数字图像处理及基本知识教学内容
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数字图像处理
相关基Байду номын сангаас知识 主讲：吴发根
图像处理的内容相当丰富，涉及的相关知识和 领域也非常宽广。本章从应用的角度介绍一些与图 像和数字处理密切相关的图像的基本知识，为后续 各章内容的学习做准备。
第二章 图像的基本知识
2.1 图像的概念 2.2 图像信息的分类 2.3 图像的获取及图像函数 2.4 图像的数字化和图像描述 2.5 图像的统计特性 2.6 常用的图像文件格式 2.7 计算机图像数据处理 2.8 图像质量评价 2.9 彩色图像简介
以上是从图像所携带的信息的种类出发进行简单 分类的。当然还可以从其他角度出发进行分类。如 把图像分成静止图像和活动图像、单色图像和彩色 图像等。
在我们数字图像处理中所涉及到的是一些最普通 类型的图像，它们的突出特点是都具有特殊的统计 特性，并且有专门的应用。它包括：
①TV型的自然风景：常见有的图片，如肖象、风景画、建筑物照片等。 ②空间摄影照片和地球资源探测图片：这类图片的特点是往往没有
能量
滤光器
电源输入
外壳
敏感材料
输出电压波形
2-1(a) 单个成像传感器
2-1(c)传感器阵列
b)
2-1(b)带状传感器
a.用单个传感器获取图像
为用单个传感器获取二维图像，传感器和 场景对象之间必须在x和y方向有相对位移。
下图显示了一个高精度扫描装置（鼓形扫 描或光电滚筒扫描器）。
工作原理为:
把一张图片装在一个 滚筒上，滚筒由相应 的装置驱动其转动， 使传感器相对于图像 做垂直方向运动。传 感器安装在引导螺杆 上，它可以在水平方 向上移动。
图像各有特点，与在可见光下得到的图像有所不同。
注：在今后讲课中所提到的一些图像只是极少数的有代表性而又实用的图像。这些图像经过研究大部分可以找到较为近 似的模型和规律，这对方便处理和深入研究来讲无疑都是十分有利的。
2.3 图像的获取及图像函数 (1) 图像获取
图像是由照射源和形成图像的场景元素 对光能的反射或吸收相结合而产生的。
（3）、情绪图像信息 这是一类依赖于受信者的图像信息，它不仅能
给人以直观感觉，而能以其特殊的艺术内容刺激人 的感官，使受信者“触景生情”引起感情上的波动 和情绪上的共鸣。因此，它包含有更多的信息。这 类图像信息不仅取决于图像本身的内容而且还与受 信者的经历、文化修养、年龄、嗜好以及此时此刻 的心境情绪有密切关系。因此，这类图像不仅无法 考虑其概率模型，而且明确其信息量也是极其困难 的。
其工作过程为:
光源 图像
传感器 与光强成正比
电压信号
随光照到不同的灰度位置而变化
数字图像 数字化
优点:
缺点:
是得到高分辨率图像的 廉价方法
速度太慢
b.用带状传感器获取图像
在获取数字图像中更常用的是由单个传感器按线状排列 而形成的带状传感器或传感器带 ,如下图
b)
传感器带在一个方向上提供成像单元。相对
三个词大致可做如下区分： “Picture”是指与照片等相似的用手工描绘的人 物或景物，其中侧重于手工描绘的一类“画”。
“image”是指用镜头等科技手段得到的视觉形象 。一般来讲可定义为“以某一技术手段被再现于二 维画面上的视觉信息”。通俗的说就是指那些用技 术手段把目标（Object）原封不动的一模一样的 再现的景物。它包含用计算机等机器产生的景物 。
（2）景物图像信息 这是一种能给人以主观感觉但并不取决于人本身的
客观场景信息。一般来讲它包含有丰富的内容，所含 的信息量也较多。其特点是景物画面的内容比较复杂， 在传输和处理中做到较大的压缩比较困难，在人机识 别中需要较大的信息量。但在事先设定某种条件的情 况下，是有可能在任何情况下保证正确判断的。
适宜的方向，构图不十分明显，除了海岸线外，没有可区别的形状。
③电子显微镜照片和标准的显微镜照片：这是一类在冶金学、生物
学、医学以及石油探测等都很感兴趣的一类照片。
④文本：这是指一类打印或手写的记号图像。 ⑤图样：它们通常就是简单地由线段和图形构成的单色二值图像。 ⑥专用图像：如：X射线照片、微波照片、红外热象或超声波图像等。这些
