光电图像处理基础
-第2章 图像处理基础
均匀量化效果示意图
非均匀量化效果示意图
注意，图像灰度值分布的概率密度函数是因图而异的，所以 不可能找到一个适用于个各种不同图像的最佳非等间隔量化方案， 实用上，一般都采用等间隔量化。
（3）空间和灰度级分辨率
采样值是决定一幅图像空间分辨率的主要参数，空间分辨率 是图像中可辨别的最小细节。灰度级分辨率是指在灰度级别中可 分辨的最小变化。但是，在灰度级中，测量分辨率的变化是一个 高度主观的过程。 由于硬件方面的考虑，灰度级数通常是2的整数次幂。大多 数情况该值取 8 bit，在某些特殊的灰度值增强的应用场合可能用 到 16 bit。有时，也会用到 10或 12 bit精度数字化系统，但这些 都不是常规系统。
特点:
（l）TIFF格式图像文件的扩展名是.tif。 （2）支持从单色模式到32bit真彩色模式的所有图像。
（3）不针对某一个特定的操作平台，可用于多种操作平台和应用 软件。 （4）适用多种机型，可相互转换和移植。 （5）数据结构是可变的，文件具有可改写性，使用者可向文件中 写相关信息。 （6）具有多种数据压缩方式，解压缩过程复杂。
若连续浓淡值用z来表示，则对于满足zi≦z≦zi+1的z值都量化为整数值qi。 qi称 为像素的灰度值。 黑 黑 色 灰 色 1 白 色 量化值 (整数值) (a)量化 白 色 0 254 255 255 254 0 1
qi+1 色
ZI+1
qi
ZI
灰 色
128
128
qi-1
ZI-1
连续的 灰度值
从白到黑的 灰度标度 灰度级分配 连续变化 (b)把从白到黑灰度量化为8比特
彩色图像假轮廓现象示意图
2.4 数字图像文件的存储格式
图像的光电转换
电视图像及其光电转换- 1 -电视系统的图像信号的处理，是立足于对图像像素的处理。
这里涉及到两个重要的设备：摄像设备和显像设备。
常用的摄像设备就是摄像机。
常用的显像设备就是电视机。
摄像机负责把光形式的图像信息转换成电形式的图像信号。
这样便于存储、编辑、传播。
电视机负责把电形式的图像信号转换成光形式的图像信息，供人眼观看。
这里主要说明有关图像的光－电转换和电一光转换过程。
首先从图像像素开始入手。
一、 电视图像 1、 黑白图像像素通俗地讲，我们可以把一幅画面看成由许多个顺序排列的小方格组成，每个方格可以看成是明暗程度不同（对于彩色画面，每个方格又有不同颜色的属性）的点，黑的表示暗，白的表示亮。
通常把画面上的点称为“像素”，它是组成图像的“最小元素”。
我们以下图所示来说明。
图1 图像像素上图包含9X9个像素，这是一个简单的例子。
一幅画面所包含的像素越多，，所表现的细节就越丰富，那么画面的清晰度就越高。
2、 电视图像清晰度为了满足视力的需要，这对图像的清晰度有一定要求。
相应地，就对图像像素的数量有一定要求。
每幅图像需要多少个像素才能达到要求呢？我们可以通过下面的例子来说明这个问题。
眼晴（a ）电视屏幕 图2 电视屏幕及清晰度见上图所示，电视屏幕的尺寸是以对角线来表示的。
单位通常为英寸。
我国电视屏幕的高宽标准比例为3：4。
电视的清晰度是用屏幕上能显示多少根线条来表示的。
在人眼距离屏幕L＝2～3米，电视屏幕为9～18英寸的条件下（这个条件是早期制定的），在规定的屏幕高度和视线距离内，垂直方向上最多可分辨600左右的线条。
如果线数少了，就能明显看出线条之间的间隙。
如果线数再多些，人眼就看不清屏幕上有多少根线条。
因此世界各国在制定电视画面标准中，把每幅图像的行数确定为525行或625行。
3、我国电视图像标准我国电视标准规定：每幅图像的行数为625行，其中有效行为575行（另有50回扫行不显示）。
这就是说，电视屏幕能显示575根水平线条。
光电图像处理重难点精讲智慧树知到答案章节测试2023年天津大学
