04 数字图像处理_图像基础

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图像处理框图
网络 图像显示 硬拷贝 计算机 特殊图像处理软件 图像传感器 问题域 各模块都有特定的功能，分别是采集、显示 、存储、通信、处理和分析。 大规模存储 图像处理软件
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图像采集
图像数字化 将代表图像的连续(模拟)信号转换为离散(数字)信号的 过程称为图像数字化。 步骤：采样和量化 主要技术
成像：光信息－>电信号 模数转换（A/D Converter）
数字化（采集）设备 基于图像采集卡或图像卡 （扫描仪） 本身带有数字化部件（数码相机）
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图像采集
场景成像的三种主要传感器装置 1. 单元成像传感器，如光敏二极管等。
通过x-y方向二维扫描，形成二维图像。
由于一片CCD同时完成亮度信号和色度信
号的转换，因此难免两全，使得拍摄出来 的图像在彩色还原上达不到专业水平的要 求。
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单CCD
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单CCD彩色图像
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3CCD
3CCD，就是一台相机使用了3片CCD。光线通过一种特殊的
这个结构的长度是固定的，为14个字节（WORD为无符号16位二进制
整数，DWORD为无符号32位二进制整数）。
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BMP图像的结构
第二部分为位图信息头BITMAPINFOHEADER，也是一个结构：
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
DWORD
LONG LONG WORD WORD DWORD
biSize;
biWidth; biHeight; biPlanes;
//该结构的长度，为40字节
//图像的宽度，单位为像素 //图像的高度，单位为像素 //位平面数，必须是1 256 色，16、24、32为真彩色
biBitCount; //指定颜色数，1为二值，4为16色，8为 biCompression; //指定是否压缩，有效的值为BI_RGB,
对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色（一般
0表示黑， 1表示白），所以一个字节可以表示8个像 素。 对于16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所 以一个字节可以表示2个像素。 对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个像素。
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TIF图像文件格式
BMP图像的特点
BMP是Bitmap的缩写, BMP文件格式是Windows环境中交换
与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的 图形图像软件都支持BMP图像格式，该格式可用于Windows 下的绝大多数应用程序。
BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用广泛。 采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任
只有黑色与白色两种颜色，灰度图像在黑色与白色之间还 有许多级的颜色深度。
用于显示的灰度图像通常用每个采样像素 8 位的非线性尺
度来保存，这样可以有 256 级灰度，但是在某些领域下灰 度图会采用更高的位数以确保精度。
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灰度图示例
在灰度图像中，像素灰度级一般用8 bit表示，所以每
利用电荷存储、传送和读取方式进行工作。 特点：精确、尺寸小、灵敏度高、分辨率高。 主要应用设备：摄象机、扫描仪、数码相机。
互补型金属氧化物半导体CMOS (Complementary
Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)
特点：集成性好，体积更小 主要应用设备：可摄像手机
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彩色图像
彩色图像的数据不仅包含亮度信息，还包含颜色信息。彩
色的表示方法是多样化的，最常见的是三基色模型，例如 RGB（红绿蓝）三基色模型，利用RGB三基色可以混合成 任意颜色。
RGB模型在各种彩色成像设备和彩色显示设备中使用，常
规的彩色图像也都是用RGB三基色来表示的，每个像素包 括RGB三基色数据，每个基色用1个字节（8位二进制位） 表示，则每个像素的数据为3个字节（即24位二进制位）， 这就是人们常说的24位真彩色。
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二值图像
二值图像是每个像素只有两个可能值的数字图像，人们
经常用黑白、B&W、单色图像表示二值图像。下面的F矩 阵中如果其所有的元素只有两种取值，那么F表示的就是 一个f12 f 22 fM 2 f 1N f 2N f MN
二值图像经常出现在数字图像处理中作为图像掩码或者
在图像分割、二值化的结果中出现。一些输入输出设备， 如激光打印机、传真机等都可以处理二值图像。二值图 像经常使用位图(bmp)格式存储。
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二值图像示例
1 0 0 I 0 0 1 1 1 0
TIF是一种比较灵活的图像格式，它的全称是Tagged
Image File Format，文件扩展名为TIF或TIFF。该格式支 持256色、24位真彩色、32位色、48位色等多种色彩位， 同时支持RGB、CMYK以及YCbCr等多种色彩模式，支持 多平台。TIFF文件可以是不压缩的，文件体积较大，也可 以是压缩的，支持RAW、RLE、LZW、JPEG、 CCITT3 组和4组等多种压缩方式。
彩色图像还可以使用LAB,HSV,CMYK等彩色模型。
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彩色图像示例
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彩色图像示例
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单CCD
单CCD相机是指相机里只有一片CCD并用其
进行亮度信号以及彩色信号的光电转换， 其中色度信号是用CCD上的一些特定的彩 色遮罩装置并结合后面的电路完成的。由 一片CCD转换来的图像称为单CCD图像。
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2.线成像传感器，如线CCD、平板扫描仪等。
只需一维扫描，就能形成二维图像。
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3.阵列成像传感器，如面CCD等。
不需要扫描，就能形成二维图像。
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CCD与CMOS
关键部件：固体成像设备 电荷耦合器件CCD (Charge Coupled Devices)
个像素都是介于黑色（0）和白色（255）之间的256 （28=256）种灰度中的一种。 示例：
0 150 200 I 120 50 180 250 220 100
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灰度图示例
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灰度图示例
BI_RLE8，BI_RLE16，BI_BITFIELDS
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BMP图像的结构
DWORD biSizeImage; //实际的位图数据占用的字节数
LONG
LONG DWORD
biXPelsPerMeter;//目标设备水平分辨率
biYPelsPerMeter;//目标设别垂直分辨率 biClrUsed; //实际使用的颜色数，若该值为 0，则使用的颜
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JPEG图像文件格式
JPEG(Joint Photographer‟s Experts Group)格式即联合图
像专家组, 是由ISO和CCITT为静态图像所建立的第一个国 际数字图像压缩标准，主要是为了解决专业摄影师所遇到 的图像信息过于庞大的问题。由于JPEG的高压缩比和良 好的图像质量， 使得它广泛应用于多媒体和网络程序中。
CCD与3CCD
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图像文件格式
数字图像有多种存储格式，每种格式一般由不同
的开发商支持。因此，要进行图像处理，必须了 解图像文件的格式， 即图像文件的数据构成。
常用的图像文件格式包括（BMP、JPEG、JP2、
TIFF、PNG、GIF等）。
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何压缩，因此，进行的是无损压缩。 BMP文件所占用的空间 很大。
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BMP图像的特点
BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。 BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到
上的顺序。
BMP格式使用索引色彩,可以使用1600万种色彩的渲染图像,因
棱镜后，会被分为红，绿，蓝三种颜色，而这三种颜色就 是我们电视使用的三基色，通过这三基色，就可以产生包 括亮度信号在内的所有电视信号。如果分别用一片CCD接 受每一种颜色并转换为电信号，然后经过电路处理后产生 图像信号，这样就构成了一个3CCD系统。
棱镜分出三种光束
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色数为2的 biBitCount次方种 DWORD biClrImportant;
若该 是重要的
//图像中重要的颜色数， 值为0，则所有的颜色都
} BITMAPINFOHEADER;
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BMP图像的结构
第四部分就是实际的图像数据。对于用到调色板
的位图， 图像数据就是该像素颜色在调色板中 的索引值，对于真彩色图像 ，图像数据就是实 际的R,G,B值。下面就2色、16色256色和真彩色 位图分别介绍：