第2章 图像处理基础知识

量化级数越多，图像质量越好，当量化级数越少时，图像质量 越差，图像出现假轮廓。
不同量化级别对图像质量的影响
2.4 图像文件格式
2.3.1 BMP文件格式 2.3.2 GIF文件格式 2.3.3 TIFF文件格式 2.3.4 JPEG文件格式
2.3.5 DICOM文件格式
2.3 图像文件格式
2.3.4 JPEG文件格式
改变空间分间分辨率， 从而不丢失原连续图像所表达的信息，图像 采样间隔就必须依一定的规则选取合适的值。 这个规则就是二维采样定理。
采样间隔根据采样定理确定。设图像f(x,y)的傅立叶变换F(u,v)满足：
F (u , v) F (u , v) 0 u u c , v vc otherwise
特别提示：
彩色打印和彩色印刷都是采用CMYK彩色模式实现彩 色输出的。因此，当要将MPC上的显示图像通过彩色打 印机输出时，系统会自动将RGB彩色模式转换为CMYK彩 色模式表示。从理论上讲，RGB与CMY彩色模式是互补的， 可以互相转换，但实际上因为发射光与反射光的性质完 全不同，显示器上看到的颜色不可能精确地在打印机上 复制出来，因此同一彩色图像的显示与打印颜色会有细 微差别。
2.4 图像质量评价
2.4.1 图像质量的客观评价 2.4.2 图像质量的主观评价
2.4.1 图像质量的客观评价
对于数字图像保真度，常用峰值方均误差
PSNR
对图像
质量进行评价
1 J K ( ) [ f ( j , k ) f ( j , k )]2 JK j 1 k 1 PMSE A2
2.4.2 图像质量的主观评价
尽管客观保真度准则提供了一种简单、方便的评估信 息损失的方法，但很多图最终是供人观看的。事实上，具 有相同客观保真度的不同图像，在人的视觉中可能产生不 同的在视觉效果。这种情况下，用主观的方法来测量图像 的质量更为合适。一种常用的方法是对1组（不少于20人） 观察者显示图像，并将他们对该图像的评分取平均，用来 评价一幅图像的主观质量。
彩色的方式。如：红色又分为浅红和深红色
等等。

HSI颜色模式是从人的视觉系统出发，用
色度（Hue）、饱和度（Saturation）和亮
度（Intensity）来描述色彩。
2、HSI颜色模式
I： 表示光照强度或称为亮度，它确定了像素的整
体亮度，而不管其颜色是什么。
2、HSI颜色模式
H：表示色度，由角度表示。反映了该颜色
3、CMY颜色模式
青色颜料：吸收红光
品红颜料：吸收绿光
黄色颜料：吸收蓝光
例如：当白光照到青色颜料上，红光被吸收，返
回绿光和蓝光，所以呈现青色。
3、CMY颜色模式
虽然理论上利用CMY三基色混合可以制作出所需要的各种 色彩，但实际上同量的CMY 混合后并不能产生完善的黑色或 灰色，因此在印刷时必须加上一个黑色（Black），由于字 母B已经用来表示蓝色，因此黑色选用单词Black的最后一个 字母“K”来表示，这样又称为CMYK颜色模式。
特别提示：
人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比 RGB色彩空间更符合人的视觉特性。在图像 处理和计算机视觉中大量使用HSI颜色模式 。
3、CMY颜色模式
CMY颜色模式是采用青（Cyan）、品红（Magenta）、 黄（Yellow）三种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。它 通过颜料未吸收而反射出来的光线来判断颜色的，其原理称 为“减色”原理。
第2章 图像处理基础知识
2.1 颜色的基本知识 2.2 图像数字化
2.3 常见图像文件格式
2.4 图像质量评价
2.1 颜色的基本知识
颜色模式（颜色空间）是用来定义或描述颜色 的一组规则。利用不同的规则，可形成不同的颜色 模式。在多媒体计算机的图像处理过程中，通常使 用RGB、HSI、CMYK等多种颜色模式。
(b)
若连续灰度值用z来表示，对于满足zi≤z≤zi+1的z值，都量 化为整数qi。qi称为像素的灰度值，z与qi的差称为量化误差。
表示像素明暗程度的整数称为像素的灰度级（或灰 度值或灰度）。 一幅数字图像中不同灰度级的个数称为灰度级数， G 2g 用G表示。一般来说， ，g就是表示存储图 像像素灰度值所需的比特位数。一幅大小为M×N、 灰度级数为G的图像所需的存储空间，即图像的数 据量，大小为 M×N×g （bit）
当前最有效和最基本的压缩格式。使用ADCT技术压
缩（一种有损压缩算法），可以设置压缩比例。压缩前和 压缩后文件的体积比可达到2：1至40：1。扩展名为jpg或 jpeg。
2.3 图像文件格式
2.3.1 BMP文件格式
Windows自带格式，图像格式非常简单，最多能存储224
种颜色的位图，无压缩，文件体积大。但是由于Windows


