【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在“質(zhì)”方面的特征。如某物體在白光下呈現(xiàn)綠色，是因?yàn)樗鼉H反射了綠色光分量。飽和度是指顏色的純度，即摻入白色光的程度，飽和度的高低決定于彩色光中混入的白色光數(shù)量，白色光愈少，飽和度越高。飽和度是彩色光在“量”的方面的特征。人眼大概能識(shí)別 128 種不同的色調(diào)和 130 種不同的色澤 (色飽和度級(jí) )。 數(shù)字圖像處理概述 [5] 數(shù)字圖像處理的英文名稱是 ” Digital Image Processing” 。通常所說(shuō)的數(shù)字處理是指用計(jì)算進(jìn)行的處理，因此也稱計(jì)算機(jī) 圖像處理 (Computer Image Processing)?？偟膩?lái)說(shuō)，數(shù)字圖像處理包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容 : (1)點(diǎn)運(yùn)算 點(diǎn)運(yùn)算主要是針對(duì)圖像的象素進(jìn)行加、減、乘、除等運(yùn)算。圖像的點(diǎn)運(yùn)算可以有效的改善圖像的直方圖分布，這對(duì)提高圖像的分辨率以及圖像的均衡都是非常有益的。 (2)幾何處理 幾何處理主要包括圖像的坐標(biāo)變換、圖像的移動(dòng)、縮小、放大、旋轉(zhuǎn)、多個(gè)圖像的配準(zhǔn)以及圖像的扭曲校正等。幾何處理是最常見的圖像處理手段，幾乎任何圖像處理軟件都提供了最基本的圖像縮放功能。 (3)圖像增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)的作用最主要是突出圖像 中最重要的信息，同時(shí)減弱或除去不重要的信息。常用的方法有直方圖增強(qiáng)和偽彩色增強(qiáng)等。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 (4)圖像復(fù)原 圖像復(fù)原的主要目的是去除干擾和模糊，從而恢復(fù)圖像的本來(lái)面目。例如去除噪聲復(fù)原處理。 (5)圖像形態(tài)學(xué)處理 圖像形態(tài)學(xué)是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的延伸，是一門獨(dú)立的研究學(xué)科。利用圖像形態(tài)學(xué)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)圖像的腐蝕、細(xì)化和分割等效果。 (6)圖像編碼 圖像編碼研究屬于信息論中信源編碼的范疇，其主要宗旨是利用圖像信息的統(tǒng)計(jì)特性及人類的視覺特性對(duì)圖像進(jìn)行高效編碼，從而達(dá)到壓縮圖像的目的。 (7)圖像重建 圖像重建是一門新興的數(shù)字圖 像處理技術(shù)，主要是利用采集的數(shù)據(jù)來(lái)重建出圖像。其主要算法有代數(shù)法、迭代法、傅立葉反投影法和使用最廣泛的卷積反投影法等。 (8)模式識(shí)別 模式識(shí)別也是數(shù)字圖像處理的一個(gè)新的研究方向。當(dāng)今的模式識(shí)別方法通常有三種 :統(tǒng)計(jì)識(shí)別法、句法結(jié)構(gòu)模式識(shí)別法和模糊識(shí)別法。 本文所討論的數(shù)字圖像縮放技術(shù)主要是圖像分辨率的變換，屬于數(shù)字圖像的幾何處理的范疇。 數(shù)字圖像文件格式 [6] 1． 計(jì)算機(jī)圖像常用文件格式 1） PCX（ Windows Paintbrush）格式?？商幚?1， 4， 8， 16， 24 位等圖像數(shù)據(jù)。文件內(nèi)容包括：文件 頭（ 128 字節(jié)），圖像數(shù)據(jù)擴(kuò)展調(diào)色板數(shù)據(jù)。 2） BMP（ Windows Bitmap）格式。有 1， 4， 8， 24位非壓縮圖像， 8位 RLE（ Runlength Encoded ）圖像。文件內(nèi)容包括：文件頭（一個(gè) BITMAP FILEHEADER 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），位圖信息數(shù)據(jù)塊（位圖信息頭 BITMAP INFOHEADER 和一個(gè)顏色表）和圖像數(shù)據(jù)。 3） HDF（ Hierarchical Data Format）格式。有 8位， 24位光柵數(shù)據(jù)集。 4） JPEG(Joint Photographic Experts Group)格式， 是一種成為聯(lián)合圖像專家組的圖像壓縮格式。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 5） TIFF（ Tagged Image File Format）格式。處理 1， 4， 8， 24 位非壓縮圖像， 1， 4， 8， 24 位 packbit 壓縮圖像，一位 CCITT 壓縮圖像等。