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光电图像处理 ----图像处理基础知识 张昊 zhangh@ 主要内容 图像的数学表征 图像的数字化 图像的确定性表征 图像处理工具 彩色图像与颜色空间 图像的数学表征 确定性方法 物体辐射能量的空间分布 空间，时间，波长的函数 固定波段 空间图像 统计性方法 把一幅图像的每个像素的灰度值看做是一个随机变量的样本，那么我们就可以用概率论的统计模型来表征图像 图像的数学表征 地球资源卫星图 LANDSAT第五波段，500~600nm 图像的数字化 连续图像与离散图像 许多传感器的输出时连续电压波形，波形的幅度和时空特性与物理现象有关。我们可以把这样的信号视为连续图像 为使计算机能够处理图像，需要把连续的电压转换成离散的数字图像形式 包括两种处理：采样和量化。 图像的采样和量化 采样（抽样、取样） 对连续图像场在空间上离散化 在x和y方向上，将空间坐标以等间隔和离散化。这样，在x方向得到N个点，在y方向得到M个点，一幅连续图像场就被离散化为M行N列 每个点称为图像的一个像素 采样频率越高，或者说像素数越高，越能反应原图像的细节 采样定理 在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10 倍 图像的采样和量化 图像的采样和量化 量化 把幅值量化成若干个离散的灰度级。 量化的级别越多，越能反应出图像层次细节 灰度级数G=2g, g是表示像素灰度值所需的比特数 常用的灰度级别是256级 0表示黑色 255表示白色 图像的采样和量化 黑白图像 二值图像 非0即1 灰度图像 图像的采样和量化 图像的采样和量化 采样和量化的结果是一个整数矩阵。每一个矩阵元素对应着图像的一个像素，像素数对应着图像的分辨率。我们常说的图像分辨率其实就对应着采样频率。矩阵元素的值对应着像素的灰度值，一幅数字图像就是由若干具有一定灰度值的像素构成的。 图像的采样和量化 图像坐标系 以图像的左上角为坐标原点 x轴正方向沿水平方向向右，Y轴正方向向下 图像的矩阵和向量表示 矩阵表示 向量表示 矢量图像 图像处理工具 Matlab C/C++ OpenCV / CImg, imagemagick, ITK… Java ImageJ 嵌入式图像处理系统算法开发过程 Photoshop, gimp 图像处理工具 使用Matlab处理图像 读入多种格式图像 imread 读取/修改某一像素灰度值 读取/修改某一区域像素灰度值 显示一幅图像 保存图像 使用Matlab帮助系统 课后练习 彩色图像与颜色空间 RGB三原色 彩色图像与颜色空间 HSI Hue, 色度，不包括亮度在内的颜色性质 Saturation, 饱和度，颜色的鲜艳程度 Idensity, 亮度，颜色的相对明暗程度 RGB-HSI变换公式 彩色图像与颜色空间 HSI 彩色图像与颜色空间 YUV Y，亮度信号 U,V，两个色差信号 RGB-YUV变换公式 ITU-R BT.709 - for HD resolutions 作业 使用Matlab读取一幅彩色图像，根据矩阵变换公式，实现RGB到YUV颜色空间变换 * * 京津及渤海湾 莱州湾 Matlab算法设计仿真 C/C++实现 移植到嵌入式系统