2 量化
采样所得的像素值（即灰度值）仍是连续量。图像量化过程
是图像灰度幅值的离散化过程。
Zi＋ 1 Zi Zi－ 1
255 254 q i＋ 1 q i－ 1
…
128 127
…
1 0 量化值 (整数值) 灰度量化 (a)
量化示意图 （a） 量化； (b) 量化为8 bit
连续灰度值 灰度标度
非均匀量化分配灰度级的方法： 一种是： 首先计算所有灰度值出现的概率，然后根据灰度 值的概率分布，量化时在灰度值出现概率较大的 地方分配较多的灰度级，而在灰度值出现概率较 小的地方分配较少的灰度级。
另一种是：
在图像中边缘区域这些灰度变化剧烈的地方给予较少的灰 度阶数，在灰度变化平缓区域分配较多的灰度阶数。 这样一来，既保证了图像的视觉效果，又可避免在灰度变 化平缓区域分配较少灰度阶数而可能产生的虚假轮廓。
2.3 图像文件格式
2.3.5 DICOM文件格式
DICOM 是医学图像文件存储格式，为各类医学图像数 据的存档、传输和共享而起草和颁布的。DICOM格式 支持几乎所有的医学数字成像设备，例如CT、MR、 DR、超声、内窥镜、电子显微镜等，成为现代医学图
像存储传输技术和医学影像学的主要组成部分。
DICOM文件的常见扩展名为DCM。
特别提示：
混色原理属于“加性”颜色形成方法，计算机显示器 就是采用这种原理产生颜色的。在显示器屏幕的背面涂满 了能发出不同色光（红、绿、蓝）的化学物点，当电子束 扫描到这些点时，它们就会发光。电子束按逐行扫描方式 对屏幕上的所有点进行扫描，扫描一遍就会形成一帧彩色 图像。
2、HSI颜色模式
这种彩色系统格式的设计反映了人类观察
间轴上采样，再沿垂直方向采样，最后沿水平方向采样由这三 个步骤完成。
在图像采集时，采样间隔如何确定
图像的空间分辨率 由空间采样率决定的分辨图像 细节的能力叫图像的空间分辨率(有些地方简称分 辨率)，它直接取决于图像的像素数。对于采样来
说，采样间隔越小，空间分辨率越？；采样间隔
越大，空间分辨率越？。
最接近什么样的光谱波长（既彩虹中的那种
颜色）0o为红色，120o为绿色，240o为蓝色
。
2、HSI颜色模式
S：表示饱和度，是指颜色的鲜艳程度或纯
度，即掺入白光的程度。
饱和度参数是色环的原点到彩色点的半径长
度。在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色
，其饱和度值为1。在中心是中性（灰）影
调，即饱和度为0。
2.2 数字化原理
图像数字化是将一幅图像转化成计算机能处理的形 式——数字图像的过程。
2.2 数字化原理
1 采样
图像采样过程就是图像空间离散化的过程，即将空间上连续 的图像变换成离散点的操作。 先沿垂直方向采样， 再沿水平方向采样这两个步骤完成采
样操作。对于运动图像（即时间域上的连续图像），需先在时
f(j,k)——被变换的图像场，A——f(j,k )的最大值
等效信噪比 PSNR
PSNR 10log10 ( PMSE )
PSNR的在衡量不同压缩器时的作用
(PSNR值25.56时的效果)
(PSNR值29.87时的效果)
PSNR的局限性
PSNR数值都是27.123，但是单从数值上，我们并 不能判断哪一幅更好。
1 2u c 则当采样间隔△x和△y满足条件 x 时，可由采样后的图像精确 1 2v c 重建原图像f(x,y)。 y
式中：uc和vc分别为在x方向和y方向的频谱宽度。 定义采样函数为：
s ( x, y )
m n
( x mx, y ny)
1、RGB颜色模式
1）三基色原理 各种彩色光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）
三种颜色光按不同比例相配而成； 2）混色（三基色光按不同比例相加可产生混色光） • • • • 红色+绿色=黄色 红色+蓝色=紫色 绿色+蓝色=青色 红色+绿色+蓝色=白色
红
紫 黄
白 蓝
青
绿
所谓RGB颜色模式，就是用红（R）、绿（G）、蓝（B） 三种基本颜色来表示任意彩色。根据三基色原理，在RGB颜色 模式中，任意彩色光F的配色方程可写成： F= r[R]+g[G]+b[B] 其中r、g、b分别代表对应色的 比例系数， [R]、 [G]、 [B]分别 代表F色光的红绿蓝三色分量。 通过三个分量的不同比例，在屏幕上合成所需的任意颜色。
2.4.2 图像质量的主观评价
非常好图像 5分
好图像
中等图像 差图像
4分
3分 2分
非常差图像
1分
2.4.2 图像质量的主观评价
一批中最好的图像 比该批的平均水平好的图像 稍好于该批的平均水平图像 该批平均水平的图像 稍次于该批的平均水平图像 比该批的平均水平差的图像 一批中最差的图像 7分 6分 5分 4分 3分 2分 1分