获取图像的要素:
照射源:可由传统光源引起如可见光等,也可 由非传统光源引起如超声波等;
场景:可以是人们日常可见的物体，也可以 是分子等。
图2-1显示了用来把照射能量变为数字图 像的三种主要传感器装置。
其原理是：利用对特殊类型能源敏感的传 感器材料，把输入能源转换变为输出电压波形 ，然后将其数字化，从而得到数字图像信息。
2.1 图像的概念
“图像”一词在汉语中很难给出一个明确的定义。 三个与图像有关的英语词：
“Picture”、“image”和“Pattern”。 “Picture” 画、图画、图像、图片、电影等等； “image” 像、图像、景像、映像、影像、映射等； “Pattern” 模型、式样、样本、图案、图、图形等。
（1）符号图像信息 一般是用文字、符号、图形等表示的具体的或抽
象的事物。例如文字，利用文字可组成文章，可以 看成是用二值图像的形式携带这篇文章的寓意。最 有代表意义的符号图像信息是电路图、机械图、建 筑图等，它们都是用二值图像的形式向人们提供信 息的。符号信息是以某一规则排列的记号，因此， 在传送及处理中只要能表达清楚就可以了，它允许 有较大的压缩。
于传感器带垂直方向的运动在另一方向上成像, 如下图所示:
线性移动
这是大多数平板扫 描仪所用的装置。 成像传感器带一次 输出一幅图像的一 行，随着传感器带 的运动完成二维图 像的获取。
传感器带也可以安 装成圆环形状，称为传 感器环或环形传感器带 它主要用于医学和工业 成像，以得到三维物体 的横断截面（切片）图 像，一如个右旋图转所的示X:射线源提供照射，而相对于射 线源的传感器部分接受通过物体的X射线能量。
“Pattern”指的是图形，在拉丁语中指裁衣服 的纸样。因此，它主要是指图案、曲线、图形 。综上所述我们所说的图像处理应是“Image Processing”。这里要处理的主要是属于照片 、复印图、电视、传真、计算机显示的一类图 像。
2.2 图像信息的分类：
图像信息的种类是多种多样的，这里就常见的图 像信息进行简单的分类。概括起来，图像信息大致可 分成三类，即：符号信息 景物信息 情绪信息。
相关基Байду номын сангаас知识 主讲：吴发根
图像处理的内容相当丰富，涉及的相关知识和 领域也非常宽广。本章从应用的角度介绍一些与图 像和数字处理密切相关的图像的基本知识，为后续 各章内容的学习做准备。
第二章 图像的基本知识
2.1 图像的概念 2.2 图像信息的分类 2.3 图像的获取及图像函数 2.4 图像的数字化和图像描述 2.5 图像的统计特性 2.6 常用的图像文件格式 2.7 计算机图像数据处理 2.8 图像质量评价 2.9 彩色图像简介
以上是从图像所携带的信息的种类出发进行简单 分类的。当然还可以从其他角度出发进行分类。如 把图像分成静止图像和活动图像、单色图像和彩色 图像等。
在我们数字图像处理中所涉及到的是一些最普通 类型的图像，它们的突出特点是都具有特殊的统计 特性，并且有专门的应用。它包括：
①TV型的自然风景：常见有的图片，如肖象、风景画、建筑物照片等。 ②空间摄影照片和地球资源探测图片：这类图片的特点是往往没有
能量
滤光器
电源输入
外壳
敏感材料
输出电压波形
2-1(a) 单个成像传感器
2-1(c)传感器阵列
b)
2-1(b)带状传感器
a.用单个传感器获取图像
为用单个传感器获取二维图像，传感器和 场景对象之间必须在x和y方向有相对位移。
下图显示了一个高精度扫描装置（鼓形扫 描或光电滚筒扫描器）。
工作原理为:
把一张图片装在一个 滚筒上，滚筒由相应 的装置驱动其转动， 使传感器相对于图像 做垂直方向运动。传 感器安装在引导螺杆 上，它可以在水平方 向上移动。
图像各有特点，与在可见光下得到的图像有所不同。
注：在今后讲课中所提到的一些图像只是极少数的有代表性而又实用的图像。这些图像经过研究大部分可以找到较为近 似的模型和规律，这对方便处理和深入研究来讲无疑都是十分有利的。
2.3 图像的获取及图像函数 (1) 图像获取
图像是由照射源和形成图像的场景元素 对光能的反射或吸收相结合而产生的。