第一章测试1.直方图均衡化适用于什么样的图像？A:图像对比度较高B:图像模糊C:图像噪声较大D:图像整体较暗答案:D第二章测试1.图像平移后傅里叶频谱如何变化？A:幅值变化相位变化B:幅值不变相位不变C:幅值不变相位变化D:幅值变化相位不变答案:C2.如果一个函数是两个函数的卷积，它们的DFT是什么关系？A:与两个函数各自傅里叶变换的乘积成正比B:与两个函数各自傅里叶变换成正比C:与两个函数各自傅里叶变换的乘积成反比D:与两个函数各自傅里叶变换成反比答案:A3.高斯低通滤波器在选择大的截止频率时存在振铃效应和模糊现象。
A:对B:错答案:B4.下列有关二维离散傅里叶频谱的图像化说法正确的有：A:和傅里叶变换的相位谱相比，图像的傅里叶谱对恢复图像的细节起到更大的作用。
B:傅里叶谱的零频分量是图像灰度均值的倍数。
C:利用傅里叶变换的平移特性，可以将傅里叶谱的零频移动到图像的几何中心。
D:采用对数变换，可以改善傅里叶谱图像的视觉效果。
答案:BCD5.下列有关离散傅里叶变换（DFT）的频率范围说法正确的有：A:连续函数被采样的间隔越小，频率范围越大。
B:DFT的频率范围取决于连续函数被取样的持续时间。
C:连续函数被采样的间隔越小，频率范围越小。
D:DFT的频率范围取决于连续函数被取样的间隔。
答案:AD第三章测试1.椒盐噪声的特点是？A:大小不定位置不定B:大小一定位置一定C:大小一定位置不定D:大小不定位置一定答案:C2.不属于高斯噪声的是？A:椒盐噪声B:宇宙噪声C:起伏噪声D:散粒噪声答案:A3.卷积模板的定义中需要哪些要素？A:模板的中心B:模板的大小C:模板的形状D:模板元素的系数答案:ABCD4.卷积运算包含几个步骤？A:两个函数对应部分相乘B:两个函数之一反转C:两个函数之一滑动D:相乘结果相加答案:ABCD5.下列关于图像的梯度说法正确的有？A:边缘方向平行于梯度方向B:边缘方向垂直于梯度方向C:梯度大小表征了灰度变化的快慢D:梯度方向表征了灰度变化最快的方向答案:BCD第四章测试1.下列有关四邻域和八邻域说法正确的有？A:八邻域包含着四邻域B:邻域像素和当前像素具有相同的属性值C:四邻域像素到当前像素的距离为1D:四邻域像素到当前像素的距离为root(2)答案:AC2.根据点线霍夫变换公式q=-xp+y，下列说法正确的是：A:对于XY空间斜率大于且接近90度的直线上的两点，映射之后在PQ空间的两条直线相交于Q轴负无穷远处B:对于XY空间斜率大于且接近90度的直线上的两点，映射之后在PQ空间的两条直线相交于P轴正无穷远处C:对于XY空间斜率大于且接近90度的直线上的两点，映射之后在PQ空间的两条直线相交于P轴负无穷远处D:对于XY空间斜率大于且接近90度的直线上的两点，映射之后在PQ空间的两条直线相交于Q轴正无穷远处答案:C3.有关最小误判准则算法说法正确的有？A:把背景点误判为目标点的概率是背景像素概率密度函数从阈值t到正无穷大的积分。
《光电图像处理》图像的数学表征
图2-5 不同量化级别对图像质量的影响 （a） 原始图像(256色)； （b） 量化图像1(64色)； （c） 量化图像2(32色)； （d） 量化图像3(16色)； （e） 量化图像4(4色)； （f） 量化图像5(2色)
F (u, v) xy
m n
f (mx, ny)e
j 2 ( mxu nyv)
（a）原图像的频谱
（b）采样信号的频谱
采样信号的频谱
2.3
图像的量化
量化：使连续信号的幅度用有限级的数码表 示的过程。 量化的准则不同，会导致不同的量化效果。 从不同的角度将量化方法分成4类：
图像的数学表征
连续图像的一般数学描述
非发光物体的成像不仅与摄像机的光电转换特 性有关，而且还与光源强度、光源到物体的距离， 入射光与物体表面法线的夹角，入射光与摄像机 的夹角，物体表面法线与摄像机的夹角以及物体 表面的反射率等因素有关。 对于二维图像，可以把光强度I看作是
随空间坐标（x, y）、光线波长 λ和时间t
标量量化和矢量量化。
图像的量化与数字图象的质量
256灰度级
16灰度级
8灰度级
4灰度级
