(学习笔记,不属个人作品)

数字图像基础

1. 数字图形概念

什么是数字图像:存储方式以像素为单位的图像,每一个像素反映自然场景中相应像点的亮度
其中:数字化的空间位置称为像素(Pixel),数字化的亮度值称为灰度值。

2. 数字图像的多样性

  • 成像类型: 吸收、发光、反射
  • 尺度概念: 从图像反映的实体尺寸看,可以小到电子显微镜图像,大到航空、航天遥感图像,甚至天文望远镜图像

3. 图像数据量

根据图像的数据量,将图像主要分为4类:

每一个像素仅占用1位,灰度值为0或1,其中,0表示黑色,1表示白色.俗称黑白图像。

黑与白之间有多级灰色深度。
常用的成像和显示设备中,灰度图像中每一个像素的灰度级通常采用8 位表示,具有256个灰度级,每一个灰度像素占用1个字节

包含颜色查找表,通过查找映射的方法表示彩色图像的颜色。颜色查找表通常用一个维数为 n*3 的数组来表示,n为索引图像的像素值总数,每一行的3维向量为R、G、B颜色分量。(由数据矩阵data和一个调色板矩阵map组成,数据矩阵描述一个点的像素索引,通过该索引在调色板矩阵找到具体的颜色组成。)

索引图像

每一个彩色像素用一个3维向量来表示,由R、G、B颜色分量组成。
R、G、B颜色分量各占用8位表示相应颜色分量的亮度,每一个颜色分量各有256个灰度级,这3个字节组合可以产生 2242^{24} = 1677 万种不同的颜色。

真彩图像

4. 图像数字化(*)

  1. 两个过程
    • 采样 : 空间坐标 (x,y)的离散化
    • 量化 : 亮度值f(x,y)的离散化
  • 采样决定空间分辨率,反映图像数字化的像素密度,以及图像的有效像素。
  • 空间分辨率越低,可辨细节越差。
  • 图像插值放大仅能增加图像的像素数,不能提高图像的空间分辨率
  • 量化决定灰度级的分辨率,指可分辨的最小灰阶变化。
  • 细节相对丰富的图像,空间分辨率对图像质量影响最大,而灰度级分辨率对图像质量影响小。
  • 灰度级相对平坦的图像,灰度级分辨率对图像质量影响大,而空间分辨率对其影响小。

数字图像常见失真类型

当采样间隔过大时,由于采样频率小于奈奎斯特频率,而引起频谱的高频成分发生相互交叠,频谱重叠导致失真

长时间曝光过程中成像设备与成像场景的相对运动而造成运动模糊;
光学镜头散焦、大气湍流、短时间曝光而造成散焦模糊。

在相邻块之间引入的非连续性,视觉上看似马赛克的效果。

块效应产生的原因:
对图像分块处理而引起的块状失真。
在图像压缩编码中,分块离散余弦变换编码和分块运动补偿是造成块效应的两个主要原因。

感光器件接收光信号并输出的过程中产生的异常像素。
根据噪声的分布和统计特征,成像系统的噪声源可以分为光电散粒噪声、读出噪声和脉冲噪声等。


数字图像处理基础

  1. 广义图像处理分为三个层次:图像处理图像分析图像理解
  • 图像处理: 处理初级阶段,强调改善图像质量
  • 图像分析: 对图像中目标区域进行检测、表示和描述。将以像素表示的图像变成用符号、数据对目标区域的描述。
  • 图像理解: 研究图像中目标分类、姿态识别、行为分析以及目标相互之间的联系,从而得出对图像语义的解释

1. 图像处理的关键阶段

处理关键阶段

图像获取、图像增强、图像恢复、形态学处理、图像分割、表达与描述、目标识别、图像压缩、彩色图像处理。

2. 像素的空间关系

领域、区域边界、距离度量

  1. 领域

4邻域

对角邻域邻域

8邻域

邻接性:

像素p和q邻接的两个必要条件:

  • 两个像素的位置在某种情况下是否相邻
  • 两个像素的值是否满足某种相似性

举例:
4邻接:两个像素p和q的灰度值在集合V中,且p在q的4邻域内,则它们为4邻接。

4邻接

8邻接:两个像素 p和q的灰度值在集合V中,且 p在q的8邻域内,则它们为8邻接

8邻接

连通性:

  • 若从像素p到像素q之间存在一条一序列像素组成的折线,且该折线上的像素灰度值均满足上述特定相似性准则,则称这一序列像素组成了一条从像素p到像素q的通路。
  • 设p和q是某一图像子集V中的两个像素,若存在一条完全由V中的像素组成的从p到q的通路,则称像素p和q是连通的。

根据邻接性定义不同,可定义不同的连通性:

在4邻接下定义的通路称为4连通,
在8邻接下定义的通路称为8连通。

连通

  1. 区域边界

若像素p的任意邻域内有属于图像的一个子集S的像素也有不属于S的像素,则像素p称为S的边界像素。S的边界像素的全体称为S的边界。

  1. 距离度量

像素在空间上的近邻程度可以用像素之间的距离来度量

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