實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)程表地點(diǎn)：1-院機(jī)房注：1.提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

2.所有實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)完成

(1)預(yù)習(xí)報(bào)告

(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要提前確定實(shí)驗(yàn)方案周次月日星期節(jié)次實(shí)驗(yàn)名稱時(shí)數(shù)類型8101917-10實(shí)驗(yàn)14驗(yàn)證1011217-8實(shí)驗(yàn)22驗(yàn)證1111917-8實(shí)驗(yàn)32驗(yàn)證12111617-8實(shí)驗(yàn)4或52設(shè)計(jì)1412237-10實(shí)驗(yàn)6或74設(shè)計(jì)第二章圖像的基本概念本章要點(diǎn):圖像的數(shù)字化（空間采樣、幅值量化）數(shù)字圖像的描述灰度直方圖定義、計(jì)算、性質(zhì)、應(yīng)用2.1圖像的數(shù)字化

所謂的圖像數(shù)字化，是指將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。2.1.1采樣

采樣指將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點(diǎn)（即像素）集的操作。由于圖像是二維分布的信息，所以采樣是在x軸和y軸兩個(gè)方向上進(jìn)行。一般情況下，x軸方向與y軸方向的采樣間隔相同。

老電影16幀/秒，電影24幀/秒，PAL制式25/秒，,NTSC制30幀/秒2.1.1采樣

采樣時(shí)的注意點(diǎn)是：采樣間隔的選取。

采樣間隔太小，則增大數(shù)據(jù)量；太大，則會(huì)發(fā)生信息的混疊，導(dǎo)致細(xì)節(jié)無法辨認(rèn)。電影24幀/秒，PAL制式25/秒，,NTSC制30幀/秒2.1.2分辨率

分辨率是指映射到圖像平面上的單個(gè)像素的景物元素的尺寸。

單位：像素/英寸，像素/厘米

（如：掃描儀的指標(biāo)300dpi）或者是指要精確測量和再現(xiàn)一定尺寸的圖像所必需的像素個(gè)數(shù)。

單位：像素像素

（如：數(shù)碼相機(jī)指標(biāo)30萬像素（640480））圖像分辨率、采樣密度、采樣頻率、掃描分辨率、電視線2.1.3量化

量化是將各個(gè)像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來表示。一般的量化值為整數(shù)。

充分考慮到人眼的識(shí)別能力之后，目前非特殊用途的圖像均為8bit量化，即用[0255]描述“從黑到白”。在3bit以下的量化，會(huì)出現(xiàn)偽輪廓現(xiàn)象。2.1.4量化方法

量化可分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是簡單地在灰度范圍內(nèi)等間隔量化。非均勻量化是對像素出現(xiàn)頻度少的部分量化間隔取大，而對頻度大的量化間隔取小。

一般情況下，對灰度變化比較平緩的部分用比較多的量化級，在灰度變化比較劇烈的地方用比較高的分辨率。2.2數(shù)字圖像的描述

所謂的數(shù)字圖像的描述是指如何用一個(gè)數(shù)值方式來表示一個(gè)圖像。因?yàn)榫仃囀嵌S的，所以可以用矩陣來描述數(shù)字圖像。同時(shí)，前面我們已經(jīng)提到，量化值是整數(shù)，因此描述數(shù)字圖像的矩陣一定是整數(shù)陣。矩陣是按照行列的順序來定位數(shù)據(jù)的，但是圖像是在平面上定位數(shù)據(jù)的，所以有一個(gè)坐標(biāo)系定義上的特殊性。為了編程方便起見，我們這里以矩陣坐標(biāo)系來定義圖像的坐標(biāo)。行坐標(biāo)i列坐標(biāo)j矩陣A(i,j)矩陣坐標(biāo)系X軸（i）Y軸（j）圖像f(i,j)直角坐標(biāo)系2.2.1黑白圖像

黑白圖像是指圖像的每個(gè)像素只能是黑或者白，沒有中間的過渡，故又稱為２值圖像。2值圖像的像素值為0、1。2.2.2灰度圖像

灰度圖像是指每個(gè)像素的信息由一個(gè)量化的灰度級來描述的圖像，沒有彩色信息。2.2.3彩色圖像彩色圖像是指每個(gè)像素的信息由RGB三原色構(gòu)成的圖像，其中RGB是由不同的灰度級來描述的。彩色圖像不能用一個(gè)矩陣來描述了，一般是用三個(gè)矩陣同時(shí)來描述。2.3灰度直方圖在數(shù)字圖像處理中，灰度直方圖是最簡單且最有用