文件內(nèi)容包括：文件頭，參數(shù)指針表與參數(shù)域，參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖象數(shù)據(jù)四部分。 6） XWD(X Windows Dump)格式。 1， 8 位 Zpixmaps,XYbitmaps,1 位 XYpixmaps。 7） TGA 格式。處理 1， 4， 8， 16， 24 位非壓縮圖像和行程編碼（ RLE）圖像。文件由 5 個(gè)固定長(zhǎng)度字段和 3 個(gè)可變長(zhǎng)度字 段組成。 2． MATLAB 圖像處理工具箱支持的四種基本圖像類型： 1） 索引圖像 索引圖像包括圖像矩陣與顏色圖數(shù)組，其中，顏色圖是按圖像中顏色值進(jìn)行排序后的數(shù)組。對(duì)于每個(gè)像素，圖像矩陣包含一個(gè)值，這個(gè)值就是顏色圖中的索引。顏色圖為 m*3 雙精度值矩陣，各行分別指定紅綠藍(lán)（ RGB）單色值。Colormap=[R， G， B]， R， G， B 為值域?yàn)?[0， 1]的實(shí)數(shù)值。 圖像矩陣與顏色圖的關(guān)系依賴于圖像矩陣是雙精度型還是 uint8（無(wú)符號(hào) 8位整型）類型。如果圖像矩陣為雙精度類型，第一點(diǎn)的值對(duì)應(yīng)于顏色圖的第一行，第二點(diǎn)對(duì)應(yīng)于顏色圖 的第二行，依次類推。如果圖像矩陣是 uint8，有一個(gè)偏移量，第 0 點(diǎn)值對(duì)應(yīng)于顏色圖的第一行，第一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于第二行，依次類推；uint8 長(zhǎng)用于圖形文件格式，它支持 256 色。 2） 灰度圖像 在 MATLAB 中，灰度圖像是保存在一個(gè)矩陣中的，矩陣中的每一個(gè)元素代表一個(gè)像素點(diǎn)。矩陣可以是雙精度類型，其值域?yàn)?[0， 1]；也可以為 uint8 類型，其數(shù)據(jù)范圍為 [0， 255]。矩陣的每個(gè)元素代表不同的亮度或灰度級(jí)。 3） 二進(jìn)制圖像 二進(jìn)制圖像中，每個(gè)點(diǎn)為兩離散值中的一個(gè)，這兩個(gè)值代表開或關(guān)。二進(jìn)制圖像保存在一個(gè)由二維的由 0（關(guān)）和 1（開 ）組成的矩陣中。從另一個(gè)角度講，二進(jìn)制圖像可以看成為一個(gè)僅包括黑與白的灰度圖像，也可以看作只有兩種顏色的索引圖像。 二進(jìn)制圖像可以保存為雙精度或 uint8 類型的雙精度數(shù)組，顯然使用 uint8類型更節(jié)省空間。在圖像處理工具箱中，任何一個(gè)返回二進(jìn)制圖像的函數(shù)都是以 uint8 類型邏輯數(shù)組來(lái)返回的。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 4） RGB 圖像 與索引圖像一樣， RGB 圖像分別用紅，綠，藍(lán)三個(gè)亮度值為一組，代表每個(gè)像素的顏色。與索引圖像不同的是，這些亮度值直接存在圖像數(shù)組中，而不是存放在顏色圖中。圖像數(shù)組為 M*N*3， M， N 表示圖像像素的行列數(shù)。 MATLAB 基本知識(shí)介紹 MATLAB 概述 [8] MATLAB 最初是作為矩陣實(shí)驗(yàn)室 (Matrix Labora2tory) 用來(lái)提供通往 LINPACK 和 EISPACK 矩陣軟件包接口的。后來(lái)，它逐漸發(fā)展成為通用科技計(jì)算和圖視交互系統(tǒng)的程序語(yǔ)言，其數(shù)據(jù)的基本單元是矩陣。它的指令表達(dá)與數(shù)學(xué)、工程中常用的習(xí)慣形式十分相似，從而使許多用 C 或 Fortran 實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分復(fù)雜費(fèi)時(shí)的問題用 MATLAB 就可以輕松地解決。 MATLAB 的典型應(yīng)用包括 :數(shù)學(xué)計(jì)算、算法研究、數(shù)據(jù)分和計(jì)算結(jié)果可 視化、建模與仿真等。 MATLAB 的特點(diǎn) MATLAB 有三大特點(diǎn) :一是功能強(qiáng)大。主要包括數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算、計(jì)算結(jié)果和編程可視化、數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計(jì)算。二是界面友好，編程效率高。 MATLAB 是一種以矩陣為基本單元的可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，語(yǔ)法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)類型單一，指令表達(dá)與標(biāo)準(zhǔn)教科書的數(shù)學(xué)表達(dá)式相近。