第1章 DSP数字图像处理基础知识

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目 录
1.1 数字图像处理的起源及发展
1.2 数字图像处理的基本概念
1.3 数字图像处理的应用领域 1.4 数字图像处理的优势 1.5 数字图像处理的基本模块 1.6 数字图像处理的研究内容与发展方向 1.7 基于DSP的图像处理系统
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本章学习目标
掌握数字图像处理的基本概念; 了解数字图像处理的应用领域； 了解数字图像处理的主要优势；
目录目录11数字图像处理的起源及发展12数字图像处理的基本概念13数字图像处理的应用领域14数字图像处理的优势15数字图像处理的基本模块?第4102页15数字图像处理的基本模块16数字图像处理的研究内容与发展方向17基于dsp的图像处理系统本章学习目标?掌握数字图像处理的基本概念
数字信号处理器原理A
例：求一幅512×512的24位BMP格式图像的存储容量是多少？ 解： 512 × 512 × 24 bit = 512 × 512 × 3 Byte = 768 KB。
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1.2 数字图像处理的基本概念 1.2.6 颜色空间
颜色空间是颜色集合的数学表示；
三种最常用的颜色模型是： RGB（用于计算机图形学中）； YUV或YCbCr（用于视频系统中）； CMYK（用于彩色打印）。
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1.2 数字图像处理的基本概念
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1.2 数字图像处理的基本概念
1.2.1 图像的概念
“图”是物体透射光或反射光的分布，是客观存在的 。 “像”是人的视觉系统对图在大脑中形成的印象或 认识，是人的感觉。
图像（image）是图和像的有机结合，既反映物体的 客观存在，又体现人的心理因素。 图像是客观对象的一种可视表示，它包含了被描述 对象的有关信息。
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1.2 数字图像处理的基本概念 4、索引色图像：
索引图像采用两个矩阵来表示一幅图像，分别是 图像数据矩阵和调色板矩阵； 调色板是一个有3列和若干行的色彩映像矩阵，矩 阵每行代表一种颜色，3列分别代表红、绿、蓝色 强度的双精度数。
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1.2 数字图像处理的基本概念
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1.2 数字图像处理的基本概念 像素和分辨率的关系：
通俗的理解，可以把像素数看成是分辨率的 乘积； 例如：
我们在一台数码相机上将其分辨率设置为 4572×3168； 那么它的像素大约是： 4572×3168=14484096≈1500万像素
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1.2 数字图像处理的基本概念
Godfrey N. Hounsfield 1919~2004
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1.1 数字图像处理的起源与发展
4、数字处理技术的发展：
70年代中期，开始研究如何用计算机系统解释图像， 这被称为图像理解或计算机视觉； 80年代末期，人们开始将其应用于地理信息系统；
90年代初开始的，小波理论迅速发展，小波分析也被 认为是信号、图像分析在数学方法上的重大突破； 21世纪，随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不 断完善，数字图像处理技术在许多应用领域受到广泛 重视并取得了重大的开拓性成就。
（3）相对于位图图像来说，文件所占存储空间较小。
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1.2 数字图像处理的基本概念
1.2.3 数字图像的主要参数
1、像素（pixel）：
像素是组成图像的最基本单位；
换言之，像素就是一个个的点，图片就是 由无数个点构成; 点越多，图像的细节信息就越丰富，图片 也就越清晰。
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1.2 数字图像处理的基本概念
1.2.2 图像的类型
根据图像空间坐标和幅度（亮度或色彩）的连续
性的不同，图像可分为二类：
（1）模拟（连续）图像