图2-4 不同采样点数对图像质量的影响 （a）原始图像(256×256)；（b）采样图像1(128×128)；（c） 采样图像 2(64×64)； （d）采样图像3(32×32)； （e）采样图像4(16×16)；（f） 采样图像 5(8×8)
(b)
采样网格 (a) 正方形网格; (b) 正六角形网格
二维采样
图像在取样时，必须满足二维采样定理，确 保无失真或有限失真地恢复原图像 。
光电信号处理方法
光电信号的增强
光电信号的增强主要通过光电倍增管、 雪崩二极管等器件实现，这些器件可 以在放大信号的同时，进一步提高信 号的信噪比。
增强后的光电信号可以更好地满足后 续处理的需求，提高整个光电系统的 性能和可靠性。
03 光电信号的数字化处理
数字信号处理的基本概念
数字信号
将连续时间信号转换为离散时间信号的过程。
小波变换
将信号分解成不同频率的子信号，可以对信号进行多尺度分析。
04 光电信号的调制与解调
调制与解调的基本概念
调制
将低频信号转换为高频信号的过程， 以便传输或处理。
解调
将调制后的高频信号还原为低频信号 的过程。
模拟调制技术
AM（调幅）
通过改变载波的振幅传递信息。
FM（调频）
通过改变载波的频率传递信息。
微型化
利用人工智能和机器学习等技术，实现光 电信号处理的智能化和自主化。
随着微纳技术的发展，光电信号处理将朝 着微型化的方向发展，实现更小体积、更 低功耗的系统。
02 光电信号的采集与预处理
光电信号的采集
1
光电信号的采集是光电信号处理的第一步，其目 的是将光信号转换为电信号，以便后续处理。
2
常用的光电信号采集器件包括光电二极管、光电 晶体管、光电池等，它们能够将光信号转换为电 流或电压信号。
光电信号处理
利用电子学和信息处理技术对光电信号进行采集、传 输、转换、增强、分析和理解的过程。
光电信号处理的应用领域
光学通信
利用光电信号处理技术实现高速、大容量的信息 传输。
环境监测
利用光电信号处理技术实现对大气、水质等环境 参数的实时监测。
ABCD
生物医学成像
光电图像处理
光电图像处理XXXXXXXXXXXXXXX一、论述光电图像处理的概念、内容及意义。
概念：光电图像处理是指计算机系统通过光学系统和光电图像传感器，对图像采集和对原始图像的加工，将自然界中的模拟图像转换为计算机中的数字图像，进而对图像进行处理和分析，使之能具备更好的视觉效果或能满足某些应用的特定要求。
内容：光电图像处理是一门多学科的综合学科，它会聚了光学、电子学、数学、摄影技术和计算机技术等众多学科方面。
主要内容包括两方面的，一是光电成像技术，它是为弥补人类视觉缺陷和扩展人类自身的视觉功能；二是数字图像处理技术，它为改善图像的视觉效果，使计算机具有与人类一样的视觉功能。
意义：图像处理的目的是改善图像质量，提取有用信息，识别预定目标等，以此极大改变，方便人们的生活。
二．车牌识别技术1.引言近年来，随着全球经济化形式的不断发展人们的物质生活需要日益提高，私人拥有机动车辆的数量呈几何增长态势，车辆的普及成为了目前的必然趋势。
在此情况下仅仅依靠大力发展交通设施已不能解决现在已经存在的交通拥挤，环境污染加剧，交通事故频发等问题。
汽车数量的增加日益成为制约城市发展的重要因素之一，由于城市空间的严格限制，修建新道路所需的巨额资金以及环境的压力，相比于建设更多的道路基础设施，建立完善的道路网络缓解道路交通增长的需求，大力发展智能交通系统，才有可能真正解决日益严重的交通问题。
2.车牌识别技术简介随着模式识别技术的发展，车牌字符识别已成为智能交通系统的重要组成部分它可以从复杂的背景中准确地提取，识别汽车牌照，车辆类型等信息，在交通控制和监视中占有很重要的地位，具有广泛的应用前景。
所以汽车牌照的识别问题已经成为现代交通工程领域中研究的重点和热点问题之一。
由于受环境待识别车辆的车型复杂和车牌位置不固定等的影响，给车牌定位方法的选择带来一定的困难。
车牌本身的污染，缺损也会影响识别率。
一些车辆由于天气或是路况不好使得车牌被灰尘，泥土沾染，另外还有一些车辆行驶时间较长车牌上的字符已经部分缺损了，严重的时候，人眼也很难辨别车牌上的字符，这些情况都会影响系统的识别工作，导致误识别。
