数字图像处理学,数字图像处理的基本过程
数字图像处理第二章数字图像基础
本章要点：
图像获取和感知
图像数字化；
数字图像说明；
连续图像的数学描述
第二章数字图像基础数字图像处理一、视觉感知系统二、视觉系统基本结构2.1人眼成像三、亮度适应与鉴别四、图像获取与感知五、简单成像模型五、 图像数字化5.1样本5.1.1图像样本5.2量化5.3分辨率5.4空间和灰度分辨率5.6黑白图像5.7灰度图像描述实例5.8彩色图像6、数字图像的表达7、像素间的一些基本关系7.1区域7.2连通性8、MATLAB与图像处理
一、人类视觉感知系统视觉是人类最高级的感知器官，因此图像无疑在人类感知中起着重要的作用。
但是，人类的感知仅限于电磁波谱的视觉波段，成像设备可以覆盖大部分的电磁波谱。
研究图像处理首先要了解人类的视觉感知系统。
二.视觉系统的基本结构
2.1眼中影像的形成
三.亮度适应与鉴别
四.图像获取和感知各类图像是**“照射”源和形成图像的“场景”要素**对光能的反射或吸收的组合。
五.简单的成像模型在用数学方法描述图像信息时，通常重点考虑该点的性质。 例如，一个图像可以认为是空间的每个坐标点的结合。 最常见的公式如下。
(x，y，z )是空间坐标
是波长
t是时间
I是图像强度
这样的表达式可以表示活动彩色的立体图像。
如果是当研究的是静止图像时，则明确了式(2-1)与时间t无关，在研究单色图像时，与波长无关，相对于平面图像与坐标z无关。 因此，在静止平面的单色图像中，可以按如下方式简化公式：
式(2-2)表示一副平面图像可以用二维亮度函数来表示从物理过程生成图像时，其值与物理源的辐射能成比例。 因此，f(x，y )必定是非零和有限的。 也就是说：
人感受到的图像一般由物体反射的光构成。 函数f(x，y )可以用两个成分表示。
(1)入射到观察场景的光源的总量
)场景中物体的反射光总量。
这两个分量分别被称为入射分量和反射分量，以**I(x，y ) http://www.Sina.com/r(x，y ) *表示反射分量，其中两个函数被结合在一起f(x，y )
五.图像数字化许多传感器的输出是连续电影波形，这些波形的宽度和空间特性与感知到的物理现象有关。 为了生成数字图像，需要将连续的感知数据转换为数字形式。
图像数字化是指对模拟图像进行离散化后，获得以数字表示的图像。
5.1采样是将空间上连续的图像转换为离散的采样点或一组像素的操作。 因为图像是二维分布的信息，所以采样在x轴和y轴两个方向上进行。
**采样时的注意事项是**选择采样间隔。 如果采样间隔不正确，画面会产生马赛克，还会产生频率锯齿。
5.1.1图像采样
5.2量化是对各像素中包含的明暗信息进行离散化后的结果，其用数字表示被称为图像量化的值，并且一般的量化值用整数表示。 在充分考虑人眼识别能力的基础上，用表示入射分量，用即0 ~ 255表达“黑~白”。
从图像的顶点开始逐行运行流程，将生成二维数字图像。
图：
5.3分辨率目前非特殊用途的图像均为8bit量化:映射到图像平面上各个像素的场景元素的大小。分辨率:像素/英寸，像素/厘米
或单位单位：像素*像素
5.4空间和灰度分辨率采样值是决定图像空间分辨率的主要参数，为精确测量和再现一定尺寸的图像所必需的像素个数。
3358www.Sina.com/是指在灰度级可以识别的最小的变化，根据硬件方面的要求，为空间分辨率是图像中可辨别的最新细节。
采样时，如果将横向像素数(列数)设为m，纵向像素数(行数)设为n，则图像的总像素数为M*N像素。
通常，采样间隔越大，得到图像的像素数越少，在空间分辨率低、质量差、严重的情况下出现马赛克效果；
采样间隔越小，获得的图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。
5.5图像采样
获得的图像的层次越丰富，灰度分辨率越高，图像质量越好，但是数据量越大
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.
一般，当限定数字图像的大小时, 为了得到质量较好的图像可采用如下原则：
（1） 对缓变的图像， 应该细量化， 粗采样， 以避免假轮廓。
（2） 对细节丰富的图像，应细采样，粗量化， 以避免模糊（混叠）。
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。
5.6 黑白图像
是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为２值图像。2值图像的像素值为0、1。
5.7 灰度图像描述示例
5.8 彩色图像
彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像，其中RBG是由不同的灰度级来描述的。
六、数字图像的表示
取样和量化的结果是一个矩阵
在很多书籍中，图像原点定义在(x,y)=(0,0)处，沿图像第一行坐标为(x,y)=(0,1)
注意：符号(0,1)用来表示沿第一行的第二个取值，而不表示图像在取样时的实际物理坐标。
x的范围从0到M-1，y的范围从0到N-1
一幅行数为M、列数为N的图像大小为M×N的矩阵形式为：
其中矩阵中的每个元素代表一个像素，表达式的右侧定义了一幅数字图像。
假定图像尺寸为M、N，每个像素所具有的离散灰度级数为G
这些量分别取为2的整数幂m，n，k，即M=2^m ，N=2^n， G=2^k
则存储这幅图像所需的位数是：
如果图像是正方形，即M=N
当一副图像有2k灰度级时，实际上通常称该图像为k比特图像。如:一幅图像有256可能的灰度级
称为8比特图像。
七、像素间的一些基本关系 7.1 领域
设位于坐标(x,y)的一个像素p有4个水平和垂直的相邻像素，其坐标由为：
这个像素集称为p的4邻域，用N4§表示。
p的4个对角像素有如下坐标：
并用ND§表示，与4个邻域点一起，这些点称为p的
8邻域，用N8§表示。
7.2 连通性
为了确定两个像素是否连通，必须确定它们是否相邻及它们的灰度是否满足特定的相似性准则（或者说，它们的灰度值是否相等）。
令V是用于定义邻接性的灰度值集合。
考虑三种类型的邻接性：
（a）4邻接：如果q在N4§ 集中，具有v中数值的两个像素p和q是4邻接的。
（b）8邻接：如果q在N8§ 集中，则具有中数值的两个像素p和q是8邻接的。
（c）m邻接（混合邻接）：如果(I)q在N4§集中，或者(II)q在N4§ 中且集合N4§ ∩ N4(q) 没有v值的像素。则具有v值的像素p和q是邻接的。
八、MATLAB和图像处理工具箱的背景知识
MATLAB是matrix laboratory的缩写。是矩阵实验室的意思。除具备卓越的数值计算能力外，他还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。
MATLAB最初应用于矩阵处理，目前，在大学里MATLAB已成为线性代数、自控理论、信号处理、图像处理等高级课程的基本处理工具。
图像处理工具箱是一个MATLAB函数集，它扩展了MATLAB解决图像处理问题的能力。
8.1 读取图像
使用函数imread可以将图像读入MATLAB环境，imread的语法为imread(‘filename’)
例如：
f=imread('C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\rose.jpg');
函数size可给出一副图像的行数和列数
>>size（f） ans= 1024 1024
函数whos可以显示出一个数组的附加信息
whos fName Size Bytes Class f 197x199x3 117609 uint8 array 8.2 显示图像
在MATLAb桌面上图像一般使用imshow来显示，该函数的基本语法为：
imshow(f,G)
其中，f是一个图像数组，G是显示该图像的灰度级数。
总结
数字图像处理第二章知识。参考感性的花生课件，供大家学习查阅。