多媒体系统（三）---- 数字图像_512*512的天文图像-优快云博客

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基本应用

军事侦察/监视
医疗诊断
工业检验
安全、民事监视、执法（执法）

军事应用

对情况的意识
目标检测
目标跟踪
目标识别
武器射击

医学诊断

大脑的磁共振图像(MRI)。
脑损伤程度。
X光检查：骨折
CT检查：脑出血（中风）
核医学：检测继发性癌症（癌症扩散）
超声波：动脉阻塞程度

图像的定义

图像是对象、2-D 或3-D 场景或其他图像的空间呈现。
图像可以抽象地视为定义平面矩形区域的连续函数
图像类型: 摄影模拟视频数字的

基本定义：

表示量化强度值(Intensity)的图像矩阵
图像采样的点称为图片元素(picture element)或像素(pixel)
通过像素区域采样确定强度

各个种类图像介绍

二值图像（仅黑白信息）强度值只有0和1
灰度
• 图像仅使用亮度信息来表示
例如，使用 8 位整数 0-255 值

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彩色图像

– 标准图像：狒狒（512 * 512）
• 光的颜色由光的波长来表征
• 短波长产生蓝色感觉，长波长产生红色感觉
• 人类无法检测到所有光
– 可见光（可见光）是一种电磁波
范围 400 nm 至 700 nm（nm：纳米-10-9m）
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数字图像
• 数字图像由数码相机直接捕获或由扫描仪间接捕获。它由像素的集合组成
• 分辨率——每单位的像素数或每英寸点数 (dots per inch， dpi)
• 大小：640 × 480 像素 × 8 位/像素（256 个灰度级）= 2,457,600 位
• 图像格式
• 捕获的图像格式：存储图像格式磁盘上的位表示（通常压缩）
• 拍摄图像参数
– 空间分辨率：像素 (H) $\times$ (V)
– 颜色编码：位/像素

图像格式

颜色：红绿蓝（RGB）
• 一种计算机彩色显示输出信号，包括
单独可调的红色、绿色和蓝色信号或分量。

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位图（bitmap）：一种常见的 PC 图形文件格式，其中图像存储为点图案，文件扩展名为 .bmp。
例如，下面是表示图像的像素值的二维数组

例1：如果一家公司有8名员工，现在需要记录公司的考勤记录。我们可以构建一个8位（01110011）数组，并将8个员工和员工编号映射到这8个位置。如果当天考勤正常，则将相应位置设置为1，否则设置为0。这样可以以恒定的1字节保存当天的考勤记录。
示例 2：彩色位图。
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表示 (representation)	不同的操作 (different operations)
色彩模型	编辑
通道数	点操作
颜色深度	过滤
存储布局	合成
像素长宽比	几何变换
压缩	转换

图像采集

• 图像来源
– 电荷耦合器件 (Charge-coupled device, CCD) 传感器
• 矩形探测器阵列(Rectangular array of detectors)
• 测量亮度（强度）和颜色
• 通过对像素区域进行采样来确定强度。

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数字图像表示(Digital Image Representation)

• 光学图像表示为A(x,y)
• x 和y 是空间坐标
• A(x,y) 是位置 (x,y) 处的亮度

图像采样点称为图片元素或像素请添加图片描述

图像是对象的空间表示——表示量化强度值的矩阵。

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图像特征

• 空间分辨率
• 动态范围
• 灰度量化
• 直方图
• 颜色

下面主要将两个主要特征：图像分辨率，动态范围

• 图像分辨率：图像质量的衡量标准（像素数，M×N）
– 1280 x 960（数码相机）
– 512 x 512（摄像机）
– 256 x 256（合理的处理质量）

• 动态范围：亮度值范围的测量
– 1 位（二值图像）
– 8 位（灰色图像：0 表示黑色，255 表示白色）
– 12 位（医学图像）
– 16位（天文图像）（天文图像）
– 24 位（彩色图像）

动态范围

• 图像中亮度值范围的度量
• 正常图像：像素通常在 0-255 范围内（8 位）

256 种灰度（“灰度级”）
0 代表黑色，255 代表白色
• 医学图像：0 - 4095 = 12 位
• 天文图像：0 - 65535 = 16 位

灰度量化
对于黑白图像，像素是单值整数或浮点。
• 对于显示，通常使用bpp(bits per pixel, bpp)。
• 人眼无法分辨出这种精度。 32 个灰度级通常就足够了（5 bpp）。
• 在 4 bpp 及以下，“假轮廓(false contouring)”可能会变得明显。