三是開放性強(qiáng)。 MATLAB 有很好的可擴(kuò)充性可以把它當(dāng)成一種更高級(jí)的語(yǔ)言去使用。使用它很容易編寫各種通用或?qū)Ｓ脩?yīng)用程序。 MATLAB 的主要功能 MATLAB 之所以 成為世界頂級(jí)的科學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件 ，是因?yàn)樗S著版本的升級(jí)與不斷完善而具有愈來(lái)愈強(qiáng)大的功能。 (1) 數(shù)值計(jì)算功能。 MATLAB 出色的數(shù)值計(jì)算功能是使之優(yōu)于其他數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件的決定性因素之一。 (2) 符號(hào)計(jì)算功能。 MATLAB 符號(hào)運(yùn)算的獨(dú)特之處 :無(wú)須事先對(duì)變量賦值， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 而所得的結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)形式表達(dá) ，符號(hào)計(jì)算的整個(gè)過(guò)程以字符進(jìn)行。 (3) 數(shù)據(jù)分析功能。 MATLAB 可以給計(jì)算數(shù)據(jù)以二維、三維乃至四維的圖形表現(xiàn)。這不僅使數(shù)據(jù)間的關(guān)系清晰明了 ，而且對(duì)于揭示其內(nèi)在本質(zhì)有著非常重要的作用。 (4) 動(dòng)態(tài) 仿真功能。 MATLAB 提供了一個(gè)模擬動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的交互程序 SIMULINK，用戶通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作 ，就可建立起直觀的系統(tǒng)模型 ，并進(jìn)行仿真。 (5) 圖形文字統(tǒng)一處理功能。 MATLAB Notebook 成功地將 Microsoft Word 與 MATLAB 集成為一個(gè)整體 ，為文字處理、科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)營(yíng)造了一個(gè)完美統(tǒng)一的工作環(huán)境。它既擁有 Word 強(qiáng)大的文字處理功能 ，又能從 Word 訪問 MATLAB 的數(shù)據(jù)計(jì)算和可視化結(jié)果。 MATLAB 在圖象處理中的應(yīng)用 [8] 圖像處理工具包是由一 系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成的。所支持的圖像處理操作有 :圖像的幾何操作、鄰域和區(qū)域操作、圖像變換、圖像恢復(fù)與增強(qiáng)、線性濾波和濾波器設(shè)計(jì)、變換 (DCT 變換等 ) 、圖像分析和統(tǒng)計(jì)、二值圖像操作等。下面就 MATLAB 在圖像處理中各方面的應(yīng)用分別進(jìn)行介紹。 (1) 圖像文件格式的讀寫和顯示。 MATLAB 提供了圖像文件讀入函數(shù) imread()，用來(lái)讀取如 :bmp， tif、 tiff、 pcx 、 jpg 、 gpeg 、 hdf、 xwd 等格式圖像文；圖像寫出函數(shù) imwrite() ，還有圖像顯示函數(shù) image()、 imshow()等等。 (2) 圖像處理的基本運(yùn)算。 MATLAB 提供了圖像的和、差等線性運(yùn)算 ，以及卷積、相關(guān)、濾波等非線性算。例如， conv2(I， J)實(shí)現(xiàn)了 I， J 兩幅圖像的卷積。 (3) 圖像變換。 MATLAB 提供了一維和二維離散傅立葉變換 (DFT) 、快速傅立葉變換 (FFT) 、離散余弦變換 (DCT) 及其反變換函數(shù)，以及連續(xù)小波變換(CWT)、離散小波變換 (DWT)及其反變換。 (4) 圖像的分析和增強(qiáng)。針對(duì)圖像的統(tǒng)計(jì)計(jì)算 MATLAB 提供了校正、直方圖均衡、中值濾波、對(duì)比度調(diào)整、自適應(yīng)濾 波等對(duì)圖像進(jìn)行的處理。 (5) 圖像的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理。針對(duì)二值圖像， MATLAB 提供了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 運(yùn)算函數(shù)；蝕 (Erode)、膨脹 (Dilate)算子，以及在此基礎(chǔ)上的開 (Open)、閉 (Close)算子、厚化 (Thicken) 、薄化 (Thin) 算子等豐富的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算。 