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1、2.1 2.1 图像的采样和量化图像的采样和量化图像数字化：指将模拟图像经过离散化之后，得到用数字表示的图像。模拟图像数字图像离散化第1页/共69页模拟图像：照片、电视、录象、电影。数学表达式：二维分布函数，t表示时间变量。第2页/共69页数字图像：用矩阵来描述的。第3页/共69页第4页/共69页第一步：空间采样 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。由于图像是二维分布的信息，所以采样是在x轴和y轴两个方向上进行。数字化过程第5页/共69页o图像采样n采样处理：将xy平面分配到一个网格上。xy平面(a,b)第6页/共69页第7页/共69页与采样相关的概念(分辨率)分辨率分辨
2、率 传感器摄像的精确度。通常指要精确测量和再现一定尺寸的图像所必需的像素个数。单位：像素*像素第8页/共69页分辨率320 x240第9页/共69页分辨率160 x120第10页/共69页分辨率80 x60第11页/共69页第12页/共69页图象尺寸：127*176分辨率：(a)127*176 (b)63*88 (c)31*44 (d)15*22 第13页/共69页256256646432321616第14页/共69页第二步：量化 将各像素的明暗信息离散化，用数字表示像素点信息称为图像的量化。量化值一般用整数来表示。考虑人眼的识别能力，目前非特殊用途的图像均为8bit量化，即用0255描述“黑
3、白”。第15页/共69页图图2-3 2-3 量化示意图量化示意图（a a）量化；量化；(b)(b)量化为量化为8 bit8 bit第16页/共69页图像的量化与数字图象的质量256256灰度级灰度级6464灰度级灰度级1616灰度级灰度级128128灰度级灰度级第17页/共69页对于彩色图像，是按照颜色成分红（R）、绿（G）、蓝（B）分别采样和量化的。若各种颜色成分均按8 bit量化，即每 种 颜 色 量 级 别 是 256,则 可 以 处 理256256256=16 777 216种颜色。第18页/共69页2.2 图像的灰度直方图图像的灰度直方图2.2.1 定义2.2.2 性质2.2.3 用
4、途第19页/共69页2.2.1 2.2.1 图像灰度直方图的定义图像灰度直方图的定义 灰度直方图是灰度级的函数，描述的是图像中该灰度级的像素个数。即：横坐标表示灰度级，纵坐标表示图像中该灰度级出现的个数。第20页/共69页1234565456214123 4 56643 2 21166 4 66345 6 66146 6 23136 4 66灰度直方图第21页/共69页 灰度直方图另一种定义方式灰度直方图另一种定义方式在下页图示中，有一条灰度级为D1的轮廓线，在更高的灰度级D2处还画有第二条轮廓线。A1表示第一条轮廓线所包围区域的面积，同样，A2表示第二条轮廓线所包围的区域的面积。第22页/共
5、69页第23页/共69页在一幅连续图像中，将具有灰度级D的所有轮廓线所包围的面积，称为灰度级D的阈值面积函数，用A(D)表示，则直方图可定义为：第24页/共69页对于离散函数，固定D为1，则上述定义变为：H(D)=A(D)-A(D+1)H(D)=A(D)-A(D+1)第25页/共69页设r代表图像中像素灰度级，作归一化处理后，r将被限定在0,1之内。在灰度级中，r=0代表黑，r=1代表白。对于一幅给定的图像来说，每一个像素取得0,1区间内的灰度级是随机的，即r是随机变量。假定对每一瞬间，它们是连续的随机变量，则可以用概率密度函数pr(r)来表示原始图像的灰度分布。第26页/共69页 若横轴代表
