数字图像技术基础
数字图像处理(第二版)章 (2)
第2章 数字图像处理基础
2.2 数字图像类型
第2章 数字图像处理基础
为了减小量化误差，引入了非均匀量化的方法。非均匀量 化依据一幅图像具体的灰度值分布的概率密度函数，按总的量 化误差最小的原则来进行量化。具体做法是对图像中像素灰度 值频繁出现的灰度值范围，量化间隔取小一些； 而对那些像 素灰度值的概率分布密度函数因图像不同而异，所 以不可能找到一个适用于各种不同图像的最佳非等间隔量化方 案，因此，实用上一般多采用等间隔量化。
第2章 数字图像处理基础
3. 索引颜色图像 在介绍索引颜色图像之前，首先来了解PC机是如何处理颜 色的。大多数扫描仪都是以24位模式对图像进行采样的，即可 以从图像中采样出1670万种不同的颜色。用这种方式获得的颜 色通常称为RGB颜色。颜色深度为24位每像素的数字图像是目前 所能获取、浏览和保存的颜色信息最丰富的彩色图像，由于它 所表达的颜色远远超出了人眼所能辨别的范围，故将其称为 “真彩色”。在早期，由于技术上和价格上的原因，计算机在 处理时并没有达到24位每像素的真彩色水平，为此人们创造了 索引颜色。索引颜色通常也称为映射颜色。在这种模式下，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。索引颜色通常称为调色板。 一幅索引颜色图像在图像文件里定义，当打开该文件时，构成 该图像具体颜色的索引值就被读入程序，然后根据索引值在调 色板中找到对应的颜色。
b=M×N×Q (b)
数字图像基础
标准测试图像：
单色图
灰度图
16色图
真彩色图
Lenna
IS&T's(Imaging Science and Technology)
Lenna Soderberg (Sjööblom) and Jeff Seideman
第2节 BMP、GIF图像文件格式
BMP文件
位图文件(Bitmap-File，BMP)格式是Windows采用的图像文件存储格 式，由4个部分组成：位图文件头(bitmap-file header)、位图信息头 (bitmap-information header)、彩色表(color table)和定义位图的字 节阵列。
第七讲、数字图像基础
YANGZHOUDAXUE
物理科学与技术学院
第1节 图像的基本属性
图像的数字化： • 图像数字化过程就是对连续图像f(x,y)进行空间和幅度离散化的 过程。 • 采样过程 –X,Y方向分别采样 –满足采样定理 • 量化（对灰度或者颜色样本的离散化） –黑白灰度图像 –彩色（与颜色空间相关）
24
47 99 99 99 99
26
66 99 99 99 99
56
99 99 99 99 99
99
99 99 99 99 99
99
99 99 99 99 99
99
999 99 99 99
99
99 99 99 99 99
109 103 77
24
49 72
35
64 92
图像数字化设备 • 光源 • 光传感器（光电转换） • 扫描系统 –扫描仪 –CCD（电荷耦合器件）阵列
图像的RGB颜色模型
显示器通过红、绿和 蓝荧光粉发射光线产生彩 色。 彩色图像的颜色需要 RGB或它们的颜色空间变 换结果（三个数值）来表 示。 RGB相加混色模型
数字图像处理(冈萨雷斯)2数字图像处理基础PPT课件
亮 暗 适应慢 暗 亮 适应快
55
（1）视觉适应性
2.1.3亮度适应和鉴别
✓亮度适应范围:1010量级（10-6mL（夜视域）～104mL（强闪光））；
✓与整个适应范围相比，人眼在某一时刻能鉴别的亮度级别范围很 小（以该环境的平均亮度为中心的一个小的亮度范围）；
✓亮度适应级（视觉系统当前的灵敏度级别）：
Bit数为:
b=M×N×k
(2.4-4)
因此，存储一幅512×512 ，有256个灰度级（k=8）的图像
需要512×512×8=2097152(Bit) 或
512×512=256K(Byte)
32 32
2.4.3 空间和灰度分辨率
空间分辨率（spatial resolution）
图像中可分辨的最小细节，主要由采样间隔值决定
0<r(x,y)<1 平均反射系数（reflectance） r ( x ,y ) 0 — — 全 吸 收 r ( x ,y ) 1 — — 全 反 射
单色图像在任何坐标(x0,y0)处的强度为图像在该处的灰度 级 l＝f(x0,y0),显然有 Lmin，l可L以ma规x 定灰度级范围为 [0,L-1]
2.1.3亮度适应和鉴别
✓当背景光保持恒定时,改变其他光源亮度,从不能察觉到可以
察觉间变化,一般观察者可以辨别12到24级不同强度的变化.
