数字图像处理知识梳理——1

• 一、绪论：数字图像处理与分析的主要研究包括哪几方面？

  • 1.首先对图像进行一个定义：误差允许范围内对一个高维物体的二维成像，是不完全的、不精确的但在某种意义上恰当的描述。数字图像是一个图像被采样和量化后形成的二维函数。
  • 与计算机图形学的区别：计算机生成的图形与设备无关，最终的分辨率有输出设备决定；而图像与设备有关
  • 2.数字图像处理与分析包括两部分：将一幅图像变成另一幅经过加工的图像，即图像到图像的过程；将一幅图像转化为一种非图像的表示，即分析、识别和理解的过程
    • A.图像变换：通过在空域或者频域上对数字图像进行特定的操作，进而获取或突出感兴趣的信息
    • B.图像增强 ：有选择性地突出某些对人或者机器分析有意义的信息，抑制无用信息，提升图像是使用价值，并不以图像保真为准则
    • C.图像复原：通过找引起图像质量下降的客观原因，针对性的采样一些方法进而改善图像质量，恢复图像原始面貌
    • D.图像压缩编码：通过分析找到图像信息的冗余，对图像数据按照一定的规则进行变换和组合，进而去除冗余信息，实现以更少的数据和更快的时间保存和传输图像数据
    • E.图像分割：提取图像中感兴趣的目标和区域，为进一步的图像分析与理解做准备
    • F.图像特征提取与分析：选取合适的图像特征，这些特征往往是尺度、方向、光照、位置、旋转等条件无关的，通过这些特征对图像进行理解

• 二、图像及其数字化表示

  • p(x,y)-->成像系统-->f(x,y)-->采样系统-->量化器-->数字图像

  • 2.1图像感知要素

    • 人类视觉模型
      • 人眼构造：视锥细胞（600~700万种）识别颜色和细节特征；视杆细胞：主要负责夜间感知，灰度信息敏感（40个灰度级左右的分辨率）。马赫带效应。
    • 图像的颜色
      • 三基色假说
      • 颜色空间：三色刺激值
        • RGB：加色系统，描述光源信息
        • CMYK ：减色4系统，多用染料和印刷
        • HSI：色调，色饱和度，亮度。应用：去红眼（-45°≤h≤45°,s>0,3)测试每一个像素，将s变为0
        • Lab：光照染料无关：L表示亮度从1-100，+127a~-128a从红到绿，+127b~-128b从黄到蓝
      • CIE色度图：马蹄形，描述所有物理可实现的颜色，RGB为其一个真子集

  • 2.2图像的数字化

    • 图像的采样与量化
      • 采样对应于空间分辨率，空间离散化，满足采奈奎斯特采样定理
        • 均匀采样：正方形采样网格
        • 非均匀采样：保存细节信息，例如：文物保护等。正六边形采样网格：角度邻域信息保存良好，方向性好
      • 量化（分层量化）
        • 均匀量化
        • 非均匀量化
        • 最佳量化器的参数选择
      • 图像数据量的描述：Width×Height×B×c 2^B表述灰度级，c表述颜色通道数目
      • 对于像素的理解：值和位置，数字图像处理都基于这两点进行
    • 图像的描述
      • 二维矩阵：二值、灰度、彩色
      • 线性表：Freeman编码、链表（定义不同方向的编码情况，描述目标的轮廓，结合特征描述：形状特征）
      • 图结构、拓扑结构、金字塔结构（多尺度纹理分析）、关系结构
      • 高维图像描述
    • 像素间的基本关系
      • 四邻域——>四连接
      • 对角邻域
      • 八邻域——>八连接
      • m连接（混合连接）——>消除8连接中的多路问题
        • 满足两个条件
          • （1）四连接情况
          • （2）对角连接情况，但是四邻域交集为空集
      • 距离描述
        • 欧式距离：圆形——>形状特征描述
        • 4邻域：菱形
        • 8邻域：正方形——>形状特征描述
    • 图像的代数运算：进行的是点对点的运算
      • 加法运算
        • （1) 二次曝光图像
        • （2）平滑去噪（硬件去噪）：与空域卷积模板去噪的区分（软件去噪）
      • 减法运算
        • （1）混合图像分离
        • （2）背景建模——>运动目标检测
          • 简单的设定一个阈值进行目标检测：方法简单，运算量小，易于实现；但是阈值缺乏自适应性，产生空洞现象，光照敏感。
          • 消除背景影响
            • 中值模型
            • 自适应模型
            • 高斯模型
        • （3）比较两幅图像的差别
      • 乘法运算
        • 掩膜技术：在局部增强中使用
      • 除法运算
        • 多光谱遥感图像目标识别
    • 逻辑运算
    • 图像质量的评价
      • 主观评价
      • 客观评价（与图像压缩相结合来看）
        • 均方误差
        • 峰值信噪比
        • 基于视觉兴趣的测量方法：ROI区域