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1、沈阳工业大学沈阳工业大学图像处理邵 虹2009年8月第二章第二章 图像技术基础图像技术基础v主题1:黑白图像描述方法v主题2:灰度图像描述方法v主题3:彩色图像描述方法v主题4:图像的矩阵表示方法v主题5:像素的邻域及连通性v主题6:像素间的距离计算方法v主题7:调色板v主题8:BMP文件格式主题主题1：黑白图像描述方法：黑白图像描述方法v只有黑白两种颜色的图象，图象的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡。v像素值只能为0和1，每个像素值用1bit存储。v例一幅640*480像素的黑白图像，占据640*480*1bit=37.5KB存储空间主题主题2：灰度图像描述方法：灰度图像描述方法v指每
2、个像素的信息由一个量化的灰度级来描述，只有亮度信息，没有颜色信息。v人眼对灰度的分辨能力一般不超过26 级，所以一个像素用一个字节表示其灰度值就足够了，灰度级为256级，每个像素是0-255之间的任何一个值。v例：一幅分辨率为640*480像素、灰度级为256级的灰度图象所需空间300KB。主题主题3：彩色图像描述方法：彩色图像描述方法 彩色图像的表示与所采用的彩色空间，即彩色的表示模型有关。同一幅彩色图像如果采用不同的彩色空间表示，对其描述会有不同。人人 ：通过色调、饱和度和亮度来定义颜色；显示设备显示设备：用红、绿和蓝磷光体的发光量来描述颜色；打印或者印刷设备打印或者印刷设备：用青色、品红
3、色、黄色和黑色的反射和吸收来产生指定的颜色。红色红色+绿色绿色=黄色黄色红色红色+蓝色蓝色=品红品红绿色绿色+蓝色蓝色=青色青色红色红色+绿色绿色+蓝色蓝色=白色白色R-Red，红，红B-Blue，蓝，蓝G-Green，绿，绿C-Cyan，青，青M-Magenta，品红，品红Y-Yellow，黄，黄主题主题3：彩色图像描述方法：彩色图像描述方法-RGB颜色空间颜色空间主题主题3：彩色图像描述方法：彩色图像描述方法-HSV空间空间v色调色调(hue)，又称为色相，指颜色的外观，由光谱中的波长决定，用于区别颜色的名称或颜色的种类。圆周表示色调 v饱和度饱和度(saturation)是颜色的纯洁性，
4、可用来区别颜色的深浅。v纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入，饱和度逐渐减少，颜色变淡。主题主题3：彩色图像描述方法：彩色图像描述方法-HSV空间空间半径大小表示饱和度的深浅v明度明度/亮度亮度(V)：颜色的光强度，表示颜色的明亮程度。主题主题3：彩色图像描述方法：彩色图像描述方法-HSV空间空间 垂直轴表示明度 或亮度主题主题4：图像的矩阵表示方法：图像的矩阵表示方法像素M个像素N个像素编程读取一幅图像的数据练习题练习题在串行通信中，常用波特率描述传输的速率，它被定义为每秒传输的数据比特数。串行通信中，数据传输的单位是帧，也称字符。假如一帧数据由一个起始比特位、8个信息比特位和一个结束比特位
5、构成，请问：(1)如果要利用一个波特率为56kbps的信道来传输一幅大小为10241024、256级灰度的数字图像需要多长时间？(2)如果是用波特率为750kbps的信道来传输上述图像，所需时间又是多少？(3)如果要传输的图像是512512的真彩色图像(颜色数目是32bit)，则分别在上面两种信道下传输，各需要多长时间？练习题答案练习题答案v(1)102410248b8(1+8+1)56kbv(2)102410248b8(1+8+1)750kbv(3)51251232b8(1+8+1)56kbv(4)51251232b8(1+8+1)750kb主题主题5：图像的邻域及连通性：图像的邻域及连通性
6、Prrrr4-邻域8-邻域Pssssssss(m,n)(m+1,n)(m-1,n)(m,n+1)(m,n-1)(m,n)(m+1,n)(m-1,n)(m,n+1)(m,n-1)(m-1,n-1)(m+1,n-1)(m-1,n+1)(m+1,n+1)主题主题5：图像的邻域及连通性：图像的邻域及连通性-像素的连通性像素的连通性v连通条件：（1）两个像素的位置在某种意义上是否相邻（2）两个像素的灰度值是否满足某种特定的相似准则pqPq8-连通连通：对于具有值V的像素p和q，如果q在集合N8（p）中，则称这两个像素是8-连通的4-连通连通：对于具有值V的像素p和q，如果q在集合N4（p）中，则称这两个