（3）、情绪图像信息 这是一类依赖于受信者的图像信息，它不仅能
给人以直观感觉，而能以其特殊的艺术内容刺激人 的感官，使受信者“触景生情”引起感情上的波动 和情绪上的共鸣。因此，它包含有更多的信息。这 类图像信息不仅取决于图像本身的内容而且还与受 信者的经历、文化修养、年龄、嗜好以及此时此刻 的心境情绪有密切关系。因此，这类图像不仅无法 考虑其概率模型，而且明确其信息量也是极其困难 的。
其工作过程为:
光源 图像
传感器 与光强成正比
电压信号
随光照到不同的灰度位置而变化
数字图像 数字化
优点:
缺点:
是得到高分辨率图像的 廉价方法
速度太慢
b.用带状传感器获取图像
在获取数字图像中更常用的是由单个传感器按线状排列 而形成的带状传感器或传感器带 ,如下图
b)
传感器带在一个方向上提供成像单元。相对
三个词大致可做如下区分： “Picture”是指与照片等相似的用手工描绘的人 物或景物，其中侧重于手工描绘的一类“画”。
“image”是指用镜头等科技手段得到的视觉形象 。一般来讲可定义为“以某一技术手段被再现于二 维画面上的视觉信息”。通俗的说就是指那些用技 术手段把目标（Object）原封不动的一模一样的 再现的景物。它包含用计算机等机器产生的景物 。
（2）景物图像信息 这是一种能给人以主观感觉但并不取决于人本身的
客观场景信息。一般来讲它包含有丰富的内容，所含 的信息量也较多。其特点是景物画面的内容比较复杂， 在传输和处理中做到较大的压缩比较困难，在人机识 别中需要较大的信息量。但在事先设定某种条件的情 况下，是有可能在任何情况下保证正确判断的。
适宜的方向，构图不十分明显，除了海岸线外，没有可区别的形状。
③电子显微镜照片和标准的显微镜照片：这是一类在冶金学、生物
学、医学以及石油探测等都很感兴趣的一类照片。
④文本：这是指一类打印或手写的记号图像。 ⑤图样：它们通常就是简单地由线段和图形构成的单色二值图像。 ⑥专用图像：如：X射线照片、微波照片、红外热象或超声波图像等。这些
获取图像的要素:
照射源:可由传统光源引起如可见光等,也可 由非传统光源引起如超声波等;
场景:可以是人们日常可见的物体，也可以 是分子等。
图2-1显示了用来把照射能量变为数字图 像的三种主要传感器装置。
其原理是：利用对特殊类型能源敏感的传 感器材料，把输入能源转换变为输出电压波形 ，然后将其数字化，从而得到数字图像信息。
2.1 图像的概念
“图像”一词在汉语中很难给出一个明确的定义。 三个与图像有关的英语词：
“Picture”、“image”和“Pattern”。 “Picture” 画、图画、图像、图片、电影等等； “image” 像、图像、景像、映像、影像、映射等； “Pattern” 模型、式样、样本、图案、图、图形等。
（1）符号图像信息 一般是用文字、符号、图形等表示的具体的或抽
象的事物。例如文字，利用文字可组成文章，可以 看成是用二值图像的形式携带这篇文章的寓意。最 有代表意义的符号图像信息是电路图、机械图、建 筑图等，它们都是用二值图像的形式向人们提供信 息的。符号信息是以某一规则排列的记号，因此， 在传送及处理中只要能表达清楚就可以了，它允许 有较大的压缩。
于传感器带垂直方向的运动在另一方向上成像, 如下图所示:
线性移动
这是大多数平板扫 描仪所用的装置。 成像传感器带一次 输出一幅图像的一 行，随着传感器带 的运动完成二维图 像的获取。
传感器带也可以安 装成圆环形状，称为传 感器环或环形传感器带 它主要用于医学和工业 成像，以得到三维物体 的横断截面（切片）图 像，一如个右旋图转所的示X:射线源提供照射，而相对于射 线源的传感器部分接受通过物体的X射线能量。
“Pattern”指的是图形，在拉丁语中指裁衣服 的纸样。因此，它主要是指图案、曲线、图形 。综上所述我们所说的图像处理应是“Image Processing”。这里要处理的主要是属于照片 、复印图、电视、传真、计算机显示的一类图 像。
2.2 图像信息的分类：
图像信息的种类是多种多样的，这里就常见的图 像信息进行简单的分类。概括起来，图像信息大致可 分成三类，即：符号信息 景物信息 情绪信息。