數(shù)字圖像處理與分析第2章圖像處理基礎(chǔ)知識(shí).ppt
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第2章 圖像處理基礎(chǔ)知識(shí),圖像和視覺(jué) 基礎(chǔ),視覺(jué)基礎(chǔ),人眼與亮度視覺(jué) 顏色視覺(jué),成像基礎(chǔ),成像模型 成像幾何 采樣和量化,圖像基礎(chǔ),像素間聯(lián)系 圖像運(yùn)算 圖像坐標(biāo)變換,,,,,第2章 圖像處理基礎(chǔ)知識(shí),2.1 圖像數(shù)字化 2.2 圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2.3 圖像文件格式 2.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià),2.1 圖像數(shù)字化,2.1.1 圖像傳感器與數(shù)字成像 2.1.2 數(shù)字化原理,2.1.1 圖像傳感器與數(shù)字成像,1. CCD傳感器 電荷耦合器件(Charged Coupled Device),感應(yīng)可見光的光強(qiáng),掃描儀的圖像數(shù)字化過(guò)程原理圖,2.1.1 圖像傳感器與數(shù)字成像,2. CMOS傳感器 互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor),2.1.2 數(shù)字化原理,1.?dāng)?shù)學(xué)模型,2.采樣和量化 采樣:空間上的離散化 量化:灰度上的離散化,連續(xù)信號(hào)(抽樣、量化)——數(shù)字信號(hào),2.1.2 數(shù)字化原理,采樣點(diǎn)陣:正方形、正三角,2.1.2 數(shù)字化原理,圖像矩陣的特點(diǎn): a) b)數(shù)字化抽樣:正方形點(diǎn)陣、三角形點(diǎn)陣、正六角形點(diǎn)陣等,2.1.2 數(shù)字化原理,3. 采樣定理 一維采樣定理:惠特克-卡切尼柯夫-香農(nóng),2.1.2 數(shù)字化原理,二維采樣定理:采樣頻率大于圖像信號(hào)最高頻率的2倍,2.1.2 數(shù)字化原理,,2.1.2 數(shù)字化原理,4.采樣誤差 混疊噪聲 孔徑效應(yīng):實(shí)際采樣脈沖不是理想沖擊函數(shù),有一定的寬度,會(huì)產(chǎn)生失真 插入噪聲:由采樣圖像信號(hào)恢復(fù)到原圖像,無(wú)理想濾波器(在 內(nèi)頻率特性平坦,相位特性成直線) 抖動(dòng)噪聲:采樣周期為 ,但發(fā)射與接受端 存在相位差異,稱相位抖動(dòng)。,5.量化 均勻量化 非均勻量化: a)基于視覺(jué)特性:對(duì)亮度值急劇變化部分無(wú)需過(guò)細(xì)分層,進(jìn)行粗量化,對(duì)亮度值平緩變化部分需過(guò)細(xì)分層,進(jìn)行細(xì)量化 b)先計(jì)算所有可能的亮度值出現(xiàn)的概率分布,對(duì)概率分布大的進(jìn)行細(xì)量化,對(duì)概率分布小的進(jìn)行粗量化,非均勻量化可以減少量化誤差,又能用較少的比特?cái)?shù)實(shí)現(xiàn)量化,2.1.2 數(shù)字化原理,量化和采樣是兩個(gè)不同的概念,量化是在每個(gè)采樣 點(diǎn)上進(jìn)行的,所以必須先采樣后量化。 量化和采樣是圖像數(shù)字化的不可或缺的兩個(gè)操作, 二者緊密相關(guān),同時(shí)完成。,2.1.2 數(shù)字化原理,6. 采樣和量化的關(guān)系,2.1.2 數(shù)字化原理,2.1.2 數(shù)字化原理,2.1.2 數(shù)字化原理,非均勻采樣和量化 -細(xì)節(jié)部分,分配較多的采樣 -灰度突變部分,可用較少的灰度級(jí)數(shù),2.1.2 數(shù)字化原理,表示灰度級(jí)、bright, 彩色 ,連續(xù)圖像 .如X光圖像反映人體組織吸收特性,紅外圖像 反映溫度輻射特性,CCD反映可見光的特性,在圖像建模中涉及到 保真度(fidelity):衡量處理方法好壞,清晰否? 采樣、量化 正交序列展開,F(xiàn)ourier變換 統(tǒng)計(jì)模型:把圖像看成一個(gè)集合的成員如均值、方差。,2.1.2 數(shù)字化原理,2.2 圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2.2.1 圖像模式 2.2.2 彩色空間 2.2.3 圖像存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2.2.1 圖像模式,1.灰度圖像 可由黑白照片數(shù)字化得到,或從彩色圖像進(jìn)行去色處理得到(256灰度級(jí)),2.二值圖像 灰度圖像經(jīng)過(guò)二值化處理后的結(jié)果,兩個(gè)灰度級(jí),只需用1bit表示。,2.2.1 圖像模式,3.彩色圖像 彩色圖像的數(shù)據(jù)不僅包含亮度信息,還要包含顏色信息。彩色的表示方法是多樣化的。 三基色模型:RGB(Red / Green / Blue,紅綠藍(lán)) RGB三基色可以混合成任意顏色。,2.2.1 圖像模式,2.2.2 彩色空間,1)RGB彩色空間:面向硬件設(shè)備的彩色模型 三基色原理三基色指可以用來(lái) 調(diào)配出其它顏色的紅、綠、藍(lán) 三種顏色。 彩色圖像可由紅、綠、藍(lán) 三基色圖像疊加而成。,,2.2.2 彩色空間,在RGB彩色空間中,任意彩色光 的配色方程式為:,2)CMY彩色空間 自然界物體顏色光的形成方式將物體劃分為兩類——發(fā)光物體和不發(fā)光物體,發(fā)光物體稱為有源物體,不發(fā)光物體稱為無(wú)源物體。無(wú)源物體是不發(fā)出光波的物體,其顏色由該物體吸收或反射哪些光波來(lái)決定,因此采用CMY三基色相減模型和CMY彩色空間描述。,2.2.2 彩色空間,2.2.2 彩色空間,油墨和顏料的三基色是CMY(Cyan / Magenta / Yellow,青 / 洋紅 / 黃)而不是RGB,CMY三基色的特點(diǎn)是油墨和顏料用的越多,顏色越暗(或越黑),所以將CMY稱為三減色,而RGB稱為三加色。,2.2.2 彩色空間,3)HSI彩色空間 區(qū)分顏色常用的3種基本特性量:色調(diào)(Hue)、飽和度(Saturation)、強(qiáng)度 (Intensity)。 色調(diào)Hue:與混合光譜中主要光波長(zhǎng)相聯(lián)系 飽和度Saturation :與一定色調(diào)的純度有關(guān) 強(qiáng)度Intensity:與物體的反射率成正比,1. 