【正文】 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 圖像數(shù)字化技術(shù) 數(shù)字圖像類型 圖像文件格式 色度學(xué)基礎(chǔ)與顏色模型 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 照相機(jī)的發(fā)展簡史 ? 一個(gè)不透光的盒子，這就是照相機(jī)。照相機(jī)是用感光膠片反景物拍攝下來的攝影器材。它的發(fā)明經(jīng)歷了漫長的歲月。 我國對光和影像的研究，有著十分悠久的歷史。早在公元前四百多年，我國的 《 墨經(jīng) 》 一書就詳細(xì)記載了光的直線前進(jìn)、光的反射，以及平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的成像現(xiàn)象。到了宋代，在沈括所著的 《 夢溪筆談 》（ 1031至 1095年）一書中，還詳細(xì)敘述了“小孔成像匣”的原理。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) ? 在十七、十八世紀(jì)的歐洲，許多畫家用暗箱柜來幫助他們繪制風(fēng)光、建筑甚至肖像。一個(gè)典型的暗箱非常像現(xiàn)代的單鏡頭反光照相機(jī)。光線由鏡頭進(jìn)入，在箱內(nèi)經(jīng)過一塊鏡子的反射，在上面的磨砂玻璃上呈現(xiàn)左右顛倒的實(shí)像。畫家就是把一張很薄的紙鋪在磨砂屏上，描下圖形，以求達(dá)到最真實(shí)的透視效果。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) ? 1839年 8月 19 日法國畫家達(dá)蓋爾公布了他發(fā)明的“達(dá)蓋爾銀版攝影術(shù)”，于是世界上誕生了第一臺可攜式木箱照相機(jī)。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) ? 1888年，美國柯達(dá)公司的喬治伊斯曼 (Gee Eastman)發(fā)明了將鹵化銀乳劑均勻涂布在明膠基片上的新型感光材料 膠卷。同年，柯達(dá)公司推出了世界上第一臺膠卷的照相機(jī) 柯達(dá) 1號。柯達(dá)公司以 25美元的價(jià)格出售裝好膠卷的相機(jī)。使用者拍完 100張膠片，把相機(jī)寄回柯達(dá)公司，在那里膠卷被取出來并加工為照片。第一卷是免費(fèi)加工的，為了得到第二卷膠片，使用者要寄給柯達(dá)公司 10美元，就可以收到裝好膠卷的相機(jī)，這錢還包括第二卷的加工費(fèi)?？逻_(dá)相機(jī)一經(jīng)推出，立刻受到大眾的歡迎，很快，這種小方箱相機(jī)就成了美國生活的一部分。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) ? 1906年美國人喬治 希拉斯首次使用了閃光燈。1913年德國人奧斯卡 巴納克研制出了世界上第一臺 135照相機(jī)。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展史 ? 自從 1969年 10月 17日，美國貝爾研究所的鮑爾和史密斯宣布發(fā)明“ CCD”（電荷耦合元件）以來，這種感光元件在經(jīng)過進(jìn)一步完善之后，終于在今天得到了廣泛應(yīng)用。 ? 1973年 11月，索尼公司正式開始了“電子眼” CCD的研究工作，在不斷技術(shù)積累的基礎(chǔ)上它于 1981年推出了全球第一臺不用感光膠片的電子相機(jī) ——靜態(tài)視頻“馬維卡（ MABIKA）”。該相機(jī)使用了 10 mm 12 mm的 CCD薄片，分辨率僅為 570 490（ ）像素，首次將光信號改為電子信號傳輸。 1990年，東芝公司發(fā)售 40萬像素的 MC200相機(jī)，這是公認(rèn)的第一款商品化數(shù)碼相機(jī)。同年柯達(dá)公司展出了第一臺便攜式專業(yè)數(shù)碼相機(jī) DCS，并于次年上市，被命名為 DCS100。這臺當(dāng)時(shí)最高級的相機(jī)，售價(jià)相當(dāng)于今天的 。 ? 1994年 3月 1日，柯達(dá)公司發(fā)布第一臺公認(rèn)的專業(yè)數(shù)碼相機(jī) ——DCS420。它基于尼康 F90S機(jī)身設(shè)計(jì)，使用了 240萬像素的 CCD，售價(jià)達(dá)到 8000美元的天價(jià)！隨后，以索尼公司為代表的各廠商紛紛推出各自的數(shù)碼產(chǎn)品，使相機(jī)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的跨越式發(fā)展。 ? 1998年 8月，中國推出了第一款數(shù)碼相機(jī) ——海鷗 DC33，有效像素 30萬，具有 640 480的分辨率和 24位色的色彩還原能力。