6、灰度级r，纵轴代表灰度级的概率密度函数pr(r)，这样就可以针对一幅图像在该坐标系中作出一条曲线。这条曲线在概率论中就是概率密度曲线，如图所示。第27页/共69页图像灰度分布概率密度函数第28页/共69页o直方图表明每一个灰度有多少个象素第29页/共69页第30页/共69页2.2.2 图像灰度直方图的性质图像灰度直方图的性质 直方图是一幅图像中各像素灰度值出现次数（或频数）的统计结果，它只反映该图像中不同灰度值出现的次数（或频数），而未反映某一灰度值像素所在位置。也就是说，它只包含了该图像中某一灰度值的像素出现的概率，而丢失了其所在位置的信息。第31页/共69页 任一幅图像，都能唯一地确定出一
7、幅与它对应的直方图，但不同的图像，可能有相同的直方图。也就是说，图像与直方图之间是多对一的映射关系。如图就是一个不同图像具有相同直方图的例子。第32页/共69页空间信息丢失第33页/共69页 图像与直方图间的多对一关系图像与直方图间的多对一关系 第34页/共69页2.2.3 2.2.3 图像灰度直方图的用途图像灰度直方图的用途 用于判断图像量化是否恰当?直方图给出了一个简单可见的指示，用来判断一幅图象是否合理的利用了全部被允许的灰度级范围。一般一幅图应该利用全部或几乎全部可能的灰度级，否则等于增加了量化间隔。丢失的信息将不能恢复。第35页/共69页l观察直方图可以看出不合适的数字化第36页/共
8、69页较暗图象的直方图 P(r k)r k第37页/共69页较亮图象的直方图 P(r k)r k第38页/共69页对比度较低图象的直方图 P(r k)r k第39页/共69页对比度较高图象的直方图 P(r k)r k第40页/共69页 边界阈值选取 假设某图象的灰度直方图具有二峰性，则表明这个图象的较亮的区域和较暗的区域可以较好地分离，取这一点为阈值点，可以得到好的二值处理的效果。第41页/共69页选取146为阈值的二值化第42页/共69页灰度图具有二峰性第43页/共69页具有二峰性的灰度图的2值化第44页/共69页灰度分布效果比较示意图第45页/共69页2.3 2.3 图像的文件格式图像的文
9、件格式数字图像通常有两种表示形式:位图矢量图第46页/共69页位图和矢量图的比较位图和矢量图的比较(1)(1)1、点位图由像素构成，矢量图由对象构成 点位图的基本构图单位是像素，像素包含了色彩信息。包含不同色彩信息的像素的矩阵组合构成了千变万化的图像。第47页/共69页 矢量图形指由代数方程定义的线条或曲线构成的图形。如:表示一个圆形，矢量图像保存了一个画圆的命令、圆心的坐标、半径的长度等等。欲显示该圆，矢量绘图软件则根据圆的坐标、半径等信息，经过方程式计算，将圆“画”在屏幕上。矢量图像由许多矢量图形元素构成，这些图形元素称为“对象”。第48页/共69页2、点位图面向像素像素绘画，矢量图面向对
10、象“构画”两种图像的构成方式不同，其绘画方式也存在差别。点位图是通过改变像素的色彩实现绘画和画面的修改。点位图软件提供了模拟手绘习惯的工具实现绘画。这些手绘工具在图像上移动，即可改变相应位置上像素的色彩。位图和矢量图的比较（位图和矢量图的比较（2 2）第49页/共69页 矢量图操纵的是基本的图形（对象），以Corel Draw为例,如图所示,选择贝赛尔曲线工具，用鼠标在页面上定出一些节点，节点之间有线段，构成一个封闭图形。用修改工具把这个图形调整圆滑。然后选择色彩，该图形即可填充上工整的色彩。这个新产生的图形在矢量图像中，就是一个基本的矢量图形对象。第50页/共69页3、点位图受到像素和分辨率
11、的制约，而矢量图形不存在这些制约 点位图是由像素阵列构成的图像，像素的多少和分辨率决定图像的质量。在用点绘图软件开始一幅新作品时，首先应确定图像的长宽大小和分辨率，一旦确定下来，以后要改变分辨率，就会影响图像的质量。另外点位图的缩放也会影响图像的质量。位图和矢量图的比较（位图和矢量图的比较（3 3）第51页/共69页第52页/共69页 矢量图形和设备无关，即和分辨率无关。因为矢量图由数学公式和一些参数决定。图形的放大缩小以及分辨率的改变，仅仅是参数的相对变化，重新计算后再显示出来，依然保持精细的图像质量。当然，这些内部计算，用户是看不出来的，用户也不用理会。如图，一幅矢量图形无论怎样放大，边线