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图像采样

数字图像是通过以离散间隔采样连续图像来创建的。
• 采样过程将采样点处的强度值量化为离散级别。
• 图像采样点称为图像元素或像素。
• 每个像素的强度由一个整数表示。使用的强度值的数量与所存储的数字图像的质量有关。

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图像分辨率

图像通常使用矩形采样网格进行采样，像素沿网格两侧间隔开。
• 网格点之间的距离会影响原始图像的表示精度，从而影响图像的分辨率。
• 示例：640 x 480 像素的矩阵（其中每个像素由 8 位整数表示）将允许 256 个强度级别。该图像总共需要 2,457,600 位。

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类型 I：传真（低质量图像）
• 第一种通过电话线传输文档图像的实用方法
• 像素密度：100 至 200 dpi
类型 II：文档（中等质量图像）
• 用于存储商业文档
• 基本要求：300 dpi
• 未压缩的 A4 尺寸页面：超过 1 MB
图像媒体类型
类型 III：摄影（高质量图像）
• 网页显示
• 照片识别系统
• 患者病史
（数字X光胶片）
• 卫星图像
• 基本要求：>300 dpi

图像颜色

单色（黑白）只是灰度图像。
• 普通彩色视频
– 红色（R）；绿色（G）；蓝色（B）

RGB 模型的 24 位彩色图像
• 每个像素由三个字节表示，通常为RGB。
– 支持256 * 256 * 256，总共1680万个可能
组合色
– 存储：对于640*480分辨率的图像，需要921.6KB
• 颜色查找表(CLT)
– 使用索引或代码值代替 24 位颜色信息
对于每个像素
– 颜色查找表非常适合小型组合
Lab 颜色模型
Lab颜色模型是知觉统一的
– L: 亮度(亮度)
– a*：红/绿平衡
– b*：黄/蓝平衡
• 独立于设备的 3D 色彩空间

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YUV颜色模型

• 电视行业使用的色彩模型

Y：亮度值； Luma Y’：（伽马校正）
UV：色度（色度）
▪ 为什么要进行伽玛校正？
由于人类的反应与显示设备的驱动电压不是线性的

▪ 相同亮度下颜色与参考白色之间的差异
▪ U = B’ – Y’； V = R’ – Y’

请添加图片描述

其中 R、G、B 值除以 255 以将范围从0-255 更改为 0-1：
R’ = R/255； G’=G/255； B’=B/255。

4. $YC_bC_r$ 颜色模型
– $YC_bC_r$ 颜色模型与YUV变换密切相关
– 用于 MPEG

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YIQ颜色模型
• YIQ 用于 NTSC（国家电视系统委员会）彩色电视广播
• YIQ 中的 Y’ 与 YUV 中的相同
• I 和Q 是U 和V 的旋转版本 — U 和 V 旋转 $33^\degree$

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CMY 和 CMYK 颜色模型
• CMY 颜色模型包括

青色（Cyan, C：青色）、洋红色（Magenta, M）和黄色（Y）
减色原色
适用于打印机和复印机
• 从 RGB 到 CMY 的转换
变换是可逆的
• CMYK 颜色模型（CMY 模型的变体）
添加一种颜色：纯黑
使用黑色墨水比使用混合彩色墨水更便宜且效果更好

在这里插入图片描述

图像 - 通道数

• 该数量是与每个像素相关的信息条数。
• 这通常是图像使用的颜色模型的维度。

请添加图片描述

RGB到CMYK的转换公式：

黑键 (K) 颜色由红 (R’)、绿 (G’) 和蓝 (B’) 颜色计算得出：
K = 1-max(R’, G’, B’)
青色 ( C ) 由红色 (R’) 和黑色 (K) 计算得出：C = (1-R’-K) / (1-K)
洋红色 (M) 由绿色 (G’) 和黑色 (K) 计算得出：M = (1-G’-K) / (1-K)
黄色 (Y) 由蓝色 (B’) 和黑色 (K) 计算得出：Y = (1-B’-K) / (1-K)

图像 - 颜色深度
• 像素具有与其关联的固定数量的颜色信息，这些信息与像素包含的信息位数相关。
• 一个像素可以包含1、4、8、16、24 或32 位信息。例如。：
➢ 具有 4 位灰度信息的像素可以显示 16 种灰度
➢ 具有8位颜色信息的像素可以显示256种颜色
• 颜色深度由显卡内存限制决定。

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