图2.5 亮度辨 别特性的基本 实验
图2.6 作为强
韦伯定理说明：
度函数
的典型
✓人眼视觉系统对亮度的对比度 敏感而非对亮度本身敏感；
韦伯比
✓低照度，韦伯比高，亮度辨别能力差；高照度，韦伯比低， 亮度辨别能力强；
数字图像及处理的基础知识
数字图像1 数字图像，又称数码图像或数位图像，是二维图像用有限数字数值像素的表示。
2 图像种类：二值图像(Binary Image): 图像中每个像素的亮度值(Intensity)仅可以取自0到1的图像。
灰度图像(Gray Scale Image)，也称为灰阶图像: 图像中每个像素可以由0(黑)到255(白)的亮度值表示。
0-255之间表示不同的灰度级。
彩色图像(Color Image)：每幅彩色图像是由三幅不同颜色的灰度图像组合而成，一个为红色，一个为绿色，另一个为蓝色。
伪彩色图像（false-color）multi-spectral thematic 立体图像(Stereo Image)：立体图像是一物体由不同角度拍摄的一对图像，通常情况下我们可以用立体像计算出图像的深度信息。
三维图像(3D Image):三维图像是由一组堆栈的二位图像组成。
每一幅图像表示该物体的一个横截面。
数字图像也用于表示在一个三维空间分布点的数据，例如计算机断层扫描（:en:tomographic，CT）设备生成的图像，在这种情况下，每个数据都称作一个体素。
3 图像显示目前比较流行的图像格式包括光栅图像格式BMP、GIF、JPEG、PNG等，以及矢量图像格式WMF、SVG等。
大多数浏览器都支持GIF、JPG以及PNG图像的直接显示。
SVG格式作为W3C的标准格式在网络上的应用越来越广。
4 图像校准：数字图像与看到的现象之间关系的知识，也就是几何和光度学或者传感器校准。
图像的基本属性亮度：也称为灰度，它是颜色的明暗变化，常用0 ％～100 ％( 由黑到白) 表示。
对比度：是画面黑与白的比值，也就是从黑到白的渐变层次。
比值越大，从黑到白的渐变层次就越多，从而色彩表现越丰富。
直方图：表示图像中具有每种灰度级的象素的个数，反映图像中每种灰度出现的频率。
图像在计算机中的存储形式，就像是有很多点组成一个矩阵，这些点按照行列整齐排列，每个点上的值就是图像的灰度值，直方图就是每种灰度在这个点矩阵中出现的次数。
图像处理技术：基础知识和实践方法
图像处理技术：基础知识和实践方法一、图像处理基本概念1.1 图像的定义图像是指反映物体或场景在人眼或电视摄像机等光学器件上所形成的视觉信息的呈现方式。
图像可以是数字形式的，也可以是模拟形式的。
1.2 图像处理的定义图像处理是利用计算机和其他相关设备对图像进行数字化、处理、分析和显示的过程。
该过程通常包括图像的获取、预处理、特征提取和图像恢复等多个步骤。
1.3 图像处理的主要应用领域图像处理技术被广泛应用于很多领域，如医学图像分析、自动驾驶、智能安防、机器人视觉等。
当然，最广泛的是娱乐业，例如电影、游戏和虚拟现实等。
二、图像处理的基础知识2.1 数字图像的表示方法数字图像是一些离散的像素点组成的，每个像素点都有一个亮度值来表示其对应位置的颜色和灰度等信息。
这些像素点按照一定的方式排列起来，形成了一个二维的数字矩阵。
在计算机中，图像以数字的形式表示为一个二维矩阵，它的元素是像素的亮度值。
2.2 图像处理的基本过程图像处理通常可以分为四个基本过程：图像获取、图像预处理、特征提取和图像恢复等。
图像获取可以通过图像传感器或图像采集卡等设备来进行。
不同的图像采集设备有不同的工作原理和特点。
2.3 常见的图像处理算法图像处理算法是指对数字图片进行数字处理的过程，如图像增强、特征提取、图像分割和图像压缩等。
常见的图像处理算法包括：平滑滤波、图像锐化、边缘检测、二值化、形态学处理等算法。
2.4 图像处理的评价标准图像处理的效果可通过诸如清晰度、对比度、颜色等指标进行评价。
常用的评价标准包括峰值信噪比（PSNR）、结构相似性指标（SSIM）和标准偏差等指标。
三、图像处理的实践方法3.1 图像预处理图像预处理是图像处理的必要步骤，它可以更好地准备图像以进行后续处理。
图像预处理的目的是消除图像中的噪声、增强图像的对比度、均衡化和去除背景等。
3.2 图像增强图像增强的目的是改善图像的质量，加强对图像细节的观察和分析。
常见的图像增强技术包括：直方图均衡化、灰度变换、滤波等。
数字图像处理基础2
数字图像处理基础2第二章数字图像处理基础2.1 图像数字化技术2.2 数字图像类型2.3 常用图像文件格式2.4 像素间的基本关系2.5 图像的几何变换2.1 图像数字化技术2.2 数字图像类型2.3 常用图像文件格式2.4 像素间的基本关系2.5 图像的几何变换简单的图像成像模型一幅图像可定义成一个二维函数f(x,y)。
由于幅值f 实质上反映了图像源的辐射能量，所以f(x,y)一定是非零且有限的，也即有：0<f(x,y)</f(x,y)图像是由于光照射在景物上，并经其反射或透射作用于人眼的结果。
所以，f(x,y)可由两个分量来表征：一是照射到观察景物的光的总量，二是景物反射或透射的光的总量。