7、像素是4-连通的00000000011100010001001000100100010001110000000004连通4个4连通线段间不连通00000000011100010001001000100100010001110000000008连通一个8连通构成的闭合环主题主题5：图像的邻域及连通性：图像的邻域及连通性-像素的连通性像素的连通性主题主题6：像素间的距离计算方法像素间的距离计算方法 给定3个像素p,q,r，坐标分别为(x,y),(s,t),(u,v)，D是距离函数，如果满足下列条件：（1）D(p,q)0(D(p,q)=0当且仅当p=q),两点间的距 离大于等于0；（2）D(p,q)
8、=D(q,p)，距离与方向无关。（3）D(p,r)D(p,q)+D(q,r)，两点之间的直线距离最短。主题主题6：像素间的距离计算方法：像素间的距离计算方法 模1(街区)距离：模2(欧几里德)距离：模(棋盘)距离：例：与(x,y)的距离小于或等于3的像素：3 3 2 3 3 2 1 2 33 2 1 0 1 2 3 3 2 1 2 3 3 2 3 3 3 2.8 2.2 2 2.2 2.8 2.2 1.4 1 1.4 2.23 2 1 0 1 2 3 2.2 1.4 1 1.4 2.2 2.8 2.2 2 2.2 2.8 33 3 3 3 3 3 33 2 2 2 2 2 33 2 1 1 1
9、 2 33 2 1 0 1 2 33 2 1 1 1 2 33 2 2 2 2 2 33 3 3 3 3 3 3主题主题6：像素间的距离计算方法：像素间的距离计算方法-练习题练习题v请给出距中心点的距离不大于4的三种距离对比图主题主题7：调色板：调色板问题1:200200 16色图像，存储空间？RGB：2002003B=120000B 调色板：16行，索引4bit 2002000.5B+163B=20048B 问题2:200200真彩色图像，存储空间？RGB：2002003B 调色板：行，索引24bit 2002003B+2562562563B调色板每个象素用索引值表示主题主题8：BMP文件格
10、式文件格式颜色表结构名称结构名称说明说明位图文件头位图信息头位图文件组成位图文件组成位图数据BITMAPFILEHEADERBITMAPINFOHEADERRGBQUADBYTE数据结构长度为14B，主要表示位图的类型和位图数据偏移结构长度40B，包含位图文件的大小、压缩类型和颜色格式等信息表项数由位图信息头的相应字段决定，每个表项是一个RGBQUAD结构，占4B可能是压缩或非压缩数据主题主题8：BMP文件格式文件格式-位图文件头位图文件头Int bfTypeLong bfSizeInt fReserved1Int fReserved2Long fOffbitsbfType：指定文件类型，必须
11、是0 x424D，即字符串“BM”bfSize：指定文件大小，以字节为单位，包括这14个字节bfReserved1和和bfReserved2：保留字，必须置为bfOffbits：从文件头到实际位图数据的偏移字节数，即位图文件头、信息头、颜色表长度之和字节字节字节字节字节主题主题8：BMP文件格式文件格式-位图信息头位图信息头字节偏移字节偏移字节数字节数字段名称字段名称类型类型字段含义的说明字段含义的说明000Eh4biSizeDWORDBITMAPINFOHEADER结构长度，为400012h4biWidthLONG图像宽度0016h4biHeightLONG图像高度001Ah2biplane
12、sWORD位平面数，为1001Ch2biBitCountWORD每个像素所占的位数001Eh4biCompressionDWORD压缩方法0022h4biSizeImageDWORD图像大小，以字节为单位0026h4biXPelsPerMeterLONG目标设备的水平分辨率，单位是每米像素个数002Ah4biYPelsPerMeterLONG目标设备的垂直分辨率，单位是每米像素个数002Eh4biClrUsedDWORD实际用到的颜色数0032h4biClrImportantDWORD主要颜色数主题主题8：BMP文件格式文件格式-biBitCount 每个象素所占位数每个象素所占位数取值颜色数
