數(shù)字圖象處理第四章第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五系統(tǒng)及圖像系統(tǒng)所謂“系統(tǒng)”就是由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體。對(duì)圖像處理而言，不同的成像手段會(huì)得到不同的圖像系統(tǒng)，為進(jìn)一步研究用模型來表示。模型是系統(tǒng)物理特性的數(shù)學(xué)抽像。第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五系統(tǒng)模型的分類空間位置連續(xù)系統(tǒng)與空間位置離散系統(tǒng)線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)位移不變系統(tǒng)與位移變化系統(tǒng)第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五空間位置連續(xù)/離散系統(tǒng)以輸入輸出圖像信號(hào)的連續(xù)與否來區(qū)分連續(xù)系統(tǒng)——數(shù)學(xué)解析方法離散系統(tǒng)——向量與矩陣?yán)碚搶?shí)際中往往是混合系統(tǒng)（輸入連續(xù)，輸出離散）第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五線性與非線性系統(tǒng)具有可加性與齊次性的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。可加性其中H表示對(duì)圖像進(jìn)行H運(yùn)算齊次性線性系統(tǒng)第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五位移不變與變化系統(tǒng)以成像系統(tǒng)的參數(shù)是否隨著空間位置改變而變化來劃分移不變系統(tǒng)特性若則有大多數(shù)成像系統(tǒng)均可看成線性移不變系統(tǒng)。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五圖像的數(shù)學(xué)表示方法對(duì)模擬圖像的空間座標(biāo)的離散化——空間采樣(分辨率)對(duì)模擬圖像的灰度離散化——灰度量化(圖像的層次越逼真

)如果采樣、量化間隔相等，則稱為均勻采樣和均勻量化。數(shù)字圖像用一個(gè)M×N數(shù)組f(x,y)表示：在數(shù)字圖像處理中一般將這些量取為2的整數(shù)冪：M=2m，N=2n；對(duì)灰度量化級(jí)G而言，G=2k。第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五圖像尺寸：127*176分辨率：(a)127*176(b)63*88(c)31*44(d)15*22第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五關(guān)于m、n、k的幾個(gè)問題1)、對(duì)同一圖像而言，從理論上講，m、n、k越大，分辨率越高，逼真度越好；但所占空間越多。占用空間的位數(shù)為：b=M×N×k對(duì)灰度圖像來說，k=8，即256級(jí)灰度。2)、有時(shí)固定M×N，k減少反而會(huì)使圖像看起來更清晰，其主要原因是圖像的反差加大，視覺系統(tǒng)對(duì)反差更敏感一些。3)、圖像內(nèi)容的不同，隨著m、n、k的加大，對(duì)圖像的主觀評(píng)價(jià)并不是隨著m、n、k的加大而變好。第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五像素之間的關(guān)系1、像素的鄰域rrprrsspsssrsrprsrs4-鄰域N4(p)對(duì)角鄰域ND(p)8-鄰域N8(p)2、連通性依某種規(guī)則表示像素的相鄰性(連接性)。定義：V表示定義連接的灰度值集合。(1)4-連接：2個(gè)像素p和r在V中取值且r在N4(p)中。(2)8-連接：2個(gè)像素p和r在V中取值且r在N8(p)中。第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五(3)m-連接：2個(gè)像素p和r在V中取值且滿足下列條件之一——

①r在N4(p)中；②

r在ND(p)且N4(p)∩N4(r)是空集，這個(gè)集合是由p，r在V中取值的4-鄰域像素組成。100010110100010110100010110如果像素p與像素q相連接，則它們毗鄰。根據(jù)連接規(guī)則，毗鄰可分為4-毗鄰、8-毗鄰、m-毗鄰；毗鄰像素間形成通路，同樣有4-通路、8-通路、m-通路的定義；如果兩個(gè)像素之間有一個(gè)通路，則稱兩個(gè)像素互相連通并形成連通組元。第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五3、距離量度如果兩個(gè)像素是連通的，如何確定它們的距離，不同的方法會(huì)有不同的結(jié)果。給定三個(gè)像素p、q、r座標(biāo)分別為(x,y)、(s,t)、(u,v)，如果滿足下列條件，則D是距離量度函數(shù)：1)、D(p,q)≥0(當(dāng)且僅當(dāng)p=q時(shí)，D(p,q)=0)；2)、D(p,q)＝D(q,p)；3)、D(p,r)≤D(p,q)+D(q,r)。一般情況下，常用的量度方法有三種：歐氏距離：DE(p,q)=[(x-s)2+(y-t)2]1/2城區(qū)距離：D4(p,q)=|x-s|+|y-t|棋盤距離：D8(p,q)=max(|x-s|，|y-t|)第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五算術(shù)和邏輯運(yùn)算兩個(gè)像素間p、q間的算術(shù)運(yùn)算包括：1)、加法：記為p+q2)、減法：記為p-q3)、乘法：記為p*q4)、除法：記為p/q43443234432123432101234321234432344343333333322222332111233210123321112332222233333333

