第二章 图像数字化

概率论中就是概率密度曲线，如图所示。
第二章 数字图像处理基础
Pr (r)
Pr (r)
0 (a)
1
r
0 (b)
1
r
图像灰度分布概率密度函数
第二章 数字图像处理基础
直方图表明每一个灰度有多少个象素
第二章 数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
图像灰度直方图的性质
直方图是一幅图像中各像素灰度值出现次数
第二章 数字图像处理基础

观察直方图可以看
出不合适的数字化
第二章 数字图像处理基础
较暗图象的直方图
P (r k)
r
k
第二章 数字图像处理基础
较亮图象的直方图
P (r k)
r
k
第二章 数字图像处理基础
对比度较低图象的直方图
P (r k)
r
k
第二章 数字图像处理基础
对比度较高图象的直方图
P (r k)
第二章 数字图像处理基础
1) 透射率和光密度
左边物体的透射率为:
T1 I2 I1 0 T1 1
左边物体的光密度:
I1 1 D1 lg lg lg T1 I2 T1 0 D1
光密度和透射率示意图
第二章 数字图像处理基础
2) 摄影过程 3) 胶片显影 4) 胶片对光的响应 5) 乳化剂的特性 6) 胶片分辨率 7) 照相复制
第二章 数字图像处理基础
四. 常用图像数字化设备
数字相机 扫描仪 数字摄像机
第二章 数字图像处理基础
数码相机的组成
镜头 数字相机前面板 CCD（电荷藕合器件 ） A/D（模/数转换器） MPU（微处理器） 内置存储器 LCD（液晶显示器） PC卡（可移动存储器） 接口（计算机接口、电视机接口） 数字相机背面板
分辨率 320x240
第二章 数字图像处理基础
分辨率 160x120
第二章 数字图像处理基础
分辨率 80x60
第二章 数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
图象尺寸：127*176 分辨率：(a)127*176 (b)63*88 (c)31*44 (d)15*22
第二章 数字图像处理基础
256×256
64×64
32×32
16×16
第二章 数字图像处理基础
第二步：量化
将各像素的明暗信息离散化，用数字表 示像素点信息称为图像的量化。 量化值一般用整数来表示。考虑人眼的 识别能力，目前非特殊用途的图像均为8bit量 化，即用0~255描述“黑~白”。
第二章 数字图像处理基础
2 55 2 54 q i＋1 q i－1
r
k
第二章 数字图像处理基础

边界阈值选取
假设某图象的灰度直方图具有二峰性， 则表明这个图象的较亮的区域和较暗的区域可 以较好地分离，取这一点为阈值点，可以得到 好的二值处理的效果。
第二章 数字图像处理基础
选取146为阈值的二值化
第二章 数字图像处理基础
灰度图具有二峰性
第二章 数字图像处理基础
度正比于图像亮度的实际精确程度，图像数字 化设备的线性度是一个重要的性能指标，非线 性的数字化器会影响后续处理的有效性。
第二章 数字图像处理基础
图像数字化器的类型
主要包括:

数码相机 胶片扫描仪
第二章 数字图像处理基础
二. 图像数字化器的组成
主要包括:

