引子 教材 数字图象处理 R C. Gonzalez Digital Image Processing K.R. Castleman Digital Image Processing 课程、作业与考试 北京大学计算机研究所陈晓鸥 课程:一共5章 作业:以程序形式完成 考试:作业占50%,笔试占50% 数字图像处理技术发展简介 数字图像处理技术发展简介 数字图象处理技术的起源 图像传输过程中的质量改善 数字图象处理技术的起源 原始图像质量不佳 数字图象处理承袭的技术和理论 由于传输中噪音导致质量不佳 数字图象处理的应用领域 模式识别中的场景数据处理 自动识别,要求对图像进行分析 人工视觉,要求对图像进行解释
数字图象处理 北京大学计算机研究所 陈晓鸥 引子 教材 R.C.Gonzalez Digital Image Processing K.R.Castleman Digital Image Processing 课程 作业与考试 课程 一共5章 作业 以程序形式完成 考试 作业占50% 笔试占50% 数字图像处理技术发展简介 数字图像处理技术发展简介 数字图象处理技术的起源 数字图象处理承袭的技术和理论 数字图象处理的应用领域 数字图象处理技术的起源 图像传输过程中的质量改善 原始图像质量不佳 由于传输中噪音导致质量不佳 模式识别中的场景数据处理 自动识别 要求对图像进行分析 人工视觉 要求对图像进行解释
数字图象处理承袭的技术和理论 数字图象处理的应用领域 信号处理 传统应用领域 图形学 医学、军事、航天 ·色彩学 模式识别、人工视觉 独有技术 热门应用领域 印刷制版、电视、互联网、多媒体、DRM 电影特技、游戏、动画制作、数字相机 虚拟现实、电子商务、宽带应用、DAM 数字图象处理的应用领域 数字图象处理的应用领域 ·例1:图象质量自动调整 例1:图象质量自动调整
数字图象处理承袭的技术和理论 信号处理 图形学 色彩学 独有技术 数字图象处理的应用领域 传统应用领域 医学 军事 航天 模式识别 人工视觉 热门应用领域 印刷制版 电视 互联网 多媒体 DRM 电影特技 游戏 动画制作 数字相机 虚拟现实 电子商务 宽带应用 DAM 数字图象处理的应用领域 例1: 图象质量自动调整 数字图象处理的应用领域 例1: 图象质量自动调整
数字图象处理的应用领域 数字图象处理的应用领域 ·例2:图象的自动拼接 例2:图象的自动拼接 第一章数字图象基础 章 第一节基本概念 章数字图象基础 数 图·111图像的表示 原·1.1基本概念·1.2基本系统 数学表示、计算机表示 图像的表示 图像的扫描 基|·1.12图像的质量 图像的质量 图像的存储 层次、对比度、清晰度 图象的颜色 图像的显示 ·1.1.3图像的颜色 图像的像素 图像的打印 RGB、CMYK、HIS、伪彩色、CIE ·1.1.4图像的像素 邻域、连通性、距离
数字图象处理的应用领域 例2 图象的自动拼接 数字图象处理的应用领域 例2 图象的自动拼接 第一章 数字图象基础 1.1基本概念 图像的表示 图像的质量 图象的颜色 图像的像素 1.2 基本系统 图像的扫描 图像的存储 图像的显示 图像的打印 第一节 基本概念 • 1.1.1 图像的表示 数学表示 计算机表示 1.1.2 图像的质量 层次 对比度 清晰度 1.1.3 图像的颜色 RGB CMYK HIS 伪彩色 CIE 1.1.4 图像的像素 邻域 连通性 距离
第一章数字图象基 1.1图像的表示 章1.1.1图像的表示:数学表示 数 图像的像素 ·二维离散亮度函数一(,y) 0000000000 dww 基(1)x,y说明图像像素的坐标 0000000000 0●●00o00●● (2)函数值f代表了在点(x,y)处像素的亮度值。 o°●·00000● ee●●00000 维矩阵—A[m,n] 0000●●0000 节(1)m,n说明图像的宽和高 00000●●00● 基本概 °°。··。·图像是像素 00o0000●00 本(2).矩阵元素a(,j的值,表示图像在第i行 0000000000 的二维排列 第j列的像素的灰度值。 111图像的表示:计算机表示 章1.1.1图像的表示:计算机表示 章·BP图像的描述信息 数 typedef struct tag BITMAPINFOHEADER( //bmi 图·图像描述信息 图 dword biSize ∥数据结构的尺寸 象 >head 一般以结构或类来描述 象 long bitwidth 位图以象素为单位的宽。 基|LoNG 位图以扫描行为单位的高 础 主要包括:宽、高等 础 Word biPlanes /日标设备的平面数,必须为1 第·图像数据 word biBitcount/每一个色平面象素位数1、4 DWORD biCompression;/缩类型 BI RGB,BREL4 数组 节 DWORD biSizelmage:图象以字节为单位的 顺序存放的连续数据 基 LONG bixpelsPerMeter;/x方向的分辨率dpm 本·B格式 本 nG biYPels PerMeter;/方向的分辨率dp 概 dWord biCirUsed ∥实际使用色彩数 念, DWORD biCIrImportan;厘重要色彩数 I BITMAPINFOHEADER
