【文章內容簡介】 是取樣和量化后的數字信號應盡可能地代表原始的連續(xù)圖像信號，且能夠使取樣后的離散圖像信號無失真地恢復原始信號。采樣和量化的間隔也確定了圖像的空間和色彩的分辨率。 圖像顯示顯示一幅數字圖像實際上是將一組離散的采樣值重構為連續(xù)的圖像的插值過程。影響顯示質量的最重要的特性有：所能顯示的圖像大小、光度分辨率和空間分辨率、低頻響應和噪聲特性。顯示圖像的大小能力包括：顯示設備的物理尺寸和所能顯示的最大數字圖像的大小。圖像的顯示分為永久顯示和暫時顯示。最常見的暫時顯示設備為陰極射線管和液晶顯示器。由這種設備需要不斷地刷新，可用一幅存儲在專用隨機存儲器的數字圖像數據進行刷新。永久顯示是將圖像永久記錄在紙或膠片上。常用的設備為打印機和膠片記錄器。為了進行離線處理和重復使用，對采集的圖像有必要保存到存儲體中。由于圖像本身的大數據量以及通常的應用（如在線采集）中要處理的圖像數目非常多，因此，圖像的存儲系統(tǒng)也是應用圖像處理中需要考慮的方面。除了直接增加存儲系統(tǒng)的容量外，對圖像進行壓縮也間接地提高了系統(tǒng)的存儲容量。由此也產生了不同的圖像文件格式。為了處理的方便，一般處理時，都是采用BMP格式，即位圖格式，該格式不僅直觀地反映了數字圖像的矩陣結構，而且是Windows的內部格式。與其他格式相比，JPEG格式具有較高的壓縮比，存儲時一般采用JPEG格式。本文在存儲時采用JPEG模式，處理時轉換到BMP模式。 BMP格式該格式文件的結構如圖22所示3,4，包括位圖文件頭結構BITMAPFILEHEADER、位圖信息頭結構BITMAPINFOHEADER、位圖顏色表RGBQUAD和位圖像素數據4部分。 文件頭結構BITMAPFILEHEADER信息頭結構BITMAPINFOHEADER位圖顏色表RGBQUAD位圖像素數據圖22 BMP位圖文件結構該文件第一部分為文件頭結構BITMAPFILEHEADER ,長度固定,共14字節(jié)。第二部分為信息頭結構BITMAPINFOHEADER，長度固定,共40字節(jié)。第三部分為調色板，實際上是一個結構數組，元素個數為biClrUsed，若該值為0，則個數為2的biBitCount次冪。 第四部分為位圖數據，其以行為單位存儲，每行填充到4字節(jié)邊界，即每行數據總是4字節(jié)的倍數。數據可以是壓縮的，也可以是不壓縮的。由于256色圖像每個像素占用1字節(jié)，處理比較方便，因此，設計算法時一般選擇256色彩色或灰度圖像。 JPEG格式JPEG是聯(lián)合圖像專家小組(Joint Photographic Experts Group)的英文縮寫，是國際上彩色、灰度、靜止圖像的第一個國際標準2。JPEG委員會在制定JPEG標準時，定義了許多標記用來區(qū)分和識別圖像數據及其相關信息，目前，使用比較廣泛的是JPEG文件交換格式JFIF(JPEG File Interchange Format)。JPEG文件大體上可以分成以下兩個部分：標記碼(Tag)和加壓縮數據。標記碼由兩個字節(jié)構成，其前一個字節(jié)是固定值0xFF，每個標記之前還可以添加數目不限的0xFF填充字節(jié)(fill byte)。標記碼部分給出了JPEG圖像的所有信息(有點類似于BMP中的頭信息，但要復雜得多)，如圖像的寬、高、Huffman表、量化表等。JPEG文件由下面的8個部分組成：圖像開始SOI(Start Of Image)標記； APP0標記(Marker)；APPn標記(Markers)，其中n＝1~15(任選)；一個或者多個量化表DQT(Difine Quantization Table)；幀圖像開始SOF(Start of Frame)； 一個或者多個哈夫曼表DHT(Difine Huffman Table)；掃描開始SOS(Start of Scan)；圖像結束EOI(End of Image)。有關這些字段的詳細描述，限于篇幅，不詳細說明。本計數系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，其硬件部分是上述硬件系統(tǒng)的一個具體實現。具體組成見圖23。 ④ 圖23 計數系統(tǒng)組成示意圖① 鋼材 ②攝像機 ③ 采集卡 ④PC機計算機主機為工控一體機EVOC，CPU為Intel PIII886，內存128M，本機內嵌7＂顯示器，顯示分辨率640*480，可再外接一臺顯示器。CCD攝像機為256級灰度攝像機，手動調焦。圖像采集卡為CG300，在PAL制下，最大分辨率為768*576，在NTSC制下，最大分辨率為640*480，可選擇工作在采集到屏幕或內存方式。進一步，可將采集部分與處理部分分隔成前端采集和后端處理并且通過網絡把它們連接起來。處理的結果也可通過網絡傳輸到管理部門或數據中心。 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)由研制者自行開發(fā)。