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兩個(gè)像素間p、q間的邏輯運(yùn)算包括：1)、與：記為pANDq2)、或：記為pORq3)、非：記為NOTq4)、異或：記為pXORq邏輯運(yùn)算僅用于二值圖像第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五圖像處理——利用某種方法改變數(shù)字圖像的像素值利用像素的鄰域進(jìn)行運(yùn)算是圖像處理中的一種重要方法，可以實(shí)現(xiàn)各種濾波。w9w8w7w6w5w4w3w2w1…z9z8z7…z6z5z4…z3z2z1…例如：考慮用以z5為中心的3×3區(qū)域中像素的平均值z(mì)來替換z5的值，則有：如果用3×3模板對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，有：第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五坐標(biāo)變換與變換的級(jí)連空間點(diǎn)的任何一種運(yùn)動(dòng)都可以由以下幾種變換組合而成。1)平移變換A2)尺度變換S3)旋轉(zhuǎn)變換Rxyzαβγ任何一個(gè)旋轉(zhuǎn)都可以分解成分別繞x、y、z三軸的旋轉(zhuǎn)。第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五級(jí)連空間中任何一點(diǎn)坐標(biāo)都可以經(jīng)過對(duì)應(yīng)的變換得到該點(diǎn)在新位置的坐標(biāo)。如果這種變換不是單一的，則各變換的組合就是變換陣的級(jí)連。設(shè)：某空間點(diǎn)坐標(biāo)為v=(x,y,z)T，則變換后的新坐標(biāo)為：v’=(x’,y’,z’)T其變換陣為各變換陣的級(jí)連陣A。例，讓原坐標(biāo)進(jìn)行平移，縮放并繞z軸旋轉(zhuǎn)：vh’＝Rγ[S(Tvh)]＝Avhvh＝A-1vh’

v’=(x’,y’,z’)T——用vh的第四個(gè)參數(shù)分別除前三個(gè)參數(shù)。第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五附：圖像文件結(jié)構(gòu)——.BMP文件格式1、什么是BMP文件格式——對(duì)每個(gè)像素逐個(gè)編碼Windows操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式——非壓縮格式2、BMP文件結(jié)構(gòu)BMP文件由四部分組成：位圖文件頭、位圖信息頭、調(diào)色板和圖像數(shù)據(jù)。實(shí)際上，任何一種圖像格式都有類似的結(jié)構(gòu)，只不過名稱不同、數(shù)據(jù)格式不同。如TIF、PCX等格式。第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五文件映射地址長度名稱內(nèi)容說明位圖文件頭02bytebfType42H,4DH－’BM’文件標(biāo)記24bytebfSize文件大小DIR顯示值64bytebfReserved保留字內(nèi)容為00AH4bytebfoffBits位圖陣列起始偏移量隨格式變化位圖信息頭0EH4bytebiSize位圖信息頭長度40字節(jié)(28H)12H4bytebiWidth位圖的寬度(像素單位)隨大小變化16H4bytebiHeight位圖的高度(像素單位)隨大小變化1AH2bytebiPlane位圖的色面數(shù)總為11CH2bytebiBitCount每像素所需的位數(shù)1、4、8、241EH4bytebiCompression壓縮類型0－不壓縮1,2,3－壓縮22H4bytebiSizeImage位圖大小(圖像數(shù)據(jù))為4的倍數(shù)26H4bytebiXPelsPerMeter目標(biāo)設(shè)備水平分辨率像素/米2AH4bytebiYPelsPerMeter目標(biāo)設(shè)備垂直分辨率像素/米2EH4bytebiClrUsed顏色實(shí)際使用數(shù)總為032H4bytebiClrImportant重要顏色數(shù)0－同等重要調(diào)色板4個(gè)字節(jié)一組，B,G,R相對(duì)亮度各一個(gè)字節(jié)＋一個(gè)保留字節(jié)02,16,256,0項(xiàng)圖像數(shù)據(jù)從bfoffBits指定位置開始；由圖像的左下角開始排列信息順序排列第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五一個(gè)單色16×16全白圖像的.BMP文件格式white.bmp1099:0100424D7E0000000000-00003E000000

