【正文】 度圖象，其 f(x， y)表示 (x， y)位置處的灰度值。 ? 單色圖象具有比較簡單的格式，它一般由黑色區(qū)域和白色區(qū)域組成，其典型圖象格式就是直線圖和圖表。 常用的顏色表示法有 RGB、 CMYK、 YUV等 。 ? 顏色深度：是指表示每一象素的顏色值的二進(jìn)制位數(shù) 。 顯示分辨率說明了數(shù)字圖象的表現(xiàn)精細(xì)度 。 圖象分辨率說明了數(shù)字圖象的實(shí)際精細(xì)度 。 ? 分辨率：有顯示分辨率和圖象分辨率 。 在計(jì)算機(jī)內(nèi)通常用二維數(shù)組來表示數(shù)字圖象的矩陣 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 6 數(shù)字圖象的基本概念 ? 在 PC的顯示系統(tǒng)中 ， 顯示的圖像是由一個(gè)個(gè)像素組成的 ， 每一個(gè)像素都有自己的顏色屬性 ， 每一個(gè)像素的顏色由紅 ， 綠 ， 藍(lán)三原色組合而成 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 3 第一章 位圖基礎(chǔ) ? 數(shù)字圖像的基本概念 ? 與設(shè)備無關(guān)位圖 (DIB) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 4 數(shù)字圖像的基本概念 ? 位圖與矢量圖 ? 數(shù)字圖象的基本概念 ? 單色圖象 ? 灰度圖象 ? 偽彩色圖像 ? 24位真彩色圖像 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 5 位圖與矢量圖 ? 圖形由指令集合組成的描述 ， 顯示時(shí)需要相應(yīng)的軟件讀取這些命令 ， 并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠聊簧纤@示的形狀和顏色 ， 圖形記錄的主要內(nèi)容是坐標(biāo)值或坐標(biāo)值序列 ， 對(duì)一般畫面內(nèi)容的顏色或亮度隱含且統(tǒng)一地描述 。 數(shù)字圖像處理 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 楊淑瑩 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 2 課程內(nèi)容簡介 ? 介紹各種數(shù)字圖象處理的算法分析及編程實(shí)現(xiàn)技術(shù) 。 ? 主要內(nèi)容包括： 位圖基礎(chǔ) 、 圖象的顯示 、 圖像的幾何變換 、圖象灰度變換 、 圖像的平滑處理 、 圖像銳化處理及邊緣檢測(cè) 、 圖像分割及測(cè)量 、 圖像的形態(tài)學(xué)處理 、 圖像的變換域處理及應(yīng)用 、 圖像的合成 、 24位彩色圖像處理 、 JPEG圖像的壓縮編碼 。 ? 圖像是以柵格結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)畫面內(nèi)容 ， 柵格結(jié)構(gòu)將一幅圖劃分為均勻分布的柵格 ， 每個(gè)柵格稱為像素 ，顯式地記錄每一像素的光度值 (亮度或彩色 )， 所有像素位置按規(guī)則方式排列 ， 像素位置的坐標(biāo)值卻是有規(guī)則地隱含 。 數(shù)字圖象是連續(xù)圖象 f(x， y)的一種近似表示 ， 通常用由采樣點(diǎn)的值所組成的矩陣來表示 : f(0， 0) f(0， 1)… . f(0， M1) f(1， 0) f(1， 1)… . f(1， M1) f(N1， 0) f(N1， 1)… . f(N1， M1) ? 每一個(gè)采樣單元叫做一個(gè)象素 (pixel)， 上式中 ， M、 N分別為數(shù)字圖象在橫 、 縱方向上的象素 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 7 數(shù)字圖象的基本概念 ? 圖象數(shù)字化的精度包括兩個(gè)部分 ， 即分辨率和顏色深度 。 ? 圖象分辨率：是數(shù)字化圖象時(shí)劃分圖象的象素密度 ， 即單位長度內(nèi)的象素?cái)?shù) ， 其單位是每英寸的點(diǎn)數(shù) DIP（ Dots per Inche） 。 ? 顯示分辨率：是把數(shù)字圖象在輸出設(shè)備 （ 如顯示屏或打印機(jī)等 ） 上能夠顯示的象素?cái)?shù)目和所顯示象素之間的點(diǎn)距 。 ? 具有不同的圖象分辨率的數(shù)字圖象在同一輸出設(shè)備上的顯示分辨率相同 。 顏色深度越大則能表示的象素的顏色數(shù)目越多 ， 它們之間的關(guān)系取決于數(shù)字圖象采用的顏色表示法 。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 8 單色圖象 ? 單色圖象的每一象素值具有如下特征： 1)圖象中每一點(diǎn)的紅 、 綠 、 藍(lán)顏色分量值都相等 即 : f red(x， y) =f green(x， y)= f blue(x， y) 2)其值只有兩個(gè) 0或 255。一旦給定圖象的大小，這種格式的內(nèi)容將十分緊湊 . 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 9 灰度圖象 ? 