基于Matlab的数字图像处理

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2.2 位图 位图：是通过许多像素点表示一幅图像，每个像素具有颜色 属性和位置属性。 位图又可以分成如下四种：二值图像（binary image)、灰度 图像(gray-scale image)、索引颜色图像(index color image)和 真彩色图像（true color image）。 位图的优缺点正好和矢量图相反。
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经过这样采样和量化得到的一幅空间上表现为离散分布 的有限个像素，灰度取值上表现为有限个离散的可能值的图 像称为数字图像。只要水平与垂直方向采样点数N和M足够多 ，量化比特数足够大，则数字图像的质量比原始模拟图像毫 不逊色。 在采样与量化处理后，才能产生一张数字化的图像，再 运用计算机图像处理软件的各种技巧，对图像进行处理、修 饰或转换，达到所需要的图像效果。
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图像是人类用来表达和传递信息的最重要手段。现代图像既 包括可见光范围的图像(能被人眼观察到的各种图像)，也包 括不可见光范围内借助于适当转换装置转换成人眼可见的图 像(如红外成像技术)。还包括视觉无法观察的其他物理图像 和空间物体图像，以及由数学函数和离散数据所描述的连续 或离散图像。 在空间图像信息中，光强度是其基本要素，它随图像空 间坐标(x,y,z)及光线的波长λ 和时间t的变化而变化，因此 空间图像函数可表示为：
0 150 200 I 120 50 180 250 220 100
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2.5 . 真彩色图像
每一个像素由红、绿和蓝三个字节组成， 每个字节为8
bit，表示0到255之间的不同的亮度值，这三个字节组合可以
产生1670万种不
1.2 图像与图形的区别

基本概念 图形：是指由外部轮廓线条构成的矢量图。即由计算机 绘制的直线、圆、矩形、曲线、图表等； 图像：是由扫描仪、摄像机等输入设备捕捉实际的画面产 生的数字图像，是由像素点阵构成的位图。 数据描述 图形：用一组指令集合来描述图形的内容，如描述构成 该图的各种图元位置维数、形状等。描述对象可任意缩放不 会失真。 图像：用数字任意描述像素点、强度和颜色。描述信息文 件存储量较大，所描述对象在缩放过程中会损失细节或产生 锯齿。
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2.数字图像的类型
通常，静态图像可分为矢量(Vector)图和位图（Bitmap）， 位图也称为栅格图像。
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2.1 矢量图 矢量图：是用一系列绘图指令来表示一幅图。这种方法的本 质是用数学(更准确地说是几何学)公式描述一幅图像。 特点如下： 它的文件数据量很小；图像质量与分辨率无关，这意味着无 论将图像放大或缩小了多少次，图像总是以显示设备允许的 最大清晰度显示。 缺点是：不易制作色调丰富或色彩变化太多的图像，绘出来 的图像不是很逼真，同时也不易在不同的软件间交换文件。
在RGB真彩色出现之前， 由于技术上的原因，计算机在 处理时并没有达到每像素24位的真彩色水平，为此人们创造 了索引颜色。 在索引颜色（也称为映射颜色）模式下，颜色都是预先定 义的，并且可供选用的一组颜色也很有限， 索引颜色的图像 最多只能显示256种颜色。
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3.图像与图像数字化过程
3.1 图像的表示 计算机图像处理研究的主要内容是:①如何对模 拟图像进行采样、量化以产生数字图像;②如何对数 字图像做各种变换以方便处理;③如何压缩图像数据 以便存储和传输。
figure；%创建一个新的窗口
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3.3图像的采样
计算机要感知图像，就要把图像分割成离散的小区域， 即像素。像素是计算机系统生成和再现图像的基本单位，像 素的亮度、色彩等特征通过特定的数值来表示。数字化图像 的形成是计算机使用相应的软硬件技术把许多像素点的特征 数据组织成行列，整齐地排列在一个矩形区域内，形成计算 机可识别的图像。 图像采样就是将二维空间上模拟的连续亮度(即灰度)或 色彩信息，转化为一系列有限的离散数值来表示。由于图像 是一种二维分布的信息，所以具体的作法是对图像在水平方 向和垂直方向上等间隔地分割成矩形网状结构，所形成区域 ，称之为像素点。被分割的图像若水平方向有M个间隔，垂 直方向上有N个间隔，则一幅图像画面就被表示成MN个像素 构成的离散像素点的集合(如图8.16)。MN表示图像分辨率 21 。
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图像的写入 imwrite(A，FILENAME,FMT)
FILENAME参数指定文件名。FMT为保存文件采用的格式。 imwrite(I6,'nirdilatedisk2TTC10373.bmp');
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图像的显示 imshow(I,[low high])
I为要显示的图像矩阵。[low high]为指定显示灰度图像的灰度范围。 高于high的像素被显示成白色；低于low的像素被显示成黑色；介于 High和low之间的像素被按比例拉伸后显示为各种等级的灰色。 figure；imshow(I6);title('The Main Pass Part of TTC10373');
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4.1 图像的读取和显示