圖像采集軟件在采集卡提供的函數庫上進行二次開發(fā)而得。圖像處理軟件部分算法參考相關文獻編制，而關鍵算法則是根據所處理圖像的實際特點或由其他算法改進或自行設計而得。軟件運行時的外觀見圖24。圖24 系統(tǒng)操作界面從圖24基本可看出系統(tǒng)的功能模塊——按對圖像進行不同的操作集合可主要分為：點運算：對單個像素進行操作，包括反色、閾值操作、窗口變換、線性變換、灰度拉伸、灰度均衡。幾何變換：對整個圖像施加的操作，包括圖像的平移、旋轉、鏡象變換以及縮放。圖像增強：圖像的外圍背景處理、圖像的圓滑處理（去棱角）、圖像的線性平滑和中值濾波、偽彩色編碼、銳化。形態(tài)學變換：圖像處理的數學形態(tài)學方法，包括開運算、閉運算、膨脹操作、腐蝕操作、細化。邊緣與輪廓：有關圖像邊緣與輪廓的操作，包括邊緣檢測、輪廓跟蹤、輪廓提取、類圓分割。圖像分析：圖像的迭代求閾值、類圓識別、模板匹配、基于Canny的分割、圖像的差運算。第三章 圖像預處理采集的圖像一般以JPEG格式保存，因為它有較高的壓縮比，為了方便處理，需要轉換到BMP256色或256灰度格式，因為它們每個像素占用一個字節(jié)，便于內存操作。同時圖像采集時引入的噪聲也需要進行平滑。要正確地計數，必須將目標從背景中整體地分離出來，剔除背景的影響，可以采用差分的方法濾除背景，理想的采集條件是背景穩(wěn)定且與目標有較大的差異。背景剔除后圖像進行二值處理可得到物體與陰影（物體間的縫隙）兩類像素。物體的邊界信息對分割也有重要的意義，雖然已經提出了各種不同的邊緣分割算法，但實驗證明Canny邊緣分割相對的性能較好，檢測到的Canny邊緣可用于基于邊緣的分割中。由于聚焦不準、照明等因素會使邊緣模糊、局部或整體對比度不足，輪廓退化，此時需要對圖像進行對比度增強，來突出邊緣信息，增強圖像的特征。對圖像處理前，把存儲器中的JPEG文件解壓縮成BMP文件，原始的圖像可能是真彩色的，需要轉換為256級灰度，然后進一步采用特定的變換轉換為二值圖像。對處理過的圖像可能仍希望存儲成JPEG圖像。因此，實現JPEG與BMP之間的轉換和BMP顏色位數的轉換是必要的。 JPEG 與BMP相互轉換利用jpeglib2庫函數直接實現壓縮、解壓縮JPEG文件,并實現與BMP的轉換。注意的是在JPEG文件中，顏色的存放順序并不總是按RGB的排列，同時在BMP中每行都都是雙字節(jié)對齊，因此在二者間轉換時，需要調整，詳細信息可參考源程序。 顏色轉換自然界物體的顏色可分為黑白色(包括灰度級)和彩色。就顏色的本質來說，黑白色可以看成是彩色的一種特例，而且人眼對于彩色的視覺感受要比黑白色敏感和豐富。但在圖像處理中灰度色更易于處理。為了用計算機來表示和處理顏色，必須采用定量的方法來描述顏色，即建立顏色模型。目前廣泛采用的顏色模型有3類，即計算顏色模型、工業(yè)顏色模型和視覺顏色模型。計算顏色模型又稱為色度學顏色模型，主要應用于純理論研究和計算推導；工業(yè)顏色模型側重于實際應用的實現技術；視覺顏色模型用于與人直接接口的顏色描述和控制。所有彩色模型的基礎都建立在色度學理論之上。圖像處理和計算機圖形中采用工業(yè)顏色模型如：RGB、CMYK；視覺顏色模型以人眼的視覺特征為基礎，用顏色的色調、飽和度和亮度來表示顏色，常用的是HIS和HLS兩種。 灰度化與偽彩色處理顏色可分為黑白色和彩色。黑白顏色指顏色中不包含任何的彩色成分，僅由黑色和白色組成。在RGB顏色模型中，如果R=G=B，則顏色(R，G，B)表示一種黑白顏色。其中R=G=B的值叫做灰度值，所以黑白顏色又叫做灰度顏色。彩色和灰度之間可以互相轉化，由彩色轉化為灰度的過程叫做灰度化處理；由灰度轉化為彩色的過程稱為偽彩色處理。256色圖像和256灰度圖像雖然都有256種像素，但是，它們的處理效果略有不同。由于有些攝像機采集的圖像只能為灰度的，所以在自動計數操作中，研制者將待處理的圖像先轉換到灰度圖像，然后在進行其他處理和計數。1. 灰度化處理灰度化就是使彩色的R、G、B分量位相等的過程。由于R、G、B的取值范圍是0—255，所以灰度的級別只有256級，即灰度圖像僅能表現256種顏色(灰度)?；叶然幚淼姆椒ㄖ饕腥缦?種3,4。1)最大值法：使R、G、B的值等于3值中最大的 一個，即 R=G＝B=max(R，G，B)2)平均值：使R、G、B的值等于它們的平均值，即 R=G=B=(R+G+B)/3平均值法會形成較柔和的灰度圖像。 3)加權平均值法：R=G=B=R*WR + G* WG +B* WB。實驗和理論推導證明,當WR=,WG=，WB=，能得到最合理的灰度圖像。2. 偽彩色處理3,4 偽彩色處理是指將黑白色(灰度級)圖像轉化為彩色圖像。由于人眼對彩色的分辨能力遠遠高于對黑白灰度的分辨能力，所以將黑白圖像轉化成彩色表示，便可以提高對圖像細節(jié)的辨別力。因此，偽彩色處理的主要目的是為了提高人眼對圖像的細節(jié)分辨能力，以達到圖增強的目的。其主要方法是通過對R、G、B賦予一個顏色映射公式（表）來實現。 彩色量化從m種顏色中