人工光源 光传感器 扫描装置
第二章 数字图像处理基础
设r代表图像中像素灰度级，作归一化处理后，r将被限定在
［0, 1］之内。在灰度级中，r=0代表黑，r=1代表白。对于一幅 给定的图像来说，每一个像素取得［0, 1］区间内的灰度级是随 机的，即r是随机变量。假定对每一瞬间，它们是连续的随机变 量，则可以用概率密度函数pr(r)来表示原始图像的灰度分布。若 横轴代表灰度级r，纵轴代表灰度级的概率密度函数pr(r)，这样 就可以针对一幅图像在该坐标系中作出一条曲线。这条曲线在
第二章 数字图像处理基础
2. 常用胶片扫描设备
胶片扫描仪 胶片纪录仪 鼓式扫描仪
第二章 数字图像处理基础
3. 胶片扫描仪的性能指标
介质 光学分辨率 色深度和动态范围
第二章 数字图像处理基础
三、图像的灰度直方图
定义 性质 用途
第二章 数字图像处理基础
图像灰度直方图的定义
i0,1 i1,1 im 1,1
i0,n 1 i1,n 1 im 1,n 1
第二章 数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
数字化过程
第一步：空间采样 将在空间上连续的图像转换成离散的采样点 （即像素）集的操作。由于图像是二维分布的信息， 所以采样是在x轴和y轴两个方向上进行。
三、图像的采样和量化
图像数字化：指将模拟图像经过离散化之后，得到用数字
表示的图像。
模拟图像
数学表达式：
离散化
数字图像
模拟图像：照片、电视、录象、电影。
二维分布函数，t表示时间变量。
f ( x, y , t )
第二章 数字图像处理基础
数字图像：用矩阵来描述的。
i0, 0 i 1, 0 I I [m, n] im 1,0
第二章 数字图像处理基础
图像采样
采样处理：将xy平面分配到一个网格上。
xy平面
(a,b)
第二章 数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
与采样相关的概念(分辨率)
分辨率
传感器摄像的精确度。通常指要精确测量和再 现一定尺寸的图像所必需的像素个数。 单位：像素*像素
第二章 数字图像处理基础
具有二峰性的灰度图的2值化
第二章 数字图像处理基础
灰度分布效果比较示意图
第二章 数字图像处理基础
四、图像的文件格式
数字图像通常有两种表示形式: 位 图 矢量图
第二章 数字图像处理基础
位图和矢量图的比较(1)
1、点位图由像素构成，矢量图由对象构成
点位图的基本构图单位是像素，像素包含了色彩信息。包含 不同色彩信息的像素的矩阵组合构成了千变万化的图像。 矢量图形指由代数方程定义的线条或曲线构成的图形。 如:表示一个圆形，矢量图像保存了一个画圆的命令、圆心的 坐标、半径的长度等等。欲显示该圆，矢量绘图软件则根据圆的 坐标、半径等信息，经过方程式计算，将圆“画”在屏幕上。 矢量图像由许多矢量图形元素构成，这些图形元素称为“对 象”。
第二章 数字图像处理基础
空间信息丢失
第二章 数字图像处理基础
(a)
(b)
图像与直方图间的多对一关系
第二章 数字图像处理基础
图像灰度直方图的用途
用于判断图像量化是否恰当 直方图给出了一个简单可见的指示，用来判断 一幅图象是否合理的利用了全部被允许的灰度级 范围。一般一幅图应该利用全部或几乎全部可能 的灰度级，否则等于增加了量化间隔。丢失的信 息将不能恢复。
第二章 数字图像处理基础
第二章 图像数字化
图像数字化器 图像数字化器的组成 图像的采样和量化
常用图像数字化设备
图像的灰度直方图 图像的文件格式
胶片扫描
第二章 数字图像处理基础
一、图像数字化器
图像数字化器的功能组件 图像数字化器的性能 图像数字化器的类型
第二章 数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
数码相机的工作原理
(1)镜头将光线会聚到感光器件CCD上； (2)CCD是半导体器件，它代替了普通相机中胶卷的位置； (3)CCD的功能是光强信号转变为不同强度的电信号，得到 拍摄景物的图像信息； (4)ADC将模拟信号到数字信号的转换； (5)MPU(微处理器)对数字信号进行压缩并转化为特定的图 像格式，例如JPEG、BMP格式，并将图像文件被存储在内置存 储器中； (6)LCD显示查看拍摄照片； 部分数字相机还提供连接计算机和电视机的接口。
廓线所包围的面积，称为灰度级D的阈值面积 函数，用A(D)表示，则直方图可定义为：
H ( D) lim
D 0
A( D) A( D D) d A( D) D dD