28001099:0110000010000000

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0100

000100001099:0120000040000000C40E-0000C40E000000001099:0130000000000000

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FFFF1099:01400000FFFF0000FFFF-0000FFFF0000FFFF1099:01500000FFFF0000FFFF-0000FFFF0000FFFF1099:01600000FFFF0000FFFF-0000FFFF0000FFFF1099:01700000FFFF0000FFFF-0000FFFF00001E3C3、圖像的.BMP文件格式舉例兩種顏色，編號(hào)0，1選第二種顏色每位一像素逐位對(duì)應(yīng)第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五white.bmp圖像的行數(shù)據(jù)表示8×8FF00000016×16FFFF000017×17FFFF800032×32FFFFFFFF33×33FFFFFFFF80000000

64×64FFFFFFFFFFFFFFFF65×65FFFFFFFFFFFFFFFF80000000

96×96FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF97×97FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF80000000…………與此類推

補(bǔ)32位第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五一個(gè)單色16×16全黑圖像的.BMP文件格式black.bmp1099:0100424D7E0000000000-00003E000000

28001099:01100000100000001000-00000100010000001099:0120000040000000C40E-0000C40E000000001099:0130000000000000

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00001099:01400000000000000000-00000000000000001099:01500000000000000000-00000000000000001099:01600000000000000000-00000000000000001099:01700000000000000000-0000000000001E3C兩種顏色，編號(hào)0，1選第一種顏色每位一像素第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五一個(gè)16色的16×16全灰圖像的.BMP文件格式c16-gray.bmp1099:0100424DF60000000000-000076000000

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040000001099:0120000080000000C40E-0000C40E000000001099:0130000000000000

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000080808000C0C0-C0000000FF0000FF1099:0160

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28001099:01100000100000001000-00000100040000001099:0120000080000000C40E-0000C40E000000001099:0130000000000000

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000000800000801099:0140

0000008080008000-00008000800080801099:0150

000080808000C0C0-C0000000FF0000FF1099:0160

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BBBB-BBBBBBBBBBBBBBBB1099:0180BBBBBBBBBBBBBBBB-BBBBBBBBBBBBBBBB1099:0190BBBBBBBBBBBBBBBB-BBBBBBBBBBBBBBBB1099:01A0BBBBBBBBBBBBBBBB-BBBBBBBBBBBBBBBB1099:01B0BBBBBBBBBBBBBBBB-BBBBBBBBBBBBBBBB1099:01C0BBBBBBBBBBBBBBBB-BBBBBBBBBBBBBBBB1099:01D0BBBBBBBBBBBBBBBB-BBBBBBBBBBBBBBBB1099:01E0BBBBBBBBBBBBBBBB-BBBBBBBBBBBBBBBB1099:01F0BBBBBBBBBBBB0E74-06F644070C7508C4選第12種顏色每4位一像素16種顏色編號(hào)0~F第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五一個(gè)256色的16×16全灰圖像的.BMP文件格式c256-g.bmp1099:0100424D360500000000-000036040000

28001099:01100000100000001000-00000100080000001099:0120000000010000C40E-0000C40E000000001099:0130000000000000

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000000800000801099:01400000008080008000-00008000800080801099:01500000C0C0C000C0DC-C000F0CAA60000201099:01604000002060000020-80000020A0000020………………..1099:05300000FFFFFF00

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28001099:01100000100000001000-00000100080000001099:0120000000010000C40E-0000C40E000000001099:0130000000000000

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000000800000801099:01400000008080008000-00008000800080801099:01500000C0C0C000C0DC-C000F0CAA60000201099:01604000002060000020-80000020A00000201099:0170C0000020E0000040-0000004020000040………………..1099:0520000000FFFF00FF00-0000FF00FF00FFFF1099:05300000FFFFFF00

FBFB-FBFBFBFBFBFBFBFB1099:0540FBFBFBFBFBFBFBFB-FBFBFBFBFBFBFBFB1099:0550FBFBFBFBFBFBFBFB-FBFBFBFBFBFBFBFB………………..1099:0620FBFBFBFBFBFBFBFB-FBFBFBFBFBFBFBFB1099:0630FBFBFBFBFBFB0005-00B0000600C80007256種顏色編號(hào)0~FF選第252種顏色每8位一像素第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五一個(gè)單色16×16的24真彩圖像的.BMP文件格式c24b-g.bmp1099:0100424D360300000000-000036000000

28001099:01100000100000001000-00000100180000001099:0120000000030000C40E-0000C40E000000001099:0130000000000000

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