12、依然平滑。而在绘画过程中，则可以任意放大若干倍（甚至上万倍），精确细致地描绘任意细节。如图第53页/共69页第54页/共69页第55页/共69页4、点位图修改麻烦，矢量图形修改随心所欲 点位图的编辑受到限制。点位图是像素的排列，局部移动或改变会影响到其他部分的像素(包括前面讲的对图像进行放大)。虽然矢量图形的作画方式特别（如前述例子），但是在修改方面却是比点位图更胜一筹。在矢量图形中，一个图形对象的改变，不会影响其他图形对象。位图和矢量图的比较（位图和矢量图的比较（4 4）第56页/共69页 图1是一幅点位图漫画，这位女孩的腰部画得太粗了，要修改苗条。在Painter中，可以选择一种笔工具，再
13、选择和背景相同的颜色。把腰部多余的部分涂掉，如图2.然后再选择黑色，用钢笔工具把边线补上,如图3;如用鼠标，很难把握精度，修改起来更麻烦。如果一次修改不满意，还要重复上面的步骤继续修改。第57页/共69页 基本相同的一幅Corel Draw矢量图漫画。同样是要修改女孩的腰部。很简单，选择修改工具，如图2拖拉一下腰部曲线的节点就可以把腰部调细了，如图3.不满意，再调整一下即可(这种调整修改不会影响到其他图形对象，可以随意修改).第58页/共69页5、点位图难以重复使用，矢量图形可以随意重复使用 在漫画创作中，尤其在漫画故事创作中，若能重复使用一些图像元素，可以大大提高创作效率。而点位图的重复使用
14、相对比较困难。因为图像元素的重复使用必然涉及图像元素的放大缩小和修改，这些正是点位图的弱点。位图和矢量图的比较（位图和矢量图的比较（5 5）第59页/共69页 相反，矢量图形是以图形对象为基础，图形对象相对独立，而且放大缩小和修改都方便，可以十分随意地重复使用。例如，可以把人物的头部作为一个图形对象。只需要套上不同的身躯，就可以作出不同衣着和动态的形象了。第60页/共69页6、点位图效果丰富，矢量图形效果单调机械 点位图可以表现任何复杂形象，这是矢量图形的弱点。像云雾、自然界的树林花丛、山脉等，矢量图形很难生动表现。利用Painter等点位图软件，却可以很轻易地制作出来。位图和矢量图的比较（位
15、图和矢量图的比较（6 6）第61页/共69页 在漫画中，经常要绘画渲染气氛的背景。矢量图形只能勉强表现较机械的放射线等。若利用Painter等点位图软件,绘画者可以根据自己的创意，创作千变万化的背景效果。第62页/共69页矢量图矢量图点位图点位图第63页/共69页位图和矢量图相结合位图和矢量图相结合 1、矢量图输出成为点位图，用点位图软件进行修饰。可利用矢量图形绘画主要形象的轮廓，然后输出成为一幅点位图，然后利用Painter等等软件，上色修饰。一方面可以利用矢量图形容易编辑修改的优点，把形象绘画得细致完美，另一方面利用Painter可以把画面变得富有自然风格。如图是一幅矢量图和点位图结合的作
16、品。第64页/共69页第65页/共69页 2、在矢量图中插入点位图，点位图作为矢量图形的一个图形对象。这中方法可以用Painter等等点位图工具制作漫画的气氛背景，然后再插入矢量图像中。第66页/共69页 位图文件有多种格式，常见的文件扩展名为BMP、GIF、PCX、PSD、PCD、TIF、JPG等。WINDOWS自带的画笔是个很简单的位图制作软件，但功能太少。更常用的位图软件是PHOTOSHOP、PAINTSHOP、PHOTODRAW等，它们还能对图像进行特技效果处理。矢量图文件的后缀常常是CDR、AI 或3DS，它们一般是直接用软件程序制作的，这些软件有CORELDRAW、3D Studio、Adobe Illustrator等。第67页/共69页本章小结本章小结图像数字化过程均匀采样与非均匀采样线性量化与非线性量化图像的灰度直方图(定义、性质、用途)第68页/共69页感谢您的观看。第69页/共69页