灰度圖象的每一象素值具有如下特征： 1)圖象中每一點(diǎn)都不是彩色的，即每一點(diǎn)的紅綠藍(lán)顏色分量值都相等，即： f red(x， y) =f green(x， y)= f blue(x， y) 2)其值范圍從 0~255。 ? 在一些單色照片中，經(jīng)常要用灰度，才能準(zhǔn)確的表達(dá)圖象的真實(shí)視覺效果，這種圖象被稱為灰度圖象。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 10 偽彩色圖像 ? 偽彩色圖像與灰度圖像相似，其存儲(chǔ)文件中也帶 有圖像顏色表，偽彩色圖像具有如下特征： 1)圖像顏色表中的紅、綠、藍(lán)顏色分量值不全相 等，即： f red(x， y)≠f green(x ， y)≠ f blue(x ， y) 2)整幅圖像僅有 256種顏色， 要表示 256種不同的顏色，像素必須由 8位組成，每個(gè)像素值不是由每個(gè)基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當(dāng)作圖像顏色表 的表項(xiàng)入口地址。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 11 24位真彩色圖像 ? 具有全彩色照片表達(dá)能力的圖像為 24位彩色圖像 ， 24位真彩色圖像存儲(chǔ)文件中不帶有圖像顏色表 ，其具有如下特征： 1)圖像中每一像素由 RGB三個(gè)分量組成 ， 每個(gè)分量各占 8位 ， 每個(gè)像素需 24位 。 ? 由于 24位真彩色圖像所需的存儲(chǔ)空間很大 ， 處理速度較慢 ， 當(dāng)需要存儲(chǔ)空間不大 ， 并且要求實(shí)時(shí)快速處理圖像時(shí) ， 一般都要利用相應(yīng)的 8位位圖對(duì)其進(jìn)行近似處理 ， 因此 8位位圖是圖像技術(shù)中涉及范圍比較廣泛的一種圖像表示方法 。位圖結(jié)構(gòu)如下所示 : 位圖顏色表 RGBQUAD 位圖像素?cái)?shù)據(jù) 位圖文件頭結(jié)構(gòu) BITMAPFILEHEADER 位圖信息頭結(jié)構(gòu) BITMAPINFOHEADER 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 14 結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)域 含義 FILEHEADERBITMAP bfType 字節(jié) “ BM” bfSize 文件總字節(jié)數(shù) BfReserved1 0 BfReserved1 0 bfOffBits 位圖數(shù)據(jù)距文件頭的偏移量 BITMAPINFOHEADER biSize 本結(jié)構(gòu)大小的字節(jié)數(shù) biWidth 位圖的寬度，單位為象素點(diǎn) biHeight 位圖的高度，單位為象素點(diǎn) biPlanes 1 biBitCount 象素的位數(shù)（ 1， 4， 8， 24） 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 15 biCompression 壓縮方式（ 0表示不壓縮） bisizeImage 位圖數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) biXpelsPerMeter 水平分辨率（象素點(diǎn) /米） biYpelsPerMeter 垂直分辨率（象素點(diǎn) /米） biClrUsed 圖象中使用的顏色數(shù) biClrImportant 圖象中重要的顏色數(shù) RGBQUAD rgbBlue 藍(lán)色的比例 rgbGreen 綠色的比例 rgbRed 紅色的比例 rgbReserved 0 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 16 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用 ? 下面列舉一些典型的應(yīng)用實(shí)例 。 (2)生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 ① 顯微圖像處理； ② DNA顯示分析； ③ 生物進(jìn)化的圖像分析； ④ 手術(shù)規(guī)劃； ⑤ 內(nèi)臟大小 、 形狀 、 活動(dòng)及異常檢出分析； ⑥ 癌細(xì)胞識(shí)別 。 (4)軍事公安領(lǐng)域中的應(yīng)用 ①罪犯臉形的合成； ②指紋自動(dòng)識(shí)別； ③巡航導(dǎo)彈地形識(shí)別； ④手跡、印章的鑒定識(shí)別； ⑤遙控飛行器的引導(dǎo)； ⑥雷達(dá)的目標(biāo)偵察。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 19 第二章 圖像的顯示 ? 調(diào)色板的基本應(yīng)用 ? 圖像的特效顯示 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 20 調(diào)色板的基本應(yīng)用 ? 調(diào)色板的原理 ? 調(diào)色板的創(chuàng)建與實(shí)現(xiàn) ? 