數(shù)字圖像處理技術(shù)ppt課件(已修改)

　

【正文】 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 第三章 數(shù)字圖像處理技術(shù) 信號(hào)處理的基本術(shù)語(yǔ) 圖像數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ) 圖像數(shù)據(jù)壓縮算法 常用的圖形、圖像文件 常用靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) 動(dòng)態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 圖像包括靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像，動(dòng)態(tài)圖像包括動(dòng)畫(huà)和視頻信息，是連續(xù)漸變的靜態(tài)圖像或圖形的序列，沿時(shí)間軸順次更換顯示，從而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)視感的媒體。本教材指的視頻特指不包含聲音媒體的動(dòng)態(tài)圖像。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 視覺(jué)重要？ ? 古語(yǔ) – 百聞不如一見(jiàn) – 一目了然 – 眼見(jiàn)為實(shí)，耳聽(tīng)為虛。 ? 人類(lèi)信息的主要傳遞手段 – 視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，味覺(jué)，觸覺(jué)等 – 視覺(jué)占 60％以上 ? 人機(jī)交互 – 字符、圖形 – 計(jì)算機(jī)接收信息手段單一（鍵盤(pán)，鼠標(biāo)） – 。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) ? 圖像（ Image） –可以看作是對(duì)物體或場(chǎng)景的一種表現(xiàn)形式 –抽象定義：二維函數(shù) f (x, y) ? (x, y): 點(diǎn)的空間坐標(biāo)（實(shí)數(shù)） ? f : 點(diǎn) (x, y)的幅度（亮度、強(qiáng)度或灰度） –英文單詞 ? Image：一般指用鏡頭等科技手段得到的視覺(jué)形象 ? Picture：強(qiáng)調(diào)手工描繪的人物或景物畫(huà) ? Drawings：人工繪制的工程圖 Lenna 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) ? 數(shù)字圖像 –數(shù)字化：對(duì) x， y 和 f 進(jìn)行離散化 –數(shù)字圖像（ Digital Image） ? 離散化了的圖像 –數(shù)字（離散）化過(guò)程 ? 采樣：坐標(biāo)離散化 ? 量化：函數(shù)值的離散化 –分類(lèi)（根據(jù) f 的性質(zhì)） ? 灰度圖像（特殊：二值圖像） ? 彩色圖像 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 在 20世紀(jì)之前，對(duì)信息的處理方式主要限于模擬方式，其特點(diǎn)是這種信號(hào)在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) ? 時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的信號(hào)稱(chēng)為 模擬信號(hào) ? 幅度是離散的信號(hào)稱(chēng) 數(shù)字信號(hào)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 信號(hào)的數(shù)字化處理包括兩個(gè)步驟：采樣和量化。數(shù)字化之后的信號(hào)，將全部變?yōu)?0和 1的序列，這就使得信息的采集、存儲(chǔ)、傳輸、復(fù)制和加工更方便。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 多媒體計(jì)算機(jī)處理圖像和視頻，首先 必須把連續(xù)的圖像函數(shù) f (x,y) 進(jìn)行空間和 幅值的離散化處理，空間連續(xù)坐標(biāo) (x,y)的 離散化，叫做采樣； f(x,y)顏色的離散化， 稱(chēng)之為量化。兩種離散化結(jié)合在一起，叫 做數(shù)字化，離散化的結(jié)果稱(chēng)為數(shù)字圖像。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) Y X f ( x , y ) X Y的離散化稱(chēng)為采樣 f ( x , y )的離散化稱(chēng)為量化 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 采樣也稱(chēng)抽樣，是信號(hào)在時(shí)間上的離散化，即按照一定時(shí)間間隔在模擬信號(hào)上逐點(diǎn)采取其瞬時(shí)值。它是通過(guò)采樣脈沖和模擬信號(hào)相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 量化是對(duì)幅值較小離散化，即將振動(dòng)幅值用二進(jìn)制化電平來(lái)表示，量化電平按級(jí)數(shù)變化，實(shí)際的幅度值是連續(xù)的物理量。