13、量说明biBitCount=1二值图像biBitCount=4调色板biBitCount=8调色板biBitCount=1616位高彩色biBitCount=24真彩色，RGBbiBitCount=3232位增强型彩色vbiBitCount=16：表示位图最多有65536种颜色。每个色素用16位（2个字节）表示。这种格式叫作高彩色，或叫增强型16位色，或64K色。它的情况比较复杂，根据位图信息头biCompression（压缩方法）取值不同而相异。具体地，当biCompression 取值为BI_RGB时，没有调色板，16位中，最低的5位表示蓝色分量，中间的5位表示绿色分量，高的5位表示红色分
14、量，一共占用了15位，最高的一位保留，设为0。这种格式也被称作555 16位位图，也是默认格式。vbiBitCount=32 表示位图最多有232种颜色。这种位图的结构与16位位图结构非常类似，当biCompression成员的值是BI_RGB时，它也没有调色板，32位中有24位用于存放RGB值，顺序是：最高位保留，红8位、绿8位、蓝8位。这种格式也被成为888 32位图。主题主题8：BMP文件格式文件格式-biBitCount 每个象素所占位数每个象素所占位数主题主题8：BMP文件格式文件格式-biCompression 压缩方法压缩方法取值取值表示表示意义意义适应图像适应图像0BI_RGB
15、没有压缩1位、4位、8位、16位、24位、32位1BI_RLE8每个象素8比特的游程长度编码8位2BI_RLE4每个象素4比特的游程长度编码4位3BI_BITFIELDS位域存放方式16位、32位主题主题8：BMP文件格式文件格式-biCompression 压缩方法压缩方法-RLE8第一字第一字节节第二字节第二字节使用相同颜色的像素数目使用的颜色索引00行的结束1整个图像的结束2其后的2个字节表示下一象素从当前开始的水平和垂直位置的偏移量3(n)表示接下的n个字节单独表示一种颜色解码前解码前解码后解码后02 0505 0503 0808 08 0800 00行结束00 02 02 01表示右
16、移2个位置后向下移一行00 04 1F25 3B 561F25 3B 5600 01图像结束第一字第一字节节第二字节第二字节象素数目高4位表示一种颜色低4位表示一种颜色00行的结束1整个图像的结束2其后的2个字节表示下一象素从当前开始的水平和垂直位置的偏移量3(n)表示接下的2n个半字节单独表示一种颜色解码前解码前解码后解码后03 262 6 202 565 600 00行结束00 02 05 02表示右移5个位置后向下移2行00 04 23 6C2 3 6 C00 01图像结束主题主题8：BMP文件格式文件格式-biCompression 压缩方法压缩方法-RLE4主题主题8：BMP文件格式
17、文件格式-biSizeImage 实际位图数据占用字节数实际位图数据占用字节数大于或等于的离4最近的整倍数主题主题8：BMP文件格式文件格式-biXPelsPerMeter biYPelsPerMeter 目标设备水平垂直分辨率目标设备水平垂直分辨率v取值为0 没有建议实际的大小v含义：目标设备的分辨率需要达到在1米的长度上能显示多少个点，用这样的设备显示此位图看起来才合适主题主题8：BMP文件格式文件格式-biClrUsed 实际用到的颜色数实际用到的颜色数取值取值含义含义=0颜色表的表项数由biBitCount字段决定 0颜色表的表项数由biClrUsed字段决定主题主题8：BMP文件格式
18、文件格式-biClrImportant 主要颜色数主要颜色数取值取值含义含义=0所有颜色都重要 0有多少种颜色是重要的主题主题8：BMP文件格式文件格式-颜色表颜色表BYTE rgbBlueBYTE rgbGreenBYTE rgbRedBYTE rgbReservedRGBQUAD结构蓝色亮度绿色亮度红色亮度保留字，必须为主题主题8：BMP文件格式文件格式-位图数据位图数据倒向DIB：原点在左下角，biHeight为正值正向DIB：原点在左上角，biHeight为负值主题主题8：BMP文件格式文件格式-位图数据位图数据255 254 255 254 255255 254 255 254 255255 254 255 254 255主题主题8：BMP文件格式文件格式-位图数据位图数据主题主题8：BMP文件格式文件格式-位图数据位图数据作作 业业v用C或其他编程语言实现BMP文件的显示v下节上课随机抽查作业，进行程序演示和讲解