1.1.1 图像的表示 图像的像素 图像是像素 的二维排列 1.1.1图像的表示 数学表示 二维离散亮度函数f(x,y) 1 x y说明图像像素的坐标 2 函数值 f 代表了在点(x,y)处像素的亮度值 二维矩阵A[m,n] 1 m , n说明图像的宽和高 2 矩阵元素a(i j)的值 表示图像在第 i 行 第 j 列的像素的灰度值 1.1.1 图像的表示:计算机表示 图像描述信息 一般以结构或类来描述 主要包括 宽 高等 图像数据 数组 顺序存放的连续数据 BMP格式 1.1.1图像的表示:计算机表示 BMP图像的描述信息 ! " #$ %& ! $ %& $ ! ' ($ ) ! *+ ( ) , ! *+ +($ !"#-&.-%, ! " # $ $% %& /' $ 0&'()* %& 1' $ &'()* ! *' 2$ +,-. / ! *' + ($ 01 / 3
第一节基本概念 第一章数字 1.2图像的质量:层次 图·111图像的表示 图·灰度级:表示象素明暗程度的整 数学表示计算机表示 基 数量,称为灰度级。 1.1.2图像的质量 层次、对比度、清晰度 层次:表示灰度级的数量 1.1.3图像的颜色 RGB CMYK HIS伪彩色CIE 1.1.4图像的像素 基图像数据的实际层次越多视觉效果就越好 邻域连通性距离 念 费1.1.2图像的质量:层次 1.2图像的质量:对比度 对比度:是指一幅图象中灰度反差的大小 象256个层次的图像 对比度=最大亮度/最小亮度 础 64个层次的图像 节基本概念 第一章数字图象基础第一节基本概 16个层次的图像
第一节 基本概念 • 1.1.1 图像的表示 数学表示 计算机表示 1.1.2 图像的质量 层次 对比度 清晰度 1.1.3 图像的颜色 RGB CMYK HIS 伪彩色 CIE 1.1.4 图像的像素 邻域 连通性 距离 1.1.2 图像的质量 层次 灰度级 表示象素明暗程度的整 数量 称为灰度级 层 次 表示灰度级的数量 图像数据的实际层次越多视觉效果就越好 1.1.2 图像的质量 层次 256 个层次的图像 16个层次的图像 64 个层次的图像 1.1.2 图像的质量 对比度 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
第一章数字图象基 图像的质量:清晰度 1.1.2图像的质量:清晰度 降低亮度 与清晰度相关的主要因素 亮度 对比度 主题内容的大小 节基本概 细微层次 颜色饱和度 数字图象基础第一节基本概念 图像的质量:清晰度 图像的质量:清晰度 章数字图象基础 章数字图象基础第一节基本 降低对比度 节基本概念 缩小尺寸
1.1.2 图像的质量 清晰度 与清晰度相 关的主要 因 素 亮度 对比度 主题内容的大 小 细微层次 颜色 饱和度 图像的质量 清晰度 2345 图像的质量 清晰度 !6 图像的质量 清晰度 23785
图像的质量:清晰度 图像的质量:清晰度 章数字图象基 减少细微层次 数字图象基础第一节基本概念 降低饱和度 节基本概念 第一节基本概念 第一章数 图像的颜色:RGB模型 数 图·11图像的表 图杨一赫姆霍尔兹视觉三基 数学表示计算机表示 象色假说 1.1.2图像的质量 C=R+G+B 层次对比度清晰度 ·1.1.3图像的颜色 视网膜锥体细胞感红、感 RGB、CMYK、HIS、伪彩色、CIE 节绿、感蓝色素 1.1.4图像的像 基 邻域连通性距离 本 贺0分别取值0-1或0-255
图像的质量 清晰度 9:; 图像的质量 清晰度 23?@5 第一节 基本概念 • 1.1.1 图像的表示 数学表示 计算机表示 1.1.2 图像的质量 层次 对比度 清晰度 1.1.3 图像的颜色 RGB CMYK HIS 伪彩色 CIE 1.1.4 图像的像素 邻域 连通性 距离 图像的颜色:RGB 模 型 杨 赫姆霍尔兹视觉 三 基 色 假 说: C = R + G + B 视网膜锥 体细胞感红 感 绿 感蓝色素 RGB分别 取 值0-1或0-255