设i(x,y)表示照射到观察景物表面(x,y)处的白光强度，r(x,y)表示观察景物表面(x,y)处的平均反射(或透射)系数，则有：f(x,y)=i(x,y)r(x,y)其中：0 < i(x,y) < A 1, 0 ≤r(x,y) ≤1对于消色光图像(有些文献称其为单色光图像)，f(x,y)表示图像在坐标点(x,y)的灰度值l ，且：l=f(x,y)这种只有灰度属性没有彩色属性的图像称为灰度图像。
显然：L min ≤l ≤L mxa区间[L min ，L max ]称为灰度的取值范围。
在实际中，一般取L min 的值为0，L max =L-1。
这样,灰度的取值范围就可表示成[0，L-1]。
当一幅图像的x 和y 坐标及幅值f 都为连续量时，称该图像为连续图像。
为了把连续图像转换成计算机可以接受的数字形式，必须先对连续的图像进行空间和幅值的离散化处理。
图像数字化：将模拟图像经过离散化之后，得到用数字表示的图像。
图像的数字化包括采样和量化两个过程。
连续图像空间离散数字图像幅度离散采样量化采样：是将在空间上连续的图像转换成离散的采样点（即像素）集的操作。
即：空间坐标的离散化。
量化：把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化。
数字图像技术基础
2.1 2.2 2.3 2.4122.5
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（3）单二值击图此形 处编辑母版标题样式
二值图形是黑白图像的一种特殊情况。每个 像素只有二个灰度值1或0，即每个像素仅用一位 二进制数表示即可。一切文字和工程线条图均可 经数字化后用二值图像的形式来表示，例如医学 心电图中的线条图形就是典型的二值图形。
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单击第此2章处编数辑字图母像版技标术题基样础 式
教学目标： 1. 了解对数字图像及处理技术与数字图像处理
系统基本概念及相关术语； 2. 熟悉图像分析、图像重建等数字图像处理技
术； 3. 掌握图像质量改善、图像数据压缩等数字图
像处理技术。
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4. 分辨率与颜色数
像素表达位数与对应的颜色数
分辨率表示图像垂直与水平 方向的像素点的数量。 颜色数是指一幅图像最多能 表达的颜色数目。
位数 1 2 4 8 12 16 24
颜色数 2 4 16 256
4096 65536 16777216
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2.1 2.2 2.3 2.4 82.5
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2单.1.击2 此数处字编图辑像母的版分标类题及样表式示
（3）彩色图像 彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色
构成的彩色图像。
255 240 240
0 160 80
0 80 160
R= 255 0 80 G= 255 160 160 B= 0 0 240
2.1 2.2 2.3 2.4 22.5
数字化摄影基础知识
系
大、缩小和剪裁；变化影像旳色彩、色调、亮度和对比度；
统
将影像重叠、衔接、柔化和重新聚焦，还能完毕闪光、透明、
叠字、变形、局部更换等特技效果。这些功能和效果，比老
式旳暗房技术要快捷和简便。
第
二
二、后期处理系统
节
数
字
数字化图像旳后期处理系统除了计算机以外，主要旳工具就是
化 摄
图像处理软件，此类软件诸多，例如Photoshop、PhotoPaint、
本
文件大小与图像辨别率旳平方成正比。假如图像尺寸不变，将图像辨别
概
念
率提升一倍，其文件大小增大四倍。大旳文件也需要耗用更多旳计算机
资源，更多旳内存，更大旳硬盘空间等等。能够根据图像最终旳用途决
定选择辨别率。
第
三
二、图像辨别率
节
数
字
化
一般，“辨别率”被表达成每一种方向上旳像素数量，例如
摄
影
640X480等。而在某些情况下，它也能够同步表达成“每英寸像素”
一
3、以便地进行后期处理和创作：
节
数
字
数字化照片以计算机文件旳方式储存，便于使用软
化 摄
件进行调整、修改、合成。还能够进行艺术创作。
影
旳
优
点
第
一
4、以便旳传递和保存
节
数
数字化照片能够以便地经过网络传播到世界各个地方，
字
化
同步，经过电子邮件还能够同步向多人传播。另外，数字
摄
化照片还能够刻到光盘上长久保存。
影
系
费用较低，适合于一般爱好者使用，目前旳彩色喷墨打印机有旳甚
统
至有智能化辨认、处理等功能。
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电压波动的影响，均匀度差。另外易受环境因素
（如温度、线圈绕组的位置或尺寸）的影响.