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 圖像數(shù)字化技術(shù) 圖像處理的方法有模擬式和數(shù)字式兩種 。 由于數(shù)字計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展 ， 數(shù)字圖像處理技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用 。 我們?nèi)粘Ｉ钪幸姷降膱D像一般是連續(xù)形式的模擬圖像 ， 所以數(shù)字圖像處理的一個(gè)先決條件就是將連續(xù)圖像離散化 ， 轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像 。 圖像的數(shù)字化包括采樣和量化兩個(gè)過程 。 設(shè)連續(xù)圖像 f(x, y) 經(jīng)數(shù)字化后 ， 可以用一個(gè)離散量組成的矩陣 g (i, j)（ 即二維數(shù)組 ） 來表示 。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) ?????????????????????????)1,1()1,1()0,1()1,1()1,1()0,1()1,0()1,0()0,0(),(nmfmfmfnffgnfffjig??????（ 21） 矩陣中的每一個(gè)元素稱為像元 、 像素或圖像元素 。 而 g (i, j)代表 (i, j)點(diǎn)的灰度值 ， 即亮度值 。 以上數(shù)字化有以下幾點(diǎn)說明： （ 1） 由于 g (i, j)代表該點(diǎn)圖像的光強(qiáng)度，而光是能量的一種形式，故 g (i, j)必須大于零，且為有限值，即： 0＜ g (i, j)＜ ∞。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) （ 2） 數(shù)字化采樣一般是按正方形點(diǎn)陣取樣的 ， 除此之外還有三角形點(diǎn)陣 、 正六角形點(diǎn)陣取樣 。 如圖 21所示 。 （ 3） 以上是用 g (i, j)的數(shù)值來表示 (i, j)位置點(diǎn)上灰度級值的大小 ， 即只反映了黑白灰度的關(guān)系 ， 如果是一幅彩色圖像 ， 各點(diǎn)的數(shù)值還應(yīng)當(dāng)反映色彩的變化 ， 可用 g (i, j, λ)表示 ， 其中 λ是波長 。 如果圖像是運(yùn)動(dòng)的 ， 還應(yīng)是時(shí)間 t的函數(shù) ， 即可表示為 g (i, j, λ, t)。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 圖 21 采樣網(wǎng)格 (a) 正方形網(wǎng)格 。 (b) 正六角形網(wǎng)格 ( a ) ( b )第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 采樣 圖像在空間上的離散化稱為采樣 。 也就是用空間上部分點(diǎn)的灰度值代表圖像 ， 這些點(diǎn)稱為采樣點(diǎn) 。 由于圖像是一種二維分布的信息 ， 為了對它進(jìn)行采樣操作 ， 需要先將二維信號變?yōu)橐痪S信號 ， 再對一維信號完成采樣 。 具體做法是 ， 先沿垂直方向按一定間隔從上到下順序地沿水平方向直線掃描 ， 取出各水平線上灰度值的一維掃描 。 而后再對一維掃描線信號按一定間隔采樣得到離散信號 ， 即先沿垂直方向采樣 ， 再沿水平方向采樣這兩個(gè)步驟完成采樣操作 。 對于運(yùn)動(dòng)圖像 （ 即時(shí)間域上的連續(xù)圖像 ） ， 需先在時(shí)間軸上采樣 ， 再沿垂直方向采樣 ， 最后沿水平方向采樣由這三個(gè)步驟完成 。 第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 對一幅圖像采樣時(shí) ， 若每行 （ 即橫向 ） 像素為 M個(gè) ， 每列（ 即縱向 ） 像素為 N個(gè) ， 則圖像大小為 M N個(gè)像素 。 在進(jìn)行采樣時(shí) ， 采樣點(diǎn)間隔 的選取是一個(gè)非常重要的問題 ， 它決定了采樣后圖像的質(zhì)量 ， 即忠實(shí)于原圖像的程度 。 采樣間隔的大小選取要依據(jù)原圖像中包含的細(xì)微濃淡變化來決定 。 一般 ， 圖像中細(xì)節(jié)越多 ， 采樣間隔應(yīng)越小 。 根據(jù)一維采樣定理 ，若一維信號 g(t)的最大頻率為 ω， 以 T≤1/2ω為間隔進(jìn)行采樣 ， 則能夠根據(jù)采樣結(jié)果 g(iT) (i=… , 1, 0, 1， … )完全恢復(fù) g(t)， 即 ????????iiTtsiTgtg )()()(式中 t tts ???2 )2s i n()( ?第二章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ) 圖 22 采樣示意圖 采樣行采樣列像素行間隔采樣間隔