《第2章-数字图像的基本知识课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章-数字图像的基本知识课件.ppt（20页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、2.1 彩色计色体系,2.1.1 像素 将一幅摸拟图象划分为很多逐行逐列排列的点，每一点称为一个像素。像素是组成图像的最小单位。对于一幅彩色图象，每个像素需要用3个量来描述。,（1）用 RGB 三基色描述像素,R 红色分量，G 绿色分量，B 蓝色分量,R、G、B按不同的比例混合，可得到不同的颜色。,例：24位真彩色图像，每个分量用一个字节表示，值范围为0255。能表达的颜色数目为 2563=16777216 种，足以描述自然界中的绝大部分颜色。目前，.BMP文件大部分都是这种格式。,2.1.2 计色体系,（2）用 YUV 分量描述像素,Y 亮度分量，U 蓝差分量，V 红差分量已知RGB，可求出
2、YUV：,Y=0.30R+0.59G+0.11BU=BY=0.30R 0.59G+0.89BV=RY=0.7R 0.59G 0.11B,矩阵形式：,亮度分量代表像素的明暗程度，对于图像的清晰度起决定性作用。由于U、V分量是三基色分量中扣除色度信号的结果，因此不包括 亮度成分。U、V分量代表像素的颜色，根据“大面积着色原理”，对图像的清 晰度影响不大。,（3）用 YSC 分量描述像素,Y 亮度分量，S 色饱和度分量，C 色调分量已知YUV，可求出YSC：,色饱和度 S 代表颜色的深浅，色调 C 代表颜色的种类。S和C统称为色度。,U,V,C,S,0,建立直角坐标系U-V，则:S为色度的大小，C为
3、色度的辐角,例：纯红色像素，三基色值为 R=255，G=0，B=0。分别用YUV和YSC 计色制表示该像素。Y=0.3255+0.590+0.110=76.5 77 U=BY=0 77=77 V=RY=255 77=178 S=(-77)2+(178)2 0.5=193.9 C=arctg(178/77)=arctg(2.31)=113,U,V,C=113,S=193.9,0,77,178,8 种标准颜色的 YSC 值如下表：,U,V,红113,将标准颜色画在U-V坐标系中，称为彩色矢量图。,青293,品45,绿225,蓝354,黄173,例：有一像素，三基色值为 R=100，G=50，B=2
4、00。试判断该像素的颜色。Y=0.3100+0.5950+0.11200=81.5（较暗）U=BY=50 81.5=31.5 V=RY=100 81.5=19.5 S=(31.5)2+(19.5)2 0.5=37(颜色深浅中等）C=arctg(19.5/31.5)=arctg(0.62)=32（紫偏蓝）,若知一个像素的三基色值，由彩色矢量图，很容易判断该像素的颜色。,R=100，G=50，B=200,U,V,红113,青293,品45,绿225,蓝354,黄173,2.2 位图图像的组成,位图（BITMAP）：由逐行逐列的像素排列构成的图像。各像素的存储顺序与像素在图像中的坐标位置成一定的影射
5、关系。没有经过数据压缩，图像质量高。但数据量大。显示时不存在解压缩过程，显示速度快。,图像文件：图像文件的格式主要有：位图文件.BMP。Windows系统定义的一种图像文件，直接记录 三基色，未压缩，图像质量高。.JPG文件。采用专门方法进行压缩，压缩是有损的，图像质量有 一定的损失。允许损失越大，能获得的压缩比越高。其他格式。如.GIF、.TIFF等。本节将重点介绍.BMP文件的结构。,2.2.1 基本概念,BMP文件由4部分组成：文件头、信息头、彩色表（调色板）、位图点阵,2.2.2 BMP文件的结构,（1）文件头，共14字节。在VC中用一个结构类型描述：tydef sturct WORD
6、 bfType;/.BMP文件的标志,必须为“BM”的ASC码 DWORD bfSize;/.BMP文件的大小（以字节为单位）WORD bfReserved1;/保留，必须为0X0000 WORD bfReserved2;/保留，必须为0X0000 DWORD bfOffBits;/从文件开头到位图数据开始的字节数 BITMAPFILEHEADER;,（2）信息头，共40个字节。在VC中用一个结构类型描述：tydef sturct DWORD biSize；/本信息头占用的字节数:0 x28 LONG biWidth；/图像的宽度（以像素点为单位）LONG biHeight；/图像的高度（以像
7、素点为单位）WORD biPlanes；/彩色表。24位.BMP文件为0 x1，无彩色表 WORD biBitCount；/一个像素点数据的位数 DWORD biCompression；/压缩方式，0 x0为未压缩 DWORD biSizeImage；/图象尺度 LONG biXPelsPerMeter；/水平分辨率 LONG biYPelsPerMeter；/垂直分辨率 DWORD biClrUsed；/使用的颜色数 DWORD biClrImportant;/重要颜色数 BITMAPINFOHEADER；,（3）彩色表 对于24位BMP图像，每像素的三基色分别用3个字节记录，不需要彩色表。
