《图像信息原理教学课件》图像信息原理_知识点

图像信息原理教学课件本课件旨在介绍图像信息原理的相关知识，涵盖图像的数字化、压缩、处理和分析等方面图像信息原理课程介绍图像信息原理课程目标12介绍图像的数字化表示、处理培养学生对图像信息处理的基和分析等方面的知识础理论和基本方法的理解和运用能力课程内容课程意义34包括图像的定义和特性、数字图像信息原理是图像处理、计图像的概念、图像处理的基本算机视觉、机器学习等领域的方法、图像压缩和编码等理论基础图像的定义和特性图像定义图像特性图像通常被定义为二维视觉信息的集合它由像素组成，每个像图像具有许多重要特性，例如亮度、对比度、颜色、纹理和形状素都包含特定位置的光强度信息图像可以是自然场景的真实反映，也可以是人工合成的在数字这些特性决定了图像的视觉外观和信息含量，并影响着图像处理图像处理中，我们将图像表示为数字形式和分析的效率和效果数字图像的概念数字图像用数字表示的图像图像信息经过数字化处理后，用离散的数据进行描述像素数字图像的基本单位，每个像素点对应一个数字，代表图像在该点处的亮度或颜色信息采样和量化将连续的图像信号转换成离散的数字信号的过程，包括空间采样和灰度量化数字图像的基本表示二维矩阵表示颜色模型灰度图像RGB数字图像可以用二维矩阵来表示，每个元素彩色图像使用RGB模型，每个像素由三个灰度图像只有一个通道，每个像素用一个值对应图像中的一个像素分量表示，分别对应红、绿、蓝表示亮度，范围通常在0到255之间图像像素值的表示数字量化灰度值颜色值数字图像中，每个像素点用一个数字表灰度图像中，像素值表示该点的亮度，彩色图像中，像素值通常表示RGB三示，代表其亮度或颜色信息像素值可从0（黑色）到255（白色）灰度值个颜色通道的值，分别代表红、绿、蓝以是整数或浮点数，范围取决于图像的越低，颜色越暗；灰度值越高，颜色越三个颜色分量每个颜色通道的像素值位深度例如，8位灰度图像的像素值亮也用数字表示，例如8位彩色图像中，范围是到每个颜色通道的像素值范围是到02550255灰度图像的量化灰度等级灰度图像中的每个像素点用一个灰度值表示，该值代表像素点的亮度灰度值范围通常从0到255，分别对应黑色和白色量化过程将连续的灰度值转换为有限个离散的灰度级，每个灰度级代表一个灰度值范围量化误差量化过程中会引入误差，因为每个灰度级代表一个灰度值范围，而不是一个精确的灰度值量化级数量化级数越高，量化误差越小，图像质量越好彩色图像的表示颜色空间颜色空间RGB HSV颜色空间是最常见的彩色图像表示颜色空间是一种基于人类对颜色的RGB HSV颜色空间CMYK方法它使用红、绿、蓝三种基本颜色来感知的色彩模型它使用色调、饱和度和表示各种颜色CMYK颜色空间用于印刷行业它使用青明度来表示各种颜色色、品红、黄色和黑色四种颜色来表示各种颜色图像分辨率的概念图像分辨率是指图像中像素的多少分辨率越高，图像细节越清晰，像素越多分辨率决定了图像能够表达的细节程度图像空间分辨率图像空间分辨率指的是图像中可分辨的最小细节尺寸它反映了图像中能够区分的相邻物体或细节的最小距离空间分辨率越高，图像越精细，细节信息越丰富100200像素像素300400像素像素图像灰度分辨率灰度分辨率也称为色深，表示图像中灰度级数目灰度级数目越多，图像的灰度分辨率越高，图像细节越丰富，视觉效果越好灰度级数目分辨率描述21比特仅黑白色，无中间灰度2568比特常见灰度图像标准，提供丰富灰度细节65,53616比特高精度灰度图像，可用于科学研究或特殊应用图像数据的存储格式位图格式矢量图形格式

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2.12位图格式是最常见的图像存储矢量图形格式使用数学公式来格式之一，例如、描述图像，例如、BMP TIFFSVG PDF等等其他格式

3.3其他格式包括、、等，它们在压缩方法和应用场景上有GIF JPEG PNG所不同图像采集设备与原理图像采集设备图像采集原理图像采集设备用于将现实世界中图像采集原理主要涉及光学成像的场景转换为数字图像和信号数字化两个步骤常见的图像采集设备包括相机、光学成像将光信号聚焦到图像传扫描仪、医疗影像设备等感器上，信号数字化将光信号转换为数字信号图像扫描技术123逐点扫描光栅扫描螺旋扫描电子束或光束逐点扫描图像，获取每个扫描线以固定频率和方向扫描图像，形扫描线以螺旋形路径扫描图像，可以提像素的灰度值或颜色信息成一系列连续的扫描线，形成完整的图高扫描效率，减少扫描时间像图像采集传感器传感器传感器光电二极管传感器CCD CMOSCCD传感器是一种固态图像传感器，使用CMOS传感器是一种更现代的固态图像传光电二极管传感器是一种简单的图像传感器电荷耦合器件来捕获光线并将其转换为数字感器，比CCD传感器更紧凑、更节能、并，用于测量光线强度信号具有更高的帧率图像传感器的分类按工作原理分类按应用场景分类图像传感器主要分为两种电根据应用场景，图像传感器可荷耦合器件CCD和互补金分为工业级、消费级和科学级属氧化物半导体CMOS工业级传感器常用于工业自动CCD传感器利用电荷存储和化、机器视觉等领域，具有高转移原理，具有较高的信噪比精度、高可靠性等特点，常用于专业摄影设备图像采集系统的组成图像传感器信号处理电路

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2.12将光信号转换为电信号放大、滤波和数字化电信号控制单元接口电路

3.