（2） 数字图像 （离散） 其中： 模拟图像是空间坐标和幅度都连续的图像； 数字图像是空间坐标和幅度均用离散的数字表示 的图像。 （一般用整数表示）
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1.2 数字图像处理的基本概念 1.2.5 BMP位图的颜色数目
对于2色位图，1位表示一个像素颜色，所以一个字节表示8 个像素，可以表示的色彩数：21=2；
对于16色位图，4位表示一个像素颜色，所以一个字节表示 2个像素，可以表示的色彩数：24=16； 对于256色位图，8位表示一个像素颜色，1个字节表示1个 像素，28=256； 对于真彩色图（24位），3个字节表示一个像素， 224=16777216；
了解数字图像处理的研究内容与发展趋势；
掌握基于DSP的图像处理系统的特点与优势；
知识要点：
掌握数字图像处理的基本概念。
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1.1 数字图像处理的起源与发展
1、“图像”的定义：
在网络迅速发展的今天，Google可以搜索到与 “image”一词有关的内容有五千多万条，然而， “image”至今还没有一个精确的定义； 在Webster词典中，“图像(image)”被等同于“图 片(picture)”，被模糊的定义为“一种绘画或摄影的 简单数字化表示”；
1.2.3 数字图像的主要参数
3、像素的深度：
图像深度是指存储每个像素所用的位数 , 也用于 量度图像的色彩分辨率； 图像深度决定了彩色图像中可出现的最多颜色 数，或灰度图像中的最大灰度等级；
比如：一幅单色图像，若每个象素有 8 位，则最大灰度 数目为2的8次方,即256。
一幅 RGB 彩色图像 3 个分量的象素位数分别为 4 、 4 和 2 ，则最大颜色数目为 2 的 4+4+2 次方，即 1024 ，就是说 像素的深度为10位，它最多可以表示1024种颜色。
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前 言
图像处理的数据量大，实时图像处理系统必须具有 强大的运算能力。 高性能DSP芯片不仅可以满足在运算性能方面的需 要，而且由于DSP的可编程性，还可以在硬件级获 得系统设计的灵活性。 为了帮助大家快速掌握基于DSP的数字图像处理系 统的开发与设计，本书以TMS320C64x芯片作为图 像处理系统的平台，介绍了各种图像处理算法的基 本原理与编程实现方法。
头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是我们
通常所说的CT（Computer Tomography）。 1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT装置，获 得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。 1979年，这项无损伤诊断技术被授予诺贝尔奖，以 表彰它对人类做出的划时代贡献。
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1.2 数字图像处理的基本概念 1.2.4 图像处理与图像表示
1、图像处理：
图像处理方法可分为以下三类：
模拟图像处理
数字图像处理 光电结合处理
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1.2 数字图像处理的基本概念
1.2.4 图像处理与图像表示
2、图像的表示：
图像是由像素的二维矩阵排列而成； 一幅灰度图像可用二维离散亮度函数f(x, y)表示，其中x， y说明图像像素的坐标，函数值f代表了在点（x, y）处像素 的亮度值； 也可用二维矩阵A[m, n]表示， 其中m和n表示图像的宽和高， 矩阵元素A[i，j]的值表示图像 在第i行第j列的像素的灰度值。
3、“图像处理技术”的成功应用之一：
美国喷气推进实验室（JPL） ：
1964年，对几千张月球照片进行图像处理，由计算 机成功地绘出月球表面地图，获得了巨大的成功 。 随后，对近十万张照片进行更为复杂的图像处理， 获得月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，为人类 登月创举奠定了坚实的基础。 在以后的宇航空间技术探测研究中，数字图像处理 技术都发挥巨大的作用。
人类对于图像的认识和利用还停留在一个较低的层 次，对于图像处理技术甚至图像定义本身还需要更 多、更深入的研究。
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1.1 数字图像处理的起源与发展
2、“图像处理技术”的起源：
20世纪60年代随着计算机技术和VLSI（Very Large Scale Integrator）技术的发展而产生、发展和不断 成熟起来的一个新兴技术领域，它在理论上和实际 应用中都取得了巨大的成就；