图像的读取
A=imread(FILENAME,FMT)
FILENAME 指定图像文件的完整路径和文件名。如果在work工作目 录下 只需提供文件名。FMT为图像文件的格式对应的标准扩展名。 I_1=imread('D:\10.06.08nir\TTC10377.BMP');%读入图像
在进行采样时，采样点间隔的选取很重要。它决定了采 样后的图像是否能真实地反映原图像的程度(如图下图所示) 。一般说来，原图像中的画面越复杂，色彩越丰富，则采样 间隔应越小。由于二维图像的采样是一维的推广，根据信号 的采样定理，要从取样样本中精确地复原图像，我们可得到 图像采样的奈奎斯特(Nyquist)定理：图像采样的频率必须大 于或等于源图像最高频率分量的两倍。


图像的数字化 图像的数字化是指将一幅图像从原来的形式转化为数字的 形式，主要研究如何对图像进行采样、量化以及编码等过 程。 图像编码压缩 图像编码压缩可减少用于描述图像的数据量，以节省图像 传输和处理的时间，减少存储容量。
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图像变换 由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理涉及的计 算量很大。因此，往往采用各种图像变换方法，如傅立叶变 换(DFT)、离散余弦变换(DCT)、离散小波变换(DWT)等间 接处理技术，将空间域的处理转换为变换域的处理，不仅可 以减少计算量，而且可获得更有效的处理。图像变换还包括 传统的几何变换，如图像缩放、旋转、平移、投影等。 图像重构(Image Reconstruction) 采用某种滤波方法，如去除噪声、干扰和模糊等，恢复 或重建原来的图像。
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2.3 二值图像
二值图像的表示方法很简单，只有黑白两种颜色。
1 0 0 I 0 0 1 1 1 0
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2.4 灰度图像 在灰度图像中，像素灰度级一般用8 bit表示，所以每个像 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。
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3.2 图像数字化概述 现实中的图像是一种模拟信号。图像数字化的目的是把 真实的图像转变成计算机能够接受的显示和存储格式，以便 于计算机进行分析处理。 图像的数字化过程分为采样、量化与编码三步。采样的 实质就是要用多少个点来描述一张图像，采样的结果即通常 所说的图像分辨率。如，一幅640×480的图像，表示这幅图 像由307200个像素点组成。采样频率是指一秒钟内采样的次 数，它反映了采样点之间的间隔大小。采样频率越高，得到 的图像样本就越细腻逼真，图像的质量也越高，但要求的存 储量也越大。
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8×8 像素 (256色)
16×16像素(256色)
32×32像素 (256色)
64×64像素 (16位量化，65536种颜色)
不同采样精度所获得的图像分辨率不同
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3. 4 图像量化 采样后得到的亮度或色彩值在取值空间上仍是连续值。 把这些连续量表示的像素值离散化为整数值的操作叫量化。 图像量化实际就是将图像采样后的样本值的范围分为有限多 个区域，落入某区域中的所有样本值用同一值表示，是用有 限的离散数值量来代替无限的连续模拟量的一种映射操作。 把图像颜色(黑白图像为灰度)取值范围分成K个子区间 ，在第i个区间中取某确定的色彩值Gi，落在第i个区间中的 任何色彩值都以Gi代替，这样就有K个不同色彩值，即颜色 值的取值空间被离散化为有限个数值。 量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量化 的色彩或亮度值所需的二进制位数称为量化字长。一般可用 8位、16位、24位或更高的量化字长来表示图像的颜色(如图 8.18)。量化字长越大，越能真实反映原有图像的颜色。但 得到的数字图像容量也越大。 24
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量化是指要使用多大范围的数值来表示图像采样之后的 每一个点。量化的结果是图像能够容纳的颜色总数，它反映 了采样的质量。如，若以4位来存储一个点，图像表示只能 有16种颜色。若采用16位存储一个点，则有2的16次方 =65536种颜色。所以，量化位数越大，表示图像可拥有更多 的颜色，自然可产生更为细致的图像效果，但也会占用更大 存储空间。 假设有一幅黑白照片，因为它在水平与垂直方向上的灰 度变化都是连续的，可认为有无数个像素，而且任一点上灰 度的取值都是从黑到白可以有无限个可能值。通过沿水平和 垂直方向的等间隔采样可将一幅模拟图像分解为近似的有限 个像素，每个像素的取值代表该像素的灰度(亮度)，对灰度 进行量化，使其取值变为有限个值。通常采用256级均匀量 化(也称8比特量化)已能得到优质的图像。
g f ( x, y, z, , t )
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二维平面图像隐式地包含着景深z的信息，它以x和y的某种函 数的形式，即z=f(x,y)，隐含在x,y平面之中。因此平面图像同 样可表示为：
g f ( x, y, z, , t )
在大多数情况下，要采用离散的技术来处理来自连续 世界的图像。实际图像是连续的，计算机只能处理离散的 数字图像，所以对连续图像要经过采样和量化以获取离散 的数字图像。