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单击此处编辑母版标题样式 （3）超导磁体
荷兰科学家昂尼斯（Kamerlingh Onnes） 在1911
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第6章
医学磁共振成像（MRI）设备与应用
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教学目标：
1. 熟悉MRI主要的部件以及其作用与功能 ；
2. 掌握MRI图像的特点与优缺点以及在全身各系统疾
优点是：造价低，场强可以达到0.3T，能产生优 质图像，需要功率极小，维护费用低，可装在一 个相对小的房间里。 缺点是：磁场强度较低，磁场的均匀度和强度欠 稳定，易受外界因素的影响（尤其是温度），不 能满足临床波谱研究的需要。
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6.1.1单击此处编辑母版标题样式 MRI影像设备发展概况
磁共振成像技术是在磁共振波谱学的基础上发展起来的。 磁共振成像自出现以来曾被称为：核磁共振成像、自旋体 层成像、核磁共振体层成像、核磁共振CT等 。 1945年由美国加州斯坦福大学的布洛克（Bloch）和麻省 哈佛大学的普塞尔（Purcell）教授同时发现了磁共振的物 理现象，即处在某一静磁场中的原子核受到相应频率的电
单击此处编辑母版标题样式
1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。
几十年期间，有关磁共振的研究曾在三个领域（物理、化学、生 理学或医学）内获得了六次诺贝尔奖。
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6.1.2 MRI影像设备功能
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单击此处编辑母版标题样式 （2）常导磁体
常导磁体是根据电流产生磁场的原理设计的。
当电流通过圆形线圈时，在导线的周围会产生磁场。 常导磁体的线圈是由高导电性的金属导线或薄片绕 制而成。它的结构主要由各种线圈组成。 优点是：造价较低，不用时可以停电，在0.2T以
下可以获得较好的临床图像。
年首先发现某些物质的电阻在超低温下急剧下降为 零的超导性质，电阻的突然消失意味着物质已转变 为某种新的状态，这些物质称为超导体。科学家昂 尼斯获得了1913年诺贝尔物理学奖。
优点是：场强高，稳定性和均匀度好，因此可开发
更多的临床应用功能。 缺点是：技术复杂和成本高。
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病检查和诊断中的应用价值与选择原则 ；
3. 了解主要的MRI新技术进展与应用 。
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单击此处编辑母版标题样式 本章目录：
6.1 MRI成像系统简介 6.2 MRI检查的临床应用
6.3 MRI成像检查的优缺点
6.4 MRI影像设备新技术进展
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6.1 MRI成像系统简介
6.1.1 MRI影像设备发展概况 6.1.2 MRI影像设备功能 6.1.3 MRI影像设备主要性是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件，是磁 共振系统中最强大的磁场，平时我们评论磁共振设备的大小就 是指静磁场的场强数值，单位用特斯拉（Tesla，简称T）或高 斯（Gauss）表示，1T=1万高斯。
单击此处编辑母版标题样式
临床上磁共振成像要求磁场强度在0.05～3T范围内。一般将 ≤0.3T称为低场，0.3T～1.0T称为中场，＞1.0T称为高场。磁 场强度越高，信噪比越高，图像质量越好。但磁场强度过高也 带来一些不利的因素。
杂志上发表了题为“核磁共振（NMR）信号可检测疾病”和 “癌组织中氢的T1时间延长”等论文， 1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。 1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。 1975年恩斯托（Ernst）研制出相位编码成像方法。 1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。
为了获得不同场强的磁体，生产厂商制造出了不同类型的磁 体，常见的磁体有永久磁体、常导磁体和超导磁体。
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单击此处编辑母版标题样式 （1）永久磁体
永久磁体是由永久磁铁（如铁氧体或铷铁）的磁 砖拼砌而成。它的结构主要有两种，即环型和轭 型。
磁波作用时，在它们的核能级之间发生共振跃迁现象。因 此两位教授共同获得1952年诺贝尔物理学奖。
磁共振的物理现象被发现以后，很快形成一门新兴的医学
影像学科—磁共振波谱学 。
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1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》
现代磁共振成像系统大体结构都很相似，基本上由四个系统组成：即磁 体系统、梯度磁场系统、射频系统和计算机系统。
磁体 梯度线圈
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梯度 驱动
梯度 控制
射频 线圈
发射 通道
接受 通道
脉冲程序
显示器
计算机
存储器
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