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 原圖片 采樣后的圖片 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 采樣間隔過(guò)長(zhǎng)，一般采樣頻率越高，采樣點(diǎn)就密集，所得的離散信號(hào)就越逼近于原信號(hào)，但過(guò)高的采樣頻率并不可取，對(duì)固定長(zhǎng)度 T的信號(hào)，采樣越密集，會(huì)增加不必要的設(shè)計(jì)工作量和存儲(chǔ)空間。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) ? 根據(jù)奈奎斯特理論（ Nyqust theory）：如果采樣頻率不低于信號(hào)最高頻率的兩倍，就能把以數(shù)字表達(dá)的聲音還原成原來(lái)的聲音。 ? 對(duì)于話音信號(hào)，最高頻率為 3400Hz，采樣頻率為 8000Hz，能以數(shù)字聲音還原原來(lái)的聲音 ? 對(duì)于一般音頻信號(hào)，最高頻率為 20kHz，采樣頻率為 40kHz以上時(shí)，就能無(wú)失真地還原出原來(lái)的聲音。 ? 采樣頻率越高，得到的數(shù)據(jù)占用的存儲(chǔ)空間越大。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) ? 用以表示量化級(jí)別的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，稱(chēng)為采樣精度（ Sampling precision），也叫樣本位數(shù)或位深度，用每個(gè)樣本的位數(shù)（ bit或 b）表示。 ? 位數(shù)越少，聲音質(zhì)量越低，需要存儲(chǔ)空間越少。 ? 采樣頻率和采樣精度是數(shù)字聲音質(zhì)量的兩項(xiàng)重要指標(biāo)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 數(shù)據(jù)量 Byte= ? 采樣頻率 Hz ? （采樣位數(shù) /8） ? 聲道數(shù) ? 時(shí)間 s 數(shù)字音頻文件大小的計(jì)算公式 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) ? 如果采樣頻率為 ，分辨率為 16位，立體聲，錄音時(shí)間為 10s，符合 CD音質(zhì)的聲音文件的大小是多少？ ? 根據(jù)計(jì)算公式： 數(shù)據(jù)量 Byte= ? 44100Hz ? (16/8) 2 ? 10s=1764KByte 舉 例 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 質(zhì)量 采樣頻率 （ kHz） 樣本精度 （ b/s） 聲道 數(shù)據(jù)率 （ kb/s） 頻率范圍 （ Hz） 電話 8 8 單聲道 200～ 3400 AM 8 單聲道 50～ 7000 FM 16 立體聲 20～ 15 000 CD 16 立體聲 20～ 20 000 DAT 48 16 立體聲 20～ 20 000 數(shù)據(jù)率（ b/s） =采樣頻率（ Hz） *樣本精度（ bit） *聲道數(shù) 不同質(zhì)量的聲音的性能指標(biāo) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 采樣長(zhǎng)度就是采樣時(shí)間的長(zhǎng)短，首先要保證能反映信號(hào)的全貌，對(duì)瞬態(tài)信號(hào)應(yīng)包含整個(gè)瞬態(tài)過(guò)程，對(duì)周期信號(hào)，理論上采集一個(gè)周期信號(hào)就可以了。信號(hào)采樣要有足夠的長(zhǎng)度，不但是為了保證信號(hào)的完整，而且是為了保證有較好的頻率分辨率。設(shè)分析頻率為 fc，譜線數(shù)為 n，則頻率分辨率為 nff c?? 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 采樣頻率與長(zhǎng)度成反比。采樣長(zhǎng)度越長(zhǎng)，頻率就越小，即分辨率越高。在信號(hào)分析中，采樣點(diǎn)數(shù) N一般選為 2m，使用較多的是 51102 204 4096。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 1100( , ) ( . )1 ( , ) ( , ) e xp 2 ( ) 0 , 1 , 2 , , 1 0 , 1 , 2 , , 1 ( , ) ( , ) e xp 2 (MNxyf x y F u vux v yF u v f x y jMN M NuMvNuxf x y F u v jM?????????? ? ?????????????正變換反變換1100) 0 , 1 , 2 , , 1 0 , 1 , 2 , , 1MNuvvyNxMyN??????????????????????????????任何函數(shù)，即使是非周期的，只要其曲線所包含的面積是有限的，均可以表示成一個(gè)加權(quán)函數(shù)和正弦 /余弦函數(shù)乘積的積分。 ?Fast FT(FFT)(1950s) ?二維離散傅里葉變換 DFT和 IDFT的定義 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 色彩的空間表達(dá) ?在一個(gè)典型的多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常常涉及到用幾種不同的色彩空間表示圖形和圖像的顏色，以對(duì)應(yīng)于不同的場(chǎng)合和應(yīng)用。 ?