光电图像处理答案
光电图像处理答案Chapter01 绪论1.光电成像技术可以从哪⼏个⽅⾯拓展⼈的视觉能⼒？请每个⽅⾯各举⼀例。
可以开拓⼈眼对不可见辐射的接收能⼒；变像管、红外夜视仪可以扩展⼈眼对微弱光图像的探测能⼒；像增强器可以捕捉⼈眼⽆法分辨的细节；电⼦显微镜可以将超快速现象存储下来；数码摄像机2.为什么CMOS 图像传感器的像素⼀致性要⽐CCD 差？CCD 的每个像元都通过同⼀个放⼤器及电荷/电压转换器进⾏处理，⽽CMOS 图像传感器的每个像元都有独⽴的放⼤器和转换器，由于⼯艺差别，导致像素⼀致性降低。
3.图像处理技术有哪些⽤途？为每种⽤途举出⼀个应⽤实例。
通过增强技术和变换技术来改善图像的视觉效果。
⼴告与平⾯设计；数码照⽚处理对图像进⾏分析以便从图像中⾃动提取信息。
红外成像制导；医学图像分析对图像进⾏编码、压缩、加密等处理，便于图像的存储、传输和使⽤。
图像⽔印4.举出⽣活中使⽤微显⽰技术的例⼦。
家⽤背投电视；商⽤投影仪；近眼显⽰器Chapter02 光度学与⾊度学1.⽇常⽣活中⼈们说40W 的⽇光灯⽐40W 的⽩炽灯亮，是否指⽇光灯的光亮度⽐⽩炽灯的光亮度⾼？解释此处“亮”的含义。
不是。
⼈们所说的“亮”，并⾮指光度学中的物理量－亮度，⽽是指光通量。
在相同的供电功率条件下，⽇光灯由于发光效率较⾼，发出的光通量⽐⽩炽灯要⼤，照明效果更好，主观上认为更“亮”。
2.设有⼀个光通量为2000lm 的点光源，在距点光源1m 的地⽅有⼀个半径为2cm 的圆平⾯，点光源发出的经过圆平⾯中⼼的光线与圆法线夹⾓为60 度，求圆平⾯表⾯的平均照度。
由于圆平⾯的直径远⼩于到点光源的距离，因此可作近似计算。
照度E=(φ*ω/4π)/S，其中ω=(0.02*π^2cos60)/(1^2)。
3.设有⼀台60 英⼨的投影机，幅⾯⽐为16:9，投影屏幕的反射率为80％。
已知投影光源（⾼压汞灯）向屏幕发出的总光通量为1000lm，试求屏幕亮度。
1 光电图像处理实验(图像基本操作).
光电图像处理实验报告学生姓名：班级：学号：指导教师：实验日期：一、实验名称：图像基本操作二、实验目的：1．掌握MATLAB的操作窗口功能；2．熟练掌握MATLAB的图像处理基本操作，熟练掌握数字图像读取、显示、保存；3．熟练掌握MATLAB各种图像格式文件的互相转换。
三、实验原理：MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB工作环境：桌面包括4个子窗口：命令窗口、工作空间窗口、当前路径窗口、历史命令窗口。
命令窗口是用户在提示符(>>)处键入MATLAB命令和表达式的地方，也是显示那些命令输出的地方。
工作空间窗口显示当前的变量名称和值。
双击可以启动数组编辑器。
当前路径窗口显示当前的工作目录。
工作目录的内容显示在当前目录窗口内。
可通过Set Path改变。
历史命令窗口包含用户已在命令窗口中输入的命令的记录。
如果要重新执行以前的MATLAB命令，可在历史命令窗口中双击该命令即可。
使用MATLAB编辑器创建M文件：MATLAB编辑器既是用于创建M文件的文本编辑器，也是调试器。
M文件用扩展符.m来表示。
可通过在命令输入窗口键入edit命令或在File菜单栏New，Blank M-File实现。
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光电图像处理
1.1 图像处理的基本知识
一、图像的分类
光电图像处理
1.1 图像处理的基本知识
一、图像的分类
图像按其存在形式的不同可分为实际图像和抽 象图像。
实际图像：通常为二维分布，又可分为可见图 像和不可见图像。可见图像指人眼能够看到并能接 受的图像，包括图片、照片、图、画、光图像等。
抽象图像：如数学函数图像，包括连续函数和 离散函数图像。
大
光电图像处理
1.3 数字图像处理系统