第二章 数字图像处理基础
对于离散函数，固定△D为1，则上述定义变为：
H(D)=A(D)-A(D+1)
第二章 数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
扫描仪结构图1
第二章 数字图像处理基础
扫描仪结构图2
第二章 数字图像处理基础
ຫໍສະໝຸດ Baidu
扫描仪各部分的功能
1．上盖：主要是将要扫描的原稿压紧，以防止扫描灯光 线泄露。 2．原稿台：主要是用来放置扫描原稿的地方，其四周设 有标尺线以方便原稿放置，并能及时确定原稿扫描尺寸。 中间为透明玻璃，称为稿台玻璃。 3．光学成像部分：它是扫描仪的核心部件，其精度直接 影响扫描图像的还原逼真程度。它包括以下主要部件： 灯管、反光镜、镜头以及电荷耦合器件(CCD)。
（或频数）的统计结果，它只反映该图像中不 同灰度值出现的次数（或频数），而未反映某 一灰度值像素所在位置。也就是说，它只包含 了该图像中某一灰度值的像素出现的概率，而 丢失了其所在位置的信息。
第二章 数字图像处理基础
任一幅图像，都能唯一地确定出一幅与它对应的直 方图， 但不同的图像，可能有相同的直方图。也就 是说，图像与直方图之间是多对一的映射关系。如 图就是一个不同图像具有相同直方图的例子。
第二章 数字图像处理基础
数字化器的性能
分辨率：单位尺寸能够采样的像素数，由采样
孔的大小和像素间距的大小决定； 灰度级：量化为多少等级； 图像大小：允许输入图像的大小； 扫描速度：采样数据的传输速度；
第二章 数字图像处理基础
噪声：数字化器的噪声水平。 线性度：线性度是指对光强进行数字化时，灰
典型数字摄像机
第二章 数字图像处理基础
五. 胶片扫描
胶片扫描的概念 常用胶片扫描设备 胶片扫描仪的性能指标
第二章 数字图像处理基础
1. 胶片扫描的概念
胶片扫描在图像数字化过程中占有重要地位。 胶片扫描是对来自胶片上的信息进行数字化的
过程，使这些信息能由计算机读取、处理和应 用。 胶片是指投影仪、普通相机或胶片记录仪中使 用的包括胶片、幻灯片、底片等在内的各种感 光材料，它们能生成图像或影像。
灰度直方图是灰度级的函数，描述的是图像中 该灰度级的像素个数。即：横坐标表示灰度级，纵 坐标表示图像中该灰度级出现的个数。
第二章 数字图像处理基础
1 1 6 2 4 3 3 4 5 2 2 6 1 5
2 4
3 5
4 6
5 2
6 14
1
3 1
6
4 4
6
5 6
4 6
6 6 6 2
6
6 3
1
3
6
4 6
6
灰度直方图
第二章 数字图像处理基础
灰度直方图另一种定义方式
在下页图示中，有一条灰度级为D1的轮廓线，
在更高的灰度级D2处还画有第二条轮廓线。 A1表示第一条轮廓线所包围区域的面积，同样， A2表示第二条轮廓线所包围的区域的面积。
第二章 数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
在一幅连续图像中，将具有灰度级D的所有轮
第二章 数字图像处理基础
扫描仪各部分的功能
4．光电转换部分：是指扫描仪内部的主板，它是一 块安置有各种电子元件的印刷电路板。它是扫描仪 的控制系统，在扫描仪扫描过程中，它主要完成CCD 信号的输入处理，以及对步进电机的控制， 5．机械传动装置：主要包括步进电机、驱动皮带、 滑动导轨和齿轮组。
第二章 数字图像处理基础
… …
Zi＋1 Zi Zi－1
1 28 1 27
1 0 连续灰度值 灰度标度 量化值 (整数值) 灰度量化 (a) (b)
图2-3 量化示意图 （a） 量化； (b) 量化为8 bit
第二章 数字图像处理基础
图像的量化与数字图象的质量
256灰度级
128灰度级
64灰度级
16灰度级
第二章 数字图像处理基础 对于彩色图像，是按照颜色成分——红（R）、绿（G）、蓝 （B）分别采样和量化的。若各种颜色成分均按8 bit量化，即每 种颜色量级别是256， 则可以处理256×256×256=16 777 216种 颜色。
第二章 数字图像处理基础
位图和矢量图的比较（2）
2、点位图面向像素绘画，矢量图面向对象“构画”
图像数字化器的功能组件
采样孔：使图像数字化器能不受图像其他部分的影响，
而在整幅图像中扫描特定的独立像素单元 ； 扫描器件：使采样孔以预先确定的方式在图像上移动， 按照顺序依次扫描图像的每一个像素； 光传感器：测量每一像素的亮度，将光亮度转化为电流 或电压信号； 量化器：将传感器输出的连续值转化为整数值； 输出介质：将量化的灰度值以适当的格式存储。