因此，數(shù)字圖像的生成、存貯、處理及顯示時(shí)對(duì)應(yīng)不同的色彩空間需要作不同的處理和轉(zhuǎn)換。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 色彩的空間表達(dá) ① 黑白色彩模型 ② 灰度色彩模型 ③ RGB色彩模型 ④ HSB色彩模型 ⑤ CMYK色彩模型 ⑥ YUV色彩模型 ⑦ Lab色彩模型 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 黑白模型 黑白模型：圖像只包含黑白兩種顏色信息，一個(gè)像素點(diǎn)只需要一個(gè)二進(jìn)制位來(lái)記錄，占用存儲(chǔ)空間較少。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 灰度模型 灰度模型：圖像除了包含黑白兩種顏色外，還包含黑與白之間不同深度的灰色，這樣一個(gè)像素就要用多個(gè)二進(jìn)制位來(lái)記錄，如用 8個(gè)二進(jìn)制位記錄一個(gè)像素的顏色信息，則可產(chǎn)生 256種不同的灰度； 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 灰度模型 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) RGB顏色模型 計(jì)算機(jī)色彩顯示器顯示色彩的原理與彩色電視機(jī)一樣，都是采用 R、 G、 B相加混色的原理，通過(guò)發(fā)射出三種不同強(qiáng)度的電子束，使屏幕內(nèi)側(cè)覆蓋的紅、綠、藍(lán)磷光材料發(fā)光而產(chǎn)生色彩的。這種色彩的表示方法稱(chēng)為 RGB色彩空間表示。在多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)中，用的最多的是RGB色彩空間表示。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) RGB顏色模型 R:200 G:50 B:120 黃 (255,255,0) 黑 (0,0,0) 綠 (0,255,0) 青 (0,255,255) 藍(lán) (0,0,255) 品紅 (255,0,255) 白 (255,255,255) 紅 (255,0,0) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 色彩的混合與互補(bǔ) 自然界的所有顏色都可以通過(guò)這三基色按不同比例混合而成。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 色彩可用亮度、色調(diào)和飽和度來(lái)描述，常稱(chēng)為色彩三要素。人眼看到的任一彩色光都是這三個(gè)特征的綜合效果。那么亮度、色調(diào)和飽和度分別指的是什么呢？ ● 亮度 是光作用于人眼時(shí)所引起的明亮程度的感覺(jué)，它與被觀察物體的發(fā)光強(qiáng)度有關(guān)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 亮度 (brightness) ?同一物體因受光不同會(huì)產(chǎn)生明度上的變化 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 色彩基本常識(shí) ● 飽和度 指的是顏色的純度，即摻入白光的程度，或者說(shuō)是指顏色的深淺程度。對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深顏色越鮮明或說(shuō)越純。通常把色調(diào)和飽和度通稱(chēng)為色度。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) 飽和度 (saturation) ?對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深，顏色越鮮明或說(shuō)越純，相反則越淡 ?飽和度越高，色彩越艷麗、越鮮明突出，越能發(fā)揮其色彩的固有特性。但飽和度高的色彩容易讓人感到單調(diào)刺眼。飽和度低，色感比較柔和協(xié)調(diào)，可混色太雜則容易讓人感覺(jué)渾濁，色調(diào)顯得灰暗。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) ● 色調(diào) 是當(dāng)人眼看到一種或多種波長(zhǎng)的光時(shí)所產(chǎn)生的彩色感覺(jué)，它反映顏色的種類(lèi)，是決定顏色的基本特性，如紅色、棕色就是指色調(diào)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) RGB顏色模型 ?RGB色彩空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清楚，適合彩色顯象管工作。 ?然而這一體制并不適應(yīng)人的視覺(jué)特點(diǎn)。因而，產(chǎn)生了其它不同的色彩空間表示法。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) RGB顏色模型 ?RGB色彩空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清楚，適合彩色顯象管工作。每個(gè)像素點(diǎn)的圖像深度的分配還與圖像所用的色彩空間有關(guān)。以最常用的 RGB色彩空間為例，圖像深度與色彩的映射關(guān)系主要有真彩色、偽彩色、調(diào)配色。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回首頁(yè) RGB顏色模型