一、数字图像处理主要研究的内容
4.将图像中有意义 的特征部分提取 出来
图像分割
图像的增
强和复原
5.图像识别和理解 的必要前提
图像描述
6.统计模式分类 和句法（结构） 模式分类
图像分 类（识别）
图像压 缩编码
7.通过减少载体 的某种冗余来隐 藏敏感信息，达 到某种特殊的目 的
必要性
•能够改善图像的质量，从而为使用者提供 更好的图像
•作为机器视觉，将图像处理的结果（图像 或符号）提供给相关机器使用
光电图像处理
1.4 光电图像处理的概念与系统 结构
光电图像处理系统结构
光电图像处理
知识梳理与总结
一、图像的分类
按照时间运动特性分为静止图像和运动图像；
按照空间连续行分为连续图像和离散图像；
像素
光电图像处理
1.2 图像的技术参数与质量评价
二、分辨率
衡量图像细 节表现力的
技术参数
体现屏幕 图像的精
密度
是指显示 器所能显 示的点数 的多少
光电图像处理
1.2 图像的技术参数与质量评价
三、质量评价
主观 评价
客观 评价
其他 评价
通过人来观察图 像，对图像的优 劣作主观评定， 然后对评分进行 统计平均，得出 评价的结果。
光电图像处理
1.1 图像处理的基本知识
二、图像处理的方法
光学 模拟图像处理
照相
数字图像处理：计算机图像处理
光电图像处理
1.1 图像处理的基本知识
三、图像处理技术的发展及应用
光电图像处理
1.2 图像的技术参数与质量评价
一、像素
像素（Pixel） 是由 Picture(图 像) 和 Element (元素)这两个单词的 字母所组成的，是用来计算数码影 像的一种单位，是组成图像的最基 本单元要素。
按照光谱特性分为单色图像、彩色图像、多 光谱图像和超光谱图像； 按照几何空间复杂度分为平面图像、立体图 像和抽象的高维图像； 按照光学性分为光学图像与非光学图像。
光电图像处理
知识梳理与总结
二、数字图像处理内容
图像的基本线性变换、滤波、增强、恢复、压 缩和编码、重建、分析、识别与理解。
三、数字图像处理系统的基本组成
图像隐藏
图象变换
3.提高图像的质 量，如去除噪声 ，提高图像的清 晰度
2.减少描述图像 的数据量（即比 特数）
1.将空间域的处 理转换为变换域 处理
光电图像处理
1.3 数字图像处理系统
二、数字图像处理系统的组成
光电图像处理
1.3 数字图像处理系统
三、数字图像处理的特点和必要性
特点
• 精度高 • 再现性好 • 通用性、灵活性强
图像获取传感器与图像数字化单元、图像存储 器、图像数字处理器、数字图像输出设备（包括显 示、打印、绘图设备等）。
光电图像处理
思考与练习题
• （1）什么是图像处理？图像处理的目的是什 么？
• （2）数字图像处理的主要研究内容有哪些？ • （3）图像处理有哪些主要应用？
光电图像处理
Thank You!
光电图像处理
1.1 图像处理的基本知识
一、图像的分类
图像按其成像波段的不同分为单波段、多波 段和超波段图像。
光电图像处理
1.1 图像处理的基本知识
一、图像的分类
图像按表示方式的不同可分为模拟图像和数据图 像两类。 图像根据构图原理和描述方式的不同可分为矢量 图和位图。 图像根据是否随时间而变换可分为静止图像和活 动图像。 图像根据所占空间的维数可分为二维图像和三维 图像。
使用一个或多个 图像的度量指标 建立与图像质量 相关的数学模型 让计算机自动计 算得出图像质量
(1)基于感觉的评 价方法 (2)基于任务的质 量评价
光电图像处理
1.3 数字图像处理系统
高
高层
抽
象 程
语 义
中层
度
低
低层
图 像 理解 图 像 分析 图 像 处理
图像工程示意图
符号
小
操
数
目标 作
据
对
量
象
像素
础
1.1 图像处理的基础知识 1.2 图像的技术参数与质量评价
1.3 数字图像处理系统 1.4光电图像处理的概念与系统结构
光电图像处理
1.1 图像处理的基本知识
图像（Picture）有多种含义，其中最常见的定 义是指各种图形和影像的总称。
写真图片
模拟图片