以上所提到的 MATLAB在圖像中的應(yīng)用都是由相應(yīng)的 MATLAB函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使用時(shí)，只需按照函數(shù)的調(diào)用語(yǔ)法正確輸入?yún)?shù)即可。具體的用法可參考 MATLAB 豐富的幫助文檔。圖像邊緣對(duì)圖像識(shí)別和計(jì)算機(jī)分析十分有用，在MATLAB 中 ，函數(shù) edge()用于灰度圖像邊緣的提取，它支持六種不同的邊緣提取方法，即 Sobel 方法、 Prewitt 方法、 Robert 方法， Laplacian2Gaussian 方法、過(guò)零點(diǎn)方法和 Canny 方法。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 第三章 傳統(tǒng)數(shù)字 圖像 縮放技術(shù) 數(shù)字圖像縮放技術(shù)概述 什么是數(shù)字圖像縮放 一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字圖像縮放就是指圖像分辨率的變換。包括由高分辨率圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榈追直媛蕡D像和有低分辨率圖像轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻直媛蕡D像。數(shù)字圖像縮放是圖像處理領(lǐng)域里非常常見的操作，屬于數(shù)字圖像的幾何變換范疇。隨著信息科技的發(fā)展，圖 像縮放技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，包括計(jì)算機(jī)圖像處理軟件中的應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)上的多媒體瀏覽，數(shù)字電視視頻傳輸與顯示領(lǐng)域，天文與氣象觀測(cè)領(lǐng)域，軍事領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用領(lǐng)域及數(shù)碼照片拍攝與處理領(lǐng)域?？傊灰幸曨l多媒體的地方，有圖像處理的地方，都會(huì)有數(shù)字圖像縮放技術(shù)的身影。隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，該技術(shù)會(huì)越來(lái)越多的得到應(yīng)用。本文主要針對(duì)于數(shù)字電視領(lǐng)域圖像縮放，因此在算法上有較強(qiáng)的針對(duì)性，對(duì)于一些在數(shù)字電視領(lǐng)域難以實(shí)現(xiàn)的算法不做過(guò)多研究。 數(shù)字圖像縮放的算法概述 就目前來(lái)說(shuō)，數(shù)字圖像縮放技術(shù)主要是應(yīng)用數(shù)學(xué)上的插值 理論，使用插值（ Interpolation）算法。傳統(tǒng)的圖像插值算法有最近鄰插值（ Nearest Neighbor Interpolation），雙線性插值（ Bilinear Interpolation）， 雙三次 插值（ Bicubic Interpolation）。傳統(tǒng)插值算法在 MATLAB 中都有相應(yīng)的工具函數(shù)，屬于比較成熟的算法。在當(dāng)今流行的插值算法多是對(duì)傳統(tǒng)插值算法的改進(jìn)，包括基于近臨插值與鄰域取平均的圖像縮小算法，基于 Ferguson 曲面插值的圖像縮放方法，帶系數(shù)自適應(yīng)插值算法及其改進(jìn)，基于數(shù)字圖像邊緣 提取的插值算法及改進(jìn)，基于圖像增強(qiáng)技術(shù)提高圖像分辨率方法，隨著小波技術(shù)的發(fā)展，還有越來(lái)越多的基于小波的圖像插值算法。但本人覺得由于基于圖像增強(qiáng)技術(shù)提高圖像分辨率方法和基于小波的圖像插值算法計(jì)算量過(guò)大，加上當(dāng)今硬件處理速度的限制，很難應(yīng)用于數(shù)字電視的視頻處理領(lǐng)域，達(dá)到實(shí)時(shí)處理的要求。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展有望應(yīng)用 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 于數(shù)字電視視頻處理領(lǐng)域。 傳統(tǒng)的數(shù)字圖像縮放技術(shù) [7] 由于圖像像素的灰度值是離散的，因此一般的處理方法是對(duì)原來(lái)在整數(shù)點(diǎn)坐標(biāo)上的像素值進(jìn)行插值生成連續(xù)的曲線 (面 )，然后在插值曲線 (面 )上重新采樣以 獲得放大或縮小圖像像素的灰度值。以一維空間像素的灰度插值為例，圖 所示的是將原圖的 5 個(gè)像素縮小為 4 個(gè)像素的過(guò)程：先根據(jù) 1x ～ 5x 這五個(gè)像素的灰度值采用選定的插值算法生成插值曲線，再對(duì)該曲線進(jìn)行重采樣得到縮小后的四個(gè)像素