5、位图图像（点阵图）：
称为栅格图像，它由点组成，这些点称为像素;
每个像素点记录了图像相应的颜色信息。
其主要特点有：
（1）在屏幕上缩放位图图像时，它们可能会丢失细节信息 （2）位图可以表现层次和色彩比较丰富、画面细致的图像； （3）位图图像所占存储空间较大。
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1.2 数字图像处理的基本概念
RGB图像又称为真彩色图像，它利用R、G、B三 个分量合成来表示一个像素的颜色； R、G、B分别对应三原色的红、绿、蓝。因此， 一幅尺寸为 M*N的 RGB图像需要一个三维矩阵来 存储，三维矩阵的尺寸为M*N*3；
如果要读取图像中（ 100 ， 50 ）处的像素值，需 要查看三元数据（100，50，1：3）。
灰度图像是指每个像素由一个量化的灰度值来描 述的图像； 它不包含彩色信息；
若灰度图像的像素是uint8或uint16型，则它们的 整数值范围分别是[0,255]和[0,65535]； 若图像是double型，则像素的取值就是双精度浮 点型 。
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1.2 数字图像处理的基本概念 3、RGB彩色图像：
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1.2 数字图像处理的基本概念
1.2.2 图像的类型
计算机只能处理“数字图像”，数字图像大致可 以分为以下几种类型：
1、二值图像：
又称为黑白图像，是指图像的每个像素只能是黑 或白，没有中间的过渡。二值图像的像素值为0或 1。
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1.2 数字图像处理的基本概念 2、灰度图像：
第1章 DSP数字图像处 理基础知识
西安邮电大学 通信与信息工程学院 2014年2月
前 言
随着计算机、多媒体和数据通信技术的高速发展， 数字图像技术近年来得到了极大的重视和长足的发 展，主要应用有：
在科学研究、工业生产、医疗卫生、教育、娱乐、管理和通 信等方面取得了广泛的应用。
同时，人们对计算机视频应用的要求也越来越高， 从而使得高速、便捷、智能化的高性能数字图像处 理设备，成为未来视频设备的发展方向； 实时图像处理技术在目标跟踪、机器人导航、辅助 驾驶、智能交通监控中都得到越来越多的应用。
视觉是人类最重要的感知手段，图像又是视觉的基 础。早期图像处理的目的是改善图像质量，它以人 为对象，以改善人的视觉效果为目的 ； 图像处理中输入的是质量低的图像，输出的是改善 质量后的图像。常用的图像处理方法有图像增强、 复原、编码、压缩等。 第 7/102页
1.1 数字图像处理的起源与发展
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1.2 数字图像处理的基本概念
1.2.3 数字图像的主要参数
3、像素的深度：
例如：一幅画的尺寸是1024×768，深度为16，则 它的数据量为1.5M。 计算如下：1024×768×16bit =(1024×768×16)/8字节 =[(1024×768×16)/8]/1024 KB = {[(1024×768×16)/8]/1024}/1024 MB。
1.2 数字图像处理的基本概念
1.2.3 数字图像的主要参数
2、像素的分辨率：
指图像中存储的信息量，是每英寸图像内有多 少个像素，分辨率的单位为PPI； 图像分辨率的表达方式也为“水平像素数×垂 直像素数”； 除图像分辨率这种叫法外，也可以叫做图像大 小、图像尺寸、像素尺寸和记录分辨率；
图像分辨率以比例关系影响着文件的大小，即 文件大小与图像分辨率的平方成正比。
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科班出身
美国漫步者7号拍摄到的第一幅图像(1964年，7月31日，上午9:09)
From Gonzalez’s book, Fig.1.4
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1.1 数字图像处理的起源与发展
3、“图像处理技术”的成功应用之二：
另一个巨大成就是在医学上 ：
1972年，英国EMI公司工程师Housfield发明了用于
6、矢量图像：
矢量图是由图形软件创建的。如： Illustrator 、 CorelDraw ;
矢量图用数学的向量方式来记录图形内容，图形 以线条和色块为主。例如：一条线段只需要记录 两个断点的坐标、线段的粗细和色彩即可。 其主要特点有：
（1）矢量图形与分辨率无关，可以将它们任意缩放；
（2）矢量图形不适合制作色调丰富、色彩变化太多的图像；