第一章數(shù)字圖像處理基礎知識大綱1、數(shù)字圖像簡介2、圖像采樣和量化3、簡單圖像處理1、數(shù)字圖像簡介數(shù)字圖像簡介“圖”是客觀世界物體反射或透射光的分布，是客觀世界的反映。而“像”則是人類視覺系統(tǒng)對圖的響應，是人的大腦的印象或認識，是人的感覺的一種。圖像（image）是圖和像的有機結合，既反映物體的客觀存在，又體現(xiàn)人的感知因素。圖像處理旨在針對特定任務，提升圖像的可理解性。對光的操作可理解為圖的處理，如拍照時的閃光燈補光操作、單反相機的鏡頭濾鏡等。對成像結果的處理，可以理解為像的操作，如大家常用的美顏相機軟件內的各種操作。本書講述的內容均屬于像的處理。數(shù)字圖像由二維的元素組成，每個元素包含一個坐標以及一個響應值，每個元素稱為數(shù)字圖像的一個像素。數(shù)字圖像是由像素組成的二維排列，可以用像素構成的二維矩陣來表示。對于灰度圖像而言，每個像素可以用一個整數(shù)值來表示，通常其數(shù)值范圍在之間，其中0表示最低亮度(黑)、255表示最高亮度(白)，其它值表示中間灰度。而彩色圖像則是由紅、綠、藍三色元組矩陣來表示，通常三元組的每個數(shù)值也是0到255之間數(shù)字圖像簡介彩色圖像則是由紅、綠、藍三色元組矩陣來表示，通常三元組的每個數(shù)值也是0到255之間數(shù)字圖像簡介數(shù)字圖像處理是指借助計算機強大的運算能力對以數(shù)字形式存儲的圖像進行去噪、特征提取、增強等技術對圖像進行加工、處理的方法。圖像處理方法主要的目的包括如下三個方面：一、提升圖像的視覺感知質量，如通過亮度、彩色等變換操作，抑制圖像中某些成分，提升圖像中特定成分的表現(xiàn)力，以改善圖像的視覺感知效果。二、對圖像中感興趣區(qū)域或特征進行提取，這些信息可以作為圖像分類、分割或語義標注的依據，為進一步計算機圖像分析提供便利。提取的特征按照表示方式的不同可以分為空域特征和頻域特征兩大類。按照提取特征所表達的圖像信息的不同，可以將提取出來的特征分為顏色特征、邊界特征、區(qū)域特征、紋理特征、形狀特征及圖像結構特征等。三、為方便圖像的存儲和傳輸，對圖像進行變換、編碼和壓縮。為了減少圖像的存儲空間，降低圖像在網絡傳輸中的時間耗費，使用各類編碼方法對圖像進行編碼，然后使用如JPEG、BMP等壓縮標準對圖像進行壓縮。2、圖像數(shù)字化圖像數(shù)字化圖像的數(shù)字化是將連續(xù)模擬圖像轉化為計算機可處理的離散數(shù)字圖像的過程，該過程包括兩種操作：采樣和量化。采樣：圖像空間坐標的離散化，決定了圖像的空間分辨率。量化：圖像響應幅值的離散化，決定了圖像的灰度分辨率。采樣和量化是將模擬圖像轉化為數(shù)字圖像的兩個最重要操作。數(shù)字圖像采樣和量化示意圖，(a)圖像采樣，映射到離散坐標。(b)圖像量化，映射到離散響應值圖像數(shù)字化圖像采樣，就是將一幅在空間上連續(xù)分布的模擬圖像分割成MXN網格，每個網格稱為一個像素。根據香農采樣定理，只要采樣的頻率大于被采樣信號最高頻率的兩部，就可以由采樣信號對原始信號的形態(tài)進行完整恢復。圖像采樣可以看作是對原始圖像信號的一種數(shù)字化逼近。圖像采樣是對圖像空間位置的數(shù)字化，采樣需要確定水平和垂直方向上分割出像素的數(shù)量，該數(shù)量又稱為圖像的分辨率。圖像采樣結果，分辨率分別為(600x400)、(120x80)、(30x20)、(5x4)圖像數(shù)字化模擬圖像經過采樣后，在空間上實現(xiàn)了離散化，并形成像素。但采樣所得的像素值(即灰度值)依舊是連續(xù)量。把采樣后所得的各像素的灰度值從連續(xù)量到離散量的轉換稱為圖像灰度的量化。圖像采樣將圖像的空間域限定為有限的離散坐標，而圖像量化則將圖像的響應值限定為有限的離散數(shù)值。不同數(shù)量灰度級量化對圖像質量的影響圖像數(shù)字化二維矩陣是表示數(shù)字圖像的重要數(shù)學形式。一幅圖像可以表示為矩陣，矩陣中的每個元素稱為圖像的像素。每個像素都有它自己的位置和值，值是這一位置像素的顏色或者強度。一般而言，我們可以直接用二維矩陣A來表示量化后的圖像會更為方便數(shù)字圖像表示圖像數(shù)字化按照圖像矩陣表示形式的不同，大致可以分為二值圖像、灰度圖像、彩色圖像三類。二值圖像也稱單色圖像或1位圖像，即顏色深度為1的圖像。顏色深度為1表示每個像素點僅占1位，一般用0表示黑，1表示白?；叶葓D像是包含灰度級（亮度）的圖像，每個像素由8位組成，其值范圍從0~255，表示256種不同的灰度級。與二值圖像相比，灰度圖像可以呈現(xiàn)出圖像的更多細節(jié)信息。彩色圖像與灰度圖像類似，每個像素也會呈現(xiàn)0-255等256個灰度級。與灰度圖像不同的是，彩色圖像每個像素由三個8位灰度值組成，分別對應紅、綠、藍三個顏色通道典型二值圖像及其矩陣表示3、簡單數(shù)字圖像處理簡單數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像的本質是一個多維矩陣，數(shù)字圖像處理的本質是對多維矩陣的操作。按照處理對象的不同，可將數(shù)字圖像處理分為黑白圖像處理、灰度圖像處理、彩色圖像處理。按照處理方法進行劃分，可以分為空間域處理與頻率域處理。按照處理策略不同，又可以分為全局處理與局部處理。數(shù)字圖像處理的一般步驟簡單數(shù)字圖像處理亮度操作：亮度也稱為灰度，它是顏色的明暗變化范圍，常用0％～100％(由黑到白)表示。一般數(shù)字圖像的像素亮度從0-255，可以通過對像素構成矩陣的灰度值進行操作，達到調整圖像亮度的目的。對比度操作：對比度指的是圖像暗和亮的落差值，即圖像最大灰度級和最小灰度級之間的差值。圖像對比度調整簡單數(shù)字圖像處理圖像運算是以圖像為單位對圖像進行的數(shù)學操作，是數(shù)字圖像信號處理的基礎，運算對象以像素點為基本單位，運算結果為一幅灰度分布與原圖像不同的新圖像?；镜膱D像運算包括算術和邏輯運算。常見的算術運算包括點運算、