一維數(shù)組方式: 行 列 2.多波段圖像數(shù)據(jù)結(jié)合結(jié)構(gòu) 1)按各個(gè)波段存儲(chǔ),2.2.3 圖像存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2)按掃描行存儲(chǔ),3)按各個(gè)像素存儲(chǔ),2.2.3 圖像存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2.多波段圖像數(shù)據(jù)結(jié)合結(jié)構(gòu),2.3 圖像文件格式,2.3.1 BMP文件格式 2.3.2 GIF文件格式 2.3.3 TIFF文件格式 2.3.4 JPEG文件格式 2.3.5 DICOM文件格式,2.3 圖像文件格式,2.3.1 BMP文件格式 不經(jīng)過(guò)壓縮直接按位存盤的文件格式,稱為位圖(bitmap)。 2.3.2 GIF文件格式 GIF(graphic Interchange Format)是由CompuServe公司設(shè)計(jì)和開發(fā)的文件存儲(chǔ)格式,用于存儲(chǔ)圖形,也可以用來(lái)存儲(chǔ)256色圖像。擴(kuò)展名為gif。,2.3 圖像文件格式,2.3.3 TIFF文件格式 TIFF(Tagged Image File Format)是相對(duì)經(jīng)典、功能很強(qiáng)的圖像文件存儲(chǔ)格式,擴(kuò)展名為tif或tiff。 2.3.4 JPEG文件格式 由(國(guó)際)聯(lián)合圖像專家組(Joint Photographic Experts Group)提出的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)文件格式,是面向常規(guī)彩色圖像及其它靜止圖像的一種壓縮標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)展名為jpg或jpeg。,2.3.5 DICOM文件格式 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 是醫(yī)學(xué)圖像文件存儲(chǔ)格式,為各類醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的存檔、傳輸和共享而起草和頒布的。DICOM格式支持幾乎所有的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像設(shè)備,例如CT、MR、DR、超聲、內(nèi)窺鏡、電子顯微鏡等,成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)傳輸技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)的主要組成部分。DICOM文件的常見擴(kuò)展名為DCM。,2.3 圖像文件格式,2.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià),2.4.1 圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià) 2.4.2 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià),2.4.1 圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià),歸一化方均誤差,峰值方均誤差,等效信噪比,2.4.1 圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià),f(j,k)——被變換的圖像場(chǎng),A——f(j,k )的最大值,圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究是圖像信息工程的基本技術(shù)之一。 光電變換——傳輸——處理——記錄——其他變換,圖像增強(qiáng):就是為了改善圖像的主觀視覺(jué)顯示質(zhì)量 圖像復(fù)原:是用于補(bǔ)償圖像的降質(zhì),使復(fù)原后的圖像接近原像,圖像編碼技術(shù) :在保持被編碼圖像一定質(zhì)量的前提下, 以盡量少的碼字來(lái)表示圖像,以節(jié)省信道和儲(chǔ)存器容量,2.4.2 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià),基本概念 圖像逼真度(Fidelity)——描述被評(píng)價(jià)圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像的偏離程度,圖像可懂度(Intelligibility) ——表示圖像能向 人或機(jī)器提供信息的能力,2.4.2 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià),外行、內(nèi)行 主觀評(píng)價(jià):采用目視觀察和主觀感覺(jué)評(píng)價(jià)圖像的質(zhì)量 絕對(duì)評(píng)價(jià)——標(biāo)準(zhǔn)圖像作參考。,“全優(yōu)度尺度”: 非常好圖像 5分 好圖像 4分 中等圖像 3分 差圖像 2分 非常差圖像 1分,2.4.2 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià),,相對(duì)評(píng)價(jià)——圖像好到壞分類,比較。 “群優(yōu)度尺度”最好、稍好,一批中最好的圖像 7分 比該批的平均水平好的圖像 6分 稍好于該批的平均水平圖像 5分 該批平均水平的圖像 4分 稍次于該批的平均水平圖像 3分 比該批的平均水平差的圖像 2分 一批中最差的圖像 1分,2.4.2 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià),作業(yè) 2-1 畫出視覺(jué)信息在眼球內(nèi)(視網(wǎng)膜中)的傳輸過(guò)程模型示 意圖,并扼要說(shuō)明之 2-2 畫出黑白視覺(jué)擴(kuò)展模型,并略加說(shuō)明,作業(yè),- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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