40、图像和视频处理技术全解析

图像和视频处理技术全解析

1 图像和视频处理概述

1.1 一维与图像处理差异

在一维处理中，我们通常要求滤波器是因果的，以确保其可实现性。而在图像处理中，我们处理的是存储数据，并且不希望每次应用滤波操作时引入数据“移位”。因此，我们常采用以下方法：
- 使用“非因果”滤波器，将中心像素替换为滤波输出。
- 仅使用在 x 和 y 方向长度相等的奇数滤波器，如 3×3、5×5、7×7 等。
- 滤波器以滤波核而非卷积操作来指定，例如对于滤波器大小 L = 2N + 1，计算 (J(r, c) = f⋆I = \sum_{k=-N}^{N}\sum_{l=-N}^{N} f(k, l)I(r + k, c + l))。

1.2 边界效应处理

二维处理中，边界效应比一维处理更为显著。对于大小为 L×L 的滤波器和 R×C 的图像，边界会损失 (L(R + C) - L^2) 个像素。为减少边界效应，可通过以下方式将图像扩展半个滤波器大小：
- 常数扩展，通常取值为 0。
- 对称扩展，如 …3, 2, 1|1, 2, 3, …。
- 复制边界值扩展，如 …1, 1, 1|1, 2, 3, …。
- 循环扩展，如 …, 8, 9, 10|1, 2, 3…, 8, 9, 10|。

1.3 图像格式

数字图像中的单个点通常称为像素，一般使用 8 位数据（医学成像中可达 12 位）。黑色编码为 0，白色编码为最大值（8 位格式中为 255）。全彩色光谱可由红、绿、蓝（RGB）三种基本颜色生成。从灰度到 RGB 的转换中，三种颜色被赋予相同的灰度值。