数字图像处理2教学内容

数字图像处理 (2)
二
? 计算机在图象是以数字的方式存储与工作的，
、
它把图像按行与列分割成m×n个网格，然 后每个网格的图像表示为该网格的颜色平均
数
值的一个像素，亦即用一个m×n的像素矩
字 图
阵来表达一幅图像，m与n称为图像的分辨 率。显然分辨率越高，图像失真越小。也是 因为计算机中只能用有限长度的二进制位来
字
式、复制而产生图像质量的退化，从而能准 确地再现出来；
图
（2）精度高，目前可以将一幅模拟图像数字化
像
为（8/ mm个象素点）任意在的二维数组，每 个象素的亮度值可以量化为 12Bit（2048灰度
处
级），即图像数字化精度可以足够高；
理
（3）灵活性大，任意一种模拟图像的处理方法， 一般都只能对图象做有限的若干种处理，如
误差。
但是由于人的眼睛对空间分辨率都是有限的，因
此只要恰当地选取抽样间隔与量化的灰度级数，上述 误差是可以忽略不计的。 数字图像在处理上有许多明 显的优点。见对照表1：
表1 图像处理方式比较
图像方式 处理速度 灵活性能 精度 再现性
光学
快
中
中
中
照片
快
差
差
差
录像
快
中
差
中
数字
慢
好
高
好
数
（1）再现性好，数字图像不会因存储、传输方
个步骤：
将二维空间图像上的连续亮度住处
（即灰度素点）具体做法如图1所示：
抽
样
图象数字化
?
量化就是把抽样后每一个象素点的亮
度值离散化使其成为有限个整数值（一般
为0-256个灰度值）。把一个象素点，由黑
2.
色渐变为灰色渐变为白色的连续变化的亮
量
度值量化为 0~256 个灰度值，（每个象素
的
光学处理，而数字图像处理不仅能完成线性
优
运算，也可完成非线性运算，及一切可以用 数字公式或逻辑表达式来表达的图像做数字
点
处理运算。
数 字 图 像 的 表 示 方 式
? 数字化后的一幅黑白图像，可以用M×N个字节来表 示。对电子计算机来说，可以用数学公式f（Xi，Yj） 来表示。数组f（Xi，Yj）中i=1，2，3…m，j=1，2， 3，…n。式中f（Xi，Yj）值代表图像中（Xi，Yj） 点处象素的灰度值。
象 处
表示颜色的缘故，每个像素点的颜色只能是 所有可表达的颜色中的一种，这个过程称为 图像颜色的离散化。颜色数越多，用以表示
理
颜色的位数越长，图像颜色就越逼真。
二、 数 字 图 象 处 理
本节内容 : ? 1、图像媒体 ? 2、图像数字化 ? 3、数字图像处理的优点 ? 4、数字图像的表示方式 ? 5、数字图像处理 ? 6、医学数字图像处理的应用
在屏幕上以一定的宽度（即抽样间距）分别
图
在水平和垂直方向上将图像分割成，称为象
像
素点的细小区域。分割的越细，象素点越多，
数
图像就越清晰。抽样的结果将使图像变成每
字
行有M个象素点， 每列有N 个象素。 整幅图
化
像将产生M*N个象素组成的离散的象素点集。
图 象 数 字 化 过 程
光学图像、照片以及人的眼睛看到的 一切景物，都是模拟图像， 这类图像无法 直接用计算机处理。为了使图像能在电子 计算机中作处理运算，必须将模拟图像转 化为离散数字所表示的图像，即所谓的数 字图像。 将模拟图像转化为数字图像的过 程称为图像数字化。这一过程是图像处理 技术的基础，一般图像数字化包括下列两
的文件也就越大。因此修改了前二者的参数就直接决
定了第三者的参数。
位数 颜色数 位数 颜色数
颜色数 是指一幅图 像最多能表 达的不同的 颜色数目， 它取决于描 述每个像素 点所用的二 进制位数， 见表2-1。
1
2
8
256
2
4
16
65536
4
16
24 16777216
每个像素点所用的二进制位数又称为图像的位数。 通常把24位及更高位的图像称为真彩色的，因为其颜色 之多已可以表达所有细微的颜色差别了。
? 在现实生活中有多种多样的图像，根据各类图像灰 度层次的多少、光谱轴及时间轴上的组合方式的不 同，其数字化后的描述形式如表2-4所示。
图像 二值图像 黑白图像
数字化后描述形式 f（X，Y ）=1或 0 0≤f（X，Y）≤2n-1
备注 文字、线条图、指纹等 黑白图像，一般 n=6~8
彩色图像 |fi（X，Y）| i=R，G，B 以三基色表示的彩色图像
媒
大小直接影响图像的品质，分辨率越高，图像越清晰，
所产生的文件也就越大，在工作中所需的内存和CPU处
体
理时间也就越高，所以在制作图像时，不同品质的图像
就需设定适当的分辨率，才能最经济有效地制作出作品。
另外，图像的尺寸大小、图像的分辨率和图像文件大
小三者之间有着很密切的关系，一个分辨率相同的图像，
如果尺寸不同，它的文件大小也不同，尺寸越大所保存
化
用一个字节来储存量化后的信息，即 8Bit）,量化后的灰度值即反映了对应象素
点的亮度明暗值。
?
经过抽样、量化后， 一幅黑白模拟图
像就会离散化成为M*N个字节的数字图像，
即变成适用于电子计算机处理的数字图像。
在图像数字化过程中把原来连续变化的亮
度信息变成离散的数字信息，二者间是有
差别的，即在数字化过程中会带来一定的
用像素点阵表示图像是最自然的方式，因为图像最 终需要在屏幕上显示，而屏幕也是由离散的点阵组成的。 常用“分辨率”和“颜色数”两参数描述图像的特性。
图
? 分辨率表示图像垂直与水平方向的像素的点数。若假 定图像的尺寸大小是固定的，而点的大小是可变的，则
像
分辨率表示了图像致密的程度，通常用每英寸的点数 dpi（dot per inch）来衡量。数字化图像中，分辨率的
光谱图像 立体图像 动态图像
|fi（X，Y）| i=1，2…m fl （ X ， Y）， fr （ X ， Y）
遥感图像， m=6~8 或更大
左右视点得到同物体的图 像对
|ft（X，Y）| t=t1，t2…tr. 动态图像，动画制做等
由上表可见，尽管图像类别不同，视
常用的表示颜色的方法是：将该颜色分解成三基 色——红、绿、蓝（R，G，B）用不同亮度的这三种基 色组合在一起，可以生成所有的颜色。若用24个二进制 位来表示一个颜色，则可将颜色表示为各占8位的红、绿、 蓝亮度数据，每种基色的变化范围为0~255。0表示最暗， 255表示最亮。由于将每个分量都看作是亮度信号，故 0~255个变化称为256个灰度等级。