顯示函數(shù) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 21 調(diào)色板的原理 ? 調(diào)色板就是在 256色顯示系統(tǒng)中 ,將圖像中出現(xiàn)的256種顏色組成顏色表 ,對(duì)這些顏色按 8位 ,即 0至255進(jìn)行編號(hào) ,每一編號(hào)代表其中的一種顏色 ,在這種顏色中顏色編號(hào)叫做顏色的索引號(hào)。圖像的像素值并不是顏色值 ,而是顏色索引表的索引號(hào)。一般創(chuàng)建一個(gè)邏輯調(diào)色板需要以下五步： (1)建立一個(gè) LOGPALETTE結(jié)構(gòu)和 PALETTEENTRY數(shù)組； (2)對(duì)數(shù)組元素進(jìn)行初始化并對(duì)成員變量進(jìn)行設(shè)置； (3)建立 CPalette對(duì)象并使用 CreatePalette函數(shù)初始化調(diào) 色板對(duì)象； (4)使用 SelectPalette函數(shù)來將設(shè)備描述表和調(diào)色板聯(lián)系起來； (5)使用 CDC中的 RealizePalette函數(shù)使調(diào)色板生效。 BitBlt函數(shù)和 StretchBlt函數(shù)屬于 CDC類，而 StretchDIBits函數(shù)為 API函數(shù)。 參數(shù)說明： x: 指定繪制目標(biāo)矩形左上角的邏輯 X軸位置。 nWidth: 指定繪制目標(biāo)矩形和源位圖的寬度（按邏輯單位）。 pSrcDC:設(shè)備上下文的指針。 dwrop: 指定要執(zhí)行的光柵運(yùn)算。 當(dāng)要將位圖的像素從內(nèi)存顯示環(huán)境復(fù)制到顯示器（或打印機(jī)）設(shè)備環(huán)境中，一般會(huì)用到這個(gè)函數(shù)。 參數(shù)說明： x: 指定繪制目標(biāo)矩形左上角的邏輯 X軸位置。 nWidth: 指定繪制目標(biāo)矩形的寬度（按邏輯單位）。 pSrcDC:設(shè)備上下文的指針 xSrc,ySrc: 指定源位圖左上角的坐標(biāo)（按邏輯單位）。 dwrop:指定要執(zhí)行的光柵運(yùn)算。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 26 顯示函數(shù) ? StretchDIBits（）函數(shù) 該函數(shù)的結(jié)構(gòu)如下： BOOL StretchDIBits(HDC hdc， int x,int y,int nWidth,int nHeight,int xSrc,int ySrc,int nSrcWidth,int nSrcHeight, CONST VOID*lpvBits,CONST BITMAPINFO *lpbmi, UNIT fuColorUse， DWORD dwrop)。 x: 指定繪制目標(biāo)矩形左上角的邏輯 X軸位置。 nWidth: 指定繪制目標(biāo)矩形的寬度（按邏輯單位）。 nSrcWidth, nSrcHeight:指定復(fù)制源位圖的寬度和高度（按邏輯單位）。 lpbmi：指向 BITMAPINFO結(jié)構(gòu)的指針。 dwrop:指定要執(zhí)行的光柵運(yùn)算。實(shí)現(xiàn)圖像的特效顯示的基本思路是將圖像分成不同的小塊，按一定的方向或次序、分階段地顯示或擦除圖像塊。 延時(shí)的目的是減慢圖像的顯示速度，以便可以看出特效顯示的效果。 效果圖： (a)自上而下掃描 (b)自下而上掃描 (c) 自左向右掃描 (d)自右向左掃描 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 29 圖像的特效顯示 ? 圖像的移動(dòng) 移動(dòng)是將圖像看作一個(gè)整體，顯示時(shí)必須按物理順序進(jìn)行，例如從上向下平移時(shí)，必須先顯示下面的圖像，后顯示上面的圖像。 效果圖： （ a）水平向右移 (b) 垂直向上移動(dòng) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 30 圖像的特效顯示 ? 交叉飛入 交叉飛入是將圖像平分成上下兩部分，顯示時(shí)上部分水平右移，下部分水平左移。 交叉飛入效果圖 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 31 圖像的特效顯示 ? 中間擴(kuò)張 中間擴(kuò)張是在顯示的時(shí)候，先將圖像分成兩部分，將中間分界處顯示在屏幕的中間，并快速向上掃描上半部分的圖像，然后將圖像完整的顯示在屏幕上，這樣人們因?yàn)橐曈X生理的特點(diǎn)就會(huì)看到中間擴(kuò)張的效果。 中間收縮效果圖 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 33 圖像的特效顯示 ? 柵條特效 柵條特效分為水平柵條和垂直柵條，其效果像是將兩手交叉的過程，柵條顯示的原理是先將圖像分成若干行（或若干列），將奇數(shù)行（或奇數(shù)列）組成一組，將偶數(shù)行（或偶數(shù)列）組成一組，在顯示的時(shí)候，奇數(shù)行（或奇數(shù)列）從右向左平移。每一次顯示像素灰度值的 n/256倍，圖像的像素