8、对于256色BMP图像，每像素用一个字节记录，该字节表示颜色的编号。什么编号代表什么颜色，由彩色表决定。通过像素编号查找彩色表，从而获得该像素的RG B值。,0号颜色,1号颜色,255号颜色,（4）位图点阵 24位BMP图像，逐行逐列记录各像素的三基色值：每像素点占用3个BYTE，分别为B，G，R。则一行像素至少要占用3n个字节。位图电阵用一维数组存放，顺序为：（1）从最下面的一行开始，逐行存放，直到第0行；（2）当一行占用的字节数不是4的整数倍时，应补充13个无效字节，使一行占用的字节数能被4整除。所补充的无效字节可为任意值，不会影响图像内容。例：设图像为638480（宽高），则每行占用的有
9、效字节数为6383=1914。但1914不能被4整除，应补充两个无效字节，即每行占用的字节数为1916。则：第i行、第j 列像素的蓝色分量在一维数组中的下标为:(480-1-i)1916+j3 第i行、第j 列像素的绿色分量在一维数组中的下标为:(480-1-i)1916+j3+1,2.3 VC+下位图文件数据的读取与显示,BITMAPFILEHEADER FileHead;/存放文件头BITMAPINFOHEADER InfoHead;/存放信息头LPBYTE lpImage;/存放位图点阵，显示时需要/存放像素的三基色值，480列，640行struct BYTE B;/红色分量 BYTE
10、G;/蓝色分量 BYTE R;/绿色分量 C3480640;/存放像素的YSC值，480列，640行struct BYTE Y;/亮度 BYTE S;/色饱和度 BYTE C;/色调 YSC480640;,（1）定义全局变量。一般在类的头文件中定义,（2）打开BMP文件，读取像素。关键代码如下:,CFile f;BOOL OK=f.Open(PathName,/PathName=BMP文件名 CFile:modeRead|CFile:typeBinary|CFile:shareExclusive,NULL);if(!OK)return;/如果打开失败f.Read(/关闭文件,（3）显示图像。调
11、用下面的程序断可显示位图:,CClientDC dc(this);/建立客户区绘图对象dc.SetStretchBltMode(COLORONCOLOR);/按可延伸的彩色影射模式绘图:StretchDIBits(dc.GetSafeHdc(),/得到绘图对象的句柄 0,0,640,480,/客户区中的矩形（左上角坐标，右下角坐标）0,0,InfoHead.biWidth,InfoHead.biHeight,/源图像中的矩形 lpImage,/存放位图点阵的内存区(LPBITMAPINFO),（3）从位图点阵中提取各像素的RGB分量,存放到C3数组中,进而计算YSC分量:,double u,v
12、,c;for(y=InfoHead.biHeight-1;y=0;y-)/逐行转换 memcpy(C3y,lpImage+(InfoHead.biHeight-1-y)*z*3,z*3);/存储到C3数组 for(x=0;xInfoHead.biWidth;x+)YSCyx.Y=C3yx.R*0.3+C3yx.G*0.59+C3yx.B*0.11;/计算灰度 u=(C3yx.B-YSCyx.Y)/(double)YSCyx.Y;/计算归一化蓝差分量 v=(C3yx.R-YSCyx.Y)/(double)YSCyx.Y;/计算归一化红差分量 c=atan2(v,u)*180/3.14;/计算色调
13、，弧度转换为度 if(c0)c=c+360.0;/将角度由180180转换为0360 c=c*255.0/360.0;/将角度由036 0转换为0255，使能用字节变量存储 YSCyx.C=(BYTE)c;/存储到YSC数组 YSCyx.S=(BYTE)(sqrt(u*u+v*v)*100);/将色饱和度由01转换为0100,2.4 灰度直方图,灰度直方图是一种表达图像的灰度分布概率的图示方法，它描述了各种灰度值在图像中所占的比例。,设图像有总共 n 个像素点，灰度值为 i 的像素点有 ni 个。则灰度值为 i 的像素点在图像中出现的概率（频度）p(i)为：p(i)=ni/n i=0,1,L1
14、L为灰度级。对于24位位图，L=256。,以灰度 i 为横坐标，p(i)为纵坐标，绘制 p(i)曲线，就得到灰度直方图,2.4.1 概念,2.4.2 灰度直方图的性质,（1）不含像素点的位置信息。（2）一幅图像的直方图是唯一的，反之不成立。（3）叠加性。把一幅图像分成多个区域，则全图像的直方图为各区域直方 图的叠加。,区域1的直方图,区域2的直方图,全图象的直方图,2.4.2 灰度直方图的应用,（1）判断图像的整体灰度分布情况,像素大部分集中在低灰度值端，整幅图像较暗，几乎没有很亮的区域。,像素的灰度值分布较均匀，整幅图像层次分明，视觉效果较好。,（2）确定图像的分割阈值,在原图像上选定一个区域,求此区域中图像的直方图。直方图呈双峰，左峰由牌照的底色形成，右峰由字符色形成。用谷点作分割阈值能有效地将底色与字符分开。,用220 作阈值进行分割，灰度值220的显示为白色，灰度值=220的显示为黑色。,（3）估计图像中含有的信息量（熵）,熵是信息论中度量信息的紊乱程度的量。在图像分析中，熵表示图像中的像素灰度值的不一致程度。熵的定义：,上式中，H为熵，p(i),i=0,1,L-1 为直方图，L为灰度级。,H=3.03,H=6.04,
