原來(lái)圖像，針對(duì)引發(fā)圖像退化原因，以及降質(zhì)過(guò)程某先驗(yàn)知識(shí)，建立退化模型，再針對(duì)降質(zhì)過(guò)程采取相反方法恢復(fù)圖像。第28頁(yè)5.5 圖像幾何校正幾何畸變校正以一副圖像為基準(zhǔn)，去校正另一個(gè)方式攝入圖像，以校正其幾何畸變，叫做圖像幾何畸變復(fù)原或者幾何畸變校正。第29頁(yè)1最近鄰元法在待求像素四鄰點(diǎn)中，將距離這點(diǎn)最近鄰點(diǎn)灰度賦給待求像素。該方法最簡(jiǎn)單，但校正后圖像有顯著鋸齒狀，即存在灰度不連續(xù)性。2雙線性內(nèi)插法雙線性內(nèi)插法是利用待求像素四個(gè)鄰點(diǎn)灰度在二方向上作線性內(nèi)插, 計(jì)算比最近鄰點(diǎn)法復(fù)雜些，計(jì)算量大。含有低通濾波性質(zhì)，使高頻分量受損，圖像輪廓有一定含糊。 3三次內(nèi)插法 該算法

12、計(jì)算量最大，但內(nèi)插效果最好，精度最高。 5.5.2 幾何校正第30頁(yè)分割：按照一定規(guī)律將圖像或景物分成若干個(gè)部分或 子集過(guò)程目標(biāo)：將圖像中有意義特征或需要特征提取出來(lái)特征：物體(目標(biāo))占有區(qū)、輪廓、紋理、直方圖特征等 1）按幅度不一樣來(lái)分割各個(gè)區(qū)域：幅度分割 2）按邊緣不一樣來(lái)劃分各個(gè)區(qū)域：邊緣檢測(cè) 3）按形狀不一樣來(lái)分割各個(gè)區(qū)域：區(qū)域分割第6章 圖像分割第31頁(yè)（1）雙峰法需要先驗(yàn)知識(shí)，因?yàn)橥恢狈綀D能夠?qū)?yīng)若干種不一樣圖像，直方圖不描述這些像素任何位置信息。只依據(jù)直方圖選擇閾值不一定適當(dāng)。還要結(jié)合圖像內(nèi)容和分割結(jié)果來(lái)確定。（2）該方法不適合用于雙峰差異很大或雙峰間谷比較寬廣而平坦圖像，以及

13、單蜂直方圖情況。6.1.1 閾值分割紅色曲線對(duì)應(yīng)圖像中那些部分？第32頁(yè)也叫大津閾值,把直方圖在某一閾值處罰割成兩組，當(dāng)被分成兩組間方差為最大時(shí)，決定閾值。設(shè)一幅圖像灰度值為1m級(jí)，灰度值i像素?cái)?shù)為ni，則像素總數(shù)為 ，各值概率 ，用T將其分成兩組C0=1T和C1=T+1m，各組產(chǎn)生概率以下：最大方差閾值選取法C0產(chǎn)生概率為：C1產(chǎn)生概率為：第33頁(yè)6.3 圖像區(qū)域分割概述 連通是指集合中任意兩個(gè)點(diǎn)之間都存在著完全屬于該集合連通路徑。 兩個(gè)點(diǎn)有4連通和8連通之分。第34頁(yè)6.3.1 區(qū)域生長(zhǎng)法待分割圖像 第一步結(jié)果第二步結(jié)果最終結(jié)果相同性準(zhǔn)則是鄰近像素與種子像素灰度值差小于3 第35頁(yè)6.3.

14、2 分裂合并分裂準(zhǔn)則：假如某個(gè)子區(qū)域灰度均方差大于1.5，則將其分裂為4個(gè)子區(qū)域，不然不分裂。合并準(zhǔn)則：假如相鄰兩個(gè)子區(qū)域灰度均值之差小于2.5，則合并為一個(gè)區(qū)域。 222222第36頁(yè)6.4 Hough變換6.4.1 Hough變換原理 Hough變換是一個(gè)檢測(cè)、定位直線和解析曲線有效方法。 是把二值圖變換到Hough參數(shù)空間，在參數(shù)空間用極值點(diǎn)檢測(cè)來(lái)完成目標(biāo)檢測(cè) 。對(duì)寫得出方程圖形都可利用Hough變換檢測(cè)。第37頁(yè) a)原鏈碼方向 b)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90 圖a曲線鏈碼為：01122233100000765556706其差分鏈碼為：1010010670000777001116圖b曲線鏈碼為：2

15、3344455322222107770120其差分鏈碼為：10100106700007770011167.2.1 鏈碼描述第38頁(yè)7.2.1 鏈碼描述使用鏈碼時(shí)，起點(diǎn)選擇很關(guān)鍵。對(duì)于同一個(gè)邊界，假如用不一樣邊界點(diǎn)作為鏈碼起點(diǎn)，則得到鏈碼是不一樣。處理方法：鏈碼起點(diǎn)歸一化把鏈碼看作1個(gè)由各方向數(shù)組成自然數(shù)；將這些方向數(shù)依1個(gè)方向循環(huán)以使它們所組成自然數(shù)最?。贿@時(shí)所對(duì)應(yīng)鏈碼起點(diǎn)作為這個(gè)邊界歸一化鏈碼起點(diǎn)。第39頁(yè) 低階矩描述圖像整體特征： 1. 零階矩反應(yīng)了目標(biāo)面積； 2. 一階矩反應(yīng)目標(biāo)質(zhì)心位置； 3.二階矩反應(yīng)目標(biāo)主軸、輔軸長(zhǎng)短和主軸方向角。 高階矩主要描述了圖像細(xì)節(jié)（翹度、偏斜度）。7.3

16、矩特征物理意義第40頁(yè)例:7.4.3 灰度共生矩陣法 設(shè)圖像矩陣為注意：(1)此處與書本是同時(shí)(2) 灰度級(jí)第41頁(yè)水平方向無(wú)重復(fù)，改變較快水平方向數(shù)值大，重復(fù)多，紋理較粗1）對(duì)角線元素全為0，表明同行灰度改變快2）對(duì)角線元素較大，表明紋理較粗7.4.3 灰度共生矩陣法 第42頁(yè)定義： 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是分析幾何形狀和結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)方法，它建立在集合代數(shù)基礎(chǔ)上，是用集合論方法定量描述目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)學(xué)科。 這種結(jié)構(gòu)表示能夠是分析對(duì)象宏觀性質(zhì)，也能夠是微觀性質(zhì)。7.5.1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)概述第43頁(yè)腐蝕 概念：腐蝕表示用某種形狀“探針”對(duì)一個(gè)圖象進(jìn)行探測(cè)，方便找出在圖象內(nèi)部能夠放下該基元區(qū)域。 定義：集合 A 被集合 B 腐蝕,表示為 ,數(shù)學(xué)形式為A B =A B2、腐蝕與膨脹 7.5.2 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)基本算法第44頁(yè)腐蝕 表示將 B 平移 x 但仍包含在A 內(nèi)全部點(diǎn) x 組成. 若把 A 看作輸入圖像, B