图像的颜色:CMY模型 第一章数字 图像的颜色:CMYK模型 数 图密度的概念 图网点的概念及成色原理 象单位面积里,入射光与反射光之比的对数 免 网格上的最小墨点 D=lg(I/ Ir) 础·色料三基色只能叠加合 第/C、M、Y三个密度值表示一个颜色 成出8种色块 白光源 PMT/CCD 网点面积变化和视觉分 节基本概 节辨率实现颜色阶调 滤色片 本/网点密度值:取值0 概100 反射源稿 念 图像的颜色:HSI模型 章图像的颜色:伪彩色模型 数 图·BS模型一量化颜色三属性 象 图·定义:通过颜色映射表描述色彩 H色相:取值0-360 象 础-S他和度:取值01或010 实际上是RGB颜色模型的变体 亮度:取值0-1或0-100 ·用伪彩色描述颜色的方法 建立颜色映射表,一般表的长度16-256 节基本概念 节基本概 像素值用其RGB值在映射表中的位置代替 通过抖动技术缓解颜色种类不足的问题 如何找出16-256种关键颜色是成败的关键
图像的颜色:CMYK 模 型 密度的概念: 单位面积里 入射光 与反射光之比的对数 D = lg ( I / Ir) C M Y三个密度值表示一 个颜色 ABC DECF G H ** 图像的颜色 CMYK 模 型 网点的概念 及成色原理: 网格 上 的最小墨 点 色料三基色只能叠加合 成 出 8 种 色 块 网点面积变化和视觉分 辨率实现颜色 阶 调 网点 密度值 取 值0- 100 图像的颜色 HSI 模 型 HSI 模 型 量 化颜色三属 性 H色相 取 值0-360 S 饱和度 取 值0-1或0-100 I亮度 取 值0-1或0-100 图像的颜色 伪彩色模 型 定义 通过颜色映射表描述色彩 实际 上 是RGB颜色模 型 的 变 体 用伪彩色描述颜色的方法 建立颜色映射 表 一般表的 长度16-256 像素值用 其RGB值在映射表中的位置 代 替 通过 抖动技术 缓解颜色 种类不 足 的问题 如何找出16-256种关键颜色是成 败 的关键
第一章数字图象基 图像的颜色:伪彩色模型 图像的颜色:伪彩色模型 01417015 图像 4142152 节基本概 第一章数字图象基础第一节基本概念 映射表 图像的颜色:CIE模型 图像的颜色:CIE模型 章数字图象基础 第一章数 标准色度观察者三刺激值函数 家·标准色度观察者三刺激值函数 色度坐标 标准色度观察者与三刺激值 1931 CIE-XYZ色度坐标系统 三刺激值函数与1931 CIE-RGB系统 三个基色光 节·颜色的色差与均匀色空间Lab 基础第一节基本概 R:700nmG:546.1nmB:5.8nm 基本概念 三组刺激值函数 0)、b=b0)
图像的颜色 伪彩色模 型 4 ) 5 6 , 7 , ), )84 )7 ), 5 )75 图像的颜色 伪彩色模 型 图像的颜色 CIE 模 型 标 准色度观察者三刺激值函数 色度坐标 193 1CIE_XYZ色度坐标系统 颜色的色 差 与均匀 色空间Lab 标 准色度观察者三刺激值函数 标 准色度观察者 与三刺激 值 三刺激值函数与1931CIE_RGB 系统 三个基色 光 R 700nm G 546.1nm B 5.8nm 三 组刺激值函数 r = r( λ) g = g( λ) b = b( λ) 图像的颜色 CIE 模 型
图像的颜色:CIE模型 第一章数字 图像的颜色:CIE模型 数 面·色度坐标一三维变两维 1931(1X7色包度坐标系统 基r=R/(+B)Y 象-CIE-RGB有负值 g=G/(R+G+B 础|一由RB向X转换 b=B/(R+G+B) 第|-x、、z色度坐标 X、Y、Z三刺激值 节基本概 I+g+b Y、 基本概念 章图像的颜色:CIE模型 图像的颜色:CIE模型 |·颜色的色差与均匀色空间LUV 础 XYZ坐标系统色差的不均匀性 第-CIE960UCs U=4X/(X+15Y+3Z) 节基本概念 第一章数字图象基础第一节基本概 象·Lab色空间 -CIE1976(L'a'b") L=1160/03-16 a=500(XX013-(Y/0) =6Y/(X+15Y+3Z) b=200[(Y/Y01-(Z/z2)/
色度坐标 三 维变两 维 r = R / (R+G+B) g = G / (R+G+B) b = B / (R+G+B) r + g +b = 1 b = 1 - r - g 图像的颜色 CIE 模 型 193 1CIE_XYZ色度坐标系统 CIE-RGB 有 负 值 由RGB 向XYZ转换 x y z色度坐标 X Y Z三刺激 值 Y x y 图像的颜色 CIE 模 型 颜色的色 差 与均匀 色空间LUV XYZ坐标系统色 差的不均匀 性 CIE1960UCS U = 4X / (X + 15Y + 3Z) V = 6Y / (X + 15Y + 3Z) 图像的颜色 CIE 模 型 Lab 色空间 CIE1976(L*a*b*) L* = 116(Y/Y0)1/3 -16 a* = 500[(X/X0)1/3-(Y/Y0)1/3] b* = 200[(Y/Y0)1/3-(Z/Z0)1/3] 图像的颜色 CIE 模 型