的工具，可以說，對圖像的分析與觀察，直到形成一個(gè)有效的處理方法，都離不開直方圖。2.3.1灰度直方圖的定義灰度直方圖是灰度級的函數(shù)，是對圖像中灰度級分布的統(tǒng)計(jì)。即：橫坐標(biāo)表示灰度級，縱坐標(biāo)表示圖像中對應(yīng)某灰度級所出現(xiàn)的像素個(gè)數(shù)。灰度直方圖的計(jì)算示例

123456643221166466345666146623136466灰度直方圖2.3.2灰度直方圖的性質(zhì)1.灰度直方圖表征了圖像的一維信息

所有的空間信息全部丟失每一灰度級的像素個(gè)數(shù)可直接得到2.灰度直方圖與圖像之間的關(guān)系是一對多的映射3.子圖直方圖之和為整圖的直方圖2.3.3灰度直方圖的應(yīng)用前面提到過，灰度直方圖是最簡單的，最有用的工具。簡單性從其一維的數(shù)據(jù)形式，以及簡單的計(jì)算方法可以感受到。有用性，在這里通過幾個(gè)應(yīng)用例子來說明。2.3.3.1數(shù)字化的參數(shù)直方圖給出了一個(gè)簡單可見的指示，用來判斷一幅圖像是否合理地利用了全部被允許的灰度級范圍。一幅圖像應(yīng)該利用全部或幾乎全部可能的灰度級，否則等于增加了量化間隔。丟失的信息將不能恢復(fù)。2.3.3.2圖像分割閾值選取假設(shè)某圖像的灰度直方圖具有二峰性，則表明這個(gè)圖像較亮的區(qū)域和較暗的區(qū)域可以較好地分離，取二峰間的谷點(diǎn)為閾值點(diǎn)，可以得到好的２值處理的效果。2.4位圖基礎(chǔ)（BMP文件）位圖，又稱光柵圖，一般用于照片品質(zhì)的圖像處理，是由許多像小方塊一樣的像素組成的圖形。由像素的位置與顏色值表示，能表現(xiàn)出顏色陰影的變化。矢量圖，也稱為面向?qū)ο蟮膱D像或繪圖圖像，在數(shù)學(xué)上定義為一系列由線連接的點(diǎn)。矢量文件中的圖形元素稱為對象。每個(gè)對象都是一個(gè)自成一體的實(shí)體，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。

數(shù)字圖像的存儲(chǔ)位圖文件

——文件的總體結(jié)構(gòu)

文件頭

BITMAPFILEHEADER

信息頭

BITMAPINFOHEADER

調(diào)色板

RGBQUAD

數(shù)據(jù)區(qū)

文件頭

BITMAPFILEHEADER

信息頭

BITMAPINFOHEADER

數(shù)據(jù)區(qū)

像素的RGB值

像素的調(diào)色板索引值真彩色模式索引色模式數(shù)字圖像的存儲(chǔ)位圖文件

——文件頭信息

文件頭

BITMAPFILEHEADERbfType

文件類型標(biāo)識(shí)“BM”bfSize

文件總字節(jié)數(shù)bfReserved1保留字“0”bfReserved2保留字“0”數(shù)字圖像的存儲(chǔ)位圖文件

——信息頭信息

biSize

信息頭結(jié)構(gòu)體長度，為40

biWidth

圖像寬度，單位是像素

biHeight

圖像高度，單位是像素

biPlanes

必須為1，暫無意義

biCompression

指定位圖是否壓縮

biSizeImage

實(shí)際位圖數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)

biXperlsPerMeter

指定目標(biāo)設(shè)備的水平分辨率

biYperlsPerMeter

指定目標(biāo)設(shè)備的垂直分辨率

biClrImportant

圖像中重要的顏色數(shù)

信息頭

BITMAPINFOHEADER數(shù)字圖像的存儲(chǔ)位圖文件

——真彩色模式的數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)構(gòu)真彩色數(shù)據(jù)區(qū)像素的RGB值

：：數(shù)字圖像的存儲(chǔ)位圖文件

——索引色模式的調(diào)色板

調(diào)色板

RGBQUAD索引值R

G

B

1

R1

G1

B1

2

R2

G2

B2：

:

:

:

N

RN

GN

BN數(shù)字圖像的存儲(chǔ)位圖文件

——索引色模式的數(shù)據(jù)區(qū)索引值R

G

B

1

R1

G1

B1

2

R2

G2

B2：

:

:

:

N

RN

GN

BN數(shù)據(jù)區(qū)像素的調(diào)色板索引值作業(yè)（共3題）P29第一題P30第三題P30第四題采樣效果細(xì)節(jié)清晰，數(shù)據(jù)量為10