数字图像处理复习总结(武汉大学)

第一章导论

1.图像

图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的写真或描述。

2.图像的分类

根据人眼的视觉特性：可见图像和不可见图像；

根据波段数：单波段（每个点只有一个亮度值），多波段（每个点具有多个特性），超波段(每个点具有几十几百个特性)。

根据空间坐标和亮度的连续性：模拟图像，数字图像；

3.图像处理

模拟图像处理：利用光学，照相方法对模拟图像的处理；

数字图像处理：利用计算机对数字图像进行系列操作，从而获得某种预期的结果的技术。

4.数字图像处理的内容

它是研究图像的获取、传输、存储、变换、显示、理解与综合利用的一门崭新学科。根据抽象程度不同可分为三个层次：狭义图像处理、图像分析和图像理解。

具体而言,包括：图像的数字化，图像变换，图像增强，图像的恢复与重建，图像编码，图像分割，二值图像处理与形状分析，纹理分析，图像识别

5.数字图像处理系统

采集，显示，存储，通信，主机，图像处理软件

6.数字图像处理的特点

精度高：对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特、8比特还是其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必须对装置进行大幅度改进。

再现性好：不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中，就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性

通用性，灵活性强：对可见图像和不可见光图像（如X光图像、热红外图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设备规模和精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样进行处理，这就是数字处理图像的通用性。

第二章数字图像处理的基本概念

1.图像数字化

图像数字化是将一幅画面转化成计算机能处理的形式——数字图像的过程。具体说来，就是把一幅图画分割成一个个小区域（像元或像素），并将各小区域灰度用整数来表示，形成一幅点阵式的数字图像。它包括采样和量化两个过程。像素的位置和灰度就是像素的属性。

2.采样

将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样。采样间隔和采样孔径的大小是两个很重要的参数。采样方式:有缝、无缝和重迭

3.量化

经采样图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度是连续的，还不能用计算机进行处理。将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫量化。量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨率高，图像质量好，但数据量大；量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。但在极少数情况下对固定图像大小时，减少灰度级能改善质量，产生这种情况的最可能原因是减少灰度级一般会增加图像的对比度。例如

对细节比较丰富的图像数字化。

4.灰度级

表示像素明暗程度的整数称为像素的灰度级（或灰度值或灰度）。一幅数字图像中不同灰度级的个数称为灰度级数，用G表示。灰度级数就代表一幅数字图像的层次。图像数据的实际层次越多视觉效果就越好。

5.黑白图像

图像的每个像素只能是黑或白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。二值图像的像素值为0或1。

6.灰度图像

灰度图像是指灰度级数大于2的图像。但它不包含彩色信息。

7.彩色图像

彩色图像是指每个像素由R、G、B分量构成的图像，其中R、B、G是由不同的灰度级来描述。

8.量化参数

数字化方式可分为均匀采样、量化和非均匀采样、量化。

所谓“均匀”，指的是采样、量化为等间隔方式。图像数字化一般采用均匀采样和均匀量化方式。非均匀采样是根据图象细节的丰富程度改变采样间距。细节丰富的地方，采样间距小，否则间距大。非均匀量化是对图像层次少的区域采用间隔大量化，而对图像层次丰富的区域采用间隔小量化。

9.图像的质量

平均亮度

对比度：是指一幅图象中灰度反差的大小。对比度=最大亮度/最小亮度。

清晰度：由图像边缘灰度变化的速度来描述。

分解力或分辨率：一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应；采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。

10.数字化器

A．采样孔：保证单独观测特定的像素而不受其它部分的影响。

B．图像扫描机构：使采样孔按预先确定的方式在图像上移动。

C．光传感器：通过采样孔测量图像的每一个像素的亮度。

D．量化器：将传感器输出的连续量转化为整数值。

E．输出存储体：将像素灰度值存储起来。它可以是固态存储器，或磁盘等。

11. 灰度直方图

灰度直方图反映的是一幅图像中各灰度级像素出现的频率。以灰度级为横坐标，纵坐标为灰度级的频率，绘制频率同灰度级的关系图就是灰度直方图。它是图像的一个重要特征，反映了图像灰度分布的情况。

12.灰度直方图的性质

(1)灰度直方图只能反映图像的灰度分布情况，而不能反映图像像素的位置,即丢失了像

素的位置信息。

(2)一幅图像对应唯一的灰度直方图，反之不成立。不同的图像可对应相同的直方图。

(3)一幅图像分成多个区域，多个区域的直方图之和即为原图像的直方图。

13. 直方图的应用

（1）用于判断图像量化是否恰当

（2）用于确定图像二值化的阈值

（3）当物体灰度值比其他部分灰度值大时，可利用直方图统计图像中物体的面积。

（4）计算图像信息量（熵）

（5）利用直方图分析图像的特征

（6）利用直方图进行图像增强

14. 图像处理的基本功能

单幅图像→单幅图像：影像缩放和增强等

多幅图像→单幅图像：图像拼接与彩色合成等

单（或多）幅图像→数字或符号等

15. 图像处理的几种具体算法

（1）局部处理：对输入图像IP（i,j）处理时，某一输出像素JP(i,j)值由输入图像像素（i,j)及其邻域N(IP(i,j))中的像素值确定。这种处理称为局部处理。

邻域：对于任一像素（i，j），该像素周围的像素构成的集合{（i+p,j+q），p、q取合适的整数}，叫做该像素的邻域。

（2）点处理

在局部处理中，当输出值JP(i,j)仅与IP(i,j)有关，则称为点处理。

（3）大局处理

在局部处理中，输出像素JP(i,j)的值取决于输入图像大范围或全部像素的值，这种处理称为大局处理。

（4）迭代处理

反复对图像进行某种运算直至满足给定的条件，从而得到输出图像的处理形式称为迭代处理。

（5）跟踪处理

选择满足适当条件的像素作为起始像素，检查输入图像和已得到的输出结果，求出下一步应该处理的像素，进行规定的处理，然后决定是继续处理下面的像素，还是终止处理。这种处理形式称为跟踪处理。

（6）位置不变处理和位置可变处理

输出像素JP(i，j)的值的计算方法与像素的位置(i，j)无关的处理称为位置不变处理或位移不变处理。随位置不同计算方法也不同的处理称为位置可变处理或位移可变处理。

（7）窗口处理和模板处理

对图像的处理，一般采用对整个画面进行处理，但也有只对画面中特定的部分进行处理的情况。这种处理方式的代表有窗口处理和模板处理。单独对图像中选定的矩形区域内的像素进行处理的方式叫做窗口处理。

希望单独处理任意形状的区域时，可采用模板处理。

模板：任意形状的区域；模板平面：一个和处理图像相同大小的二维数组，用来存储模板信息。一般是一幅二值图像；模板处理：边参照模板平面边对图象进行某种操作。若模板成矩形区域，则与窗口处理具有相同的效果，但窗口处理与模板处理不同之处是后者必须设置一个模板平面。

16. 图像的数据结构

（1）组合方式：组合方式是一个字长存放多个像素灰度值的方式。它能起到节省内存的作用，但导致计算量增加，使处理程序复杂。

（2）比特面方式

按比特位存取像素，即将所有像素的相同比特位用一个二维数组表示，形成比特面。n个比特位的灰度图像采用比特面方式存取就有n个比特面。这种结构能充分利用内存空间，便于