4.34控制整个系统的运行，例如曝将图像数据传输到计算机或其光时间和图像分辨率他设备图像增强的概念和方法提高图像质量改善图像信息图像增强是为了改善图像的视觉通过图像增强技术，可以突出图效果，提高图像的清晰度、对比像中感兴趣的特征，例如边缘、度、亮度或细节纹理或目标，使图像更易于分析和理解提高图像可视性图像增强可以提高图像的对比度，使图像更易于观察，并改善图像的视觉感受空间域图像增强技术灰度变换1线性变换、非线性变换、直方图均衡化空间滤波2平滑滤波、锐化滤波、中值滤波图像几何变换3平移、旋转、缩放、镜像空间域图像增强技术直接在图像像素空间中进行操作，通过对像素值进行处理来增强图像这类方法简单易行，能够有效地改善图像质量，提高图像的可视性频域域图像增强技术频域域图像增强技术，通过对图像的频率成分进行分析和处理，来改善图像的质量这类技术通常基于傅里叶变换，将图像从空间域转换到频率域图像变换1将图像从空间域转换到频率域频率分析2分析图像的频率成分频率滤波3根据需要对不同频率成分进行增强或抑制逆变换4将处理后的图像从频率域转换回空间域例如，我们可以通过滤波器来抑制噪声，或增强特定频率成分来提高图像的锐度这些技术在图像去噪、边缘增强、纹理增强等方面有着广泛的应用图像分割的概念和方法将图像分成多个区域，每个区域对应一个物提取图像中的关键信息，例如物体边界、纹对图像内容进行识别和理解，并进行进一步体或场景理和颜色处理基于阈值的图像分割阈值选择根据图像的灰度直方图，选择合适的阈值阈值应能有效地将图像中的目标区域和背景区域区分开图像二值化将图像像素的灰度值与阈值进行比较，若大于阈值则将其设置为白色，否则设置为黑色分割结果二值化后的图像可以得到目标区域和背景区域的分割结果基于边缘检测的图像分割边缘检测是图像分割中常见的技术图像的边缘通常是物体边界或区域边界，它反映了图像灰度值的显著变化边缘检测算子1边缘检测算子用于提取图像的边缘信息边缘连接2将检测到的边缘点连接成连续的边缘边缘细化3去除边缘噪声和多余信息常见的边缘检测算子包括算子、算子、算子等边缘连接常用的算法包括变换、形态学方法等Sobel PrewittCanny Hough基于区域生长的图像分割定义1基于区域生长的图像分割方法从图像中一些小的种子区域开始，逐步合并与种子区域相似的像素点，最终形成完整的目标区域步骤2区域生长算法通常从一个种子点开始，根据一定的规则合并与种子点相邻的像素，直到所有的目标像素都被合并为止优势3区域生长算法能够有效地分割具有较好区域一致性的图像，并能有效地处理噪声和边缘模糊的情况4图像压缩的概念和方法减少数据量提高效率加速传输不同算法图像压缩通过减少数据量来降压缩技术在图像处理和传输中图像压缩能够加速图像在网络不同的压缩算法各有优缺点，低存储和传输成本，同时保持发挥着重要作用，提高了效率上的传输，提高了用户体验根据应用场景选择合适的算法图像质量并节省了宝贵的资源无损压缩技术定义原理应用无损压缩技术是指在压缩过程无损压缩技术通过分析数据中无损压缩技术广泛应用于各个中不丢失任何原始数据，压缩的冗余信息，例如重复的模式领域，例如后可以完全恢复原始数据这、预测性数据等，以更紧凑的医学图像•种技术主要用于需要保持数据方式存储信息常用的技术包文本文件完整性的应用，例如医学图像括游程长度编码、霍夫曼编码•、文本文件和数据库和算术编码数据库•档案备份•有损压缩技术压缩率高不可逆

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2.12丢弃部分图像信息以实现更高解压缩后图像质量会降低，无的压缩率法完全恢复原始图像广泛应用常用技术

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4.34广泛应用于图像存储、传输和包括JPEG、MPEG等技术网络应用等领域图像编码标准JPEG PNGGIF TIFF联合图像专家组标准可移植网络图形标准，图形交换格式标准，支标记图像文件格式标准JPEGPNGGIF TIFF，以其有损压缩能力而闻名，提供无损压缩，适用于图像和持动画，适用于网络和社交媒，提供高质量图像存储和灵活广泛应用于照片和图像图形体的功能图像数据的存储与传输图像文件格式数据压缩技术图像文件格式决定了图像数据的压缩技术通过去除冗余信息来减组织和存储方式，例如，常见的小图像文件大小，有利于存储空格式包括BMP、JPEG、PNG等间的节省和网络传输速度的提高选择合适的格式取决于图像类常用的压缩方法包括无损压缩型、压缩需求和应用场景和有损压缩网络传输协议安全传输图像数据在网络上传输时，需要为了确保图像数据在传输过程中遵循特定的协议规范，例如，的安全性，可以采用加密技术和协议用于网页图像的传输，安全传输协议，例如，协HTTP HTTPSFTP协议用于文件传输议用于加密网页图像的传输总结与课程展望本课程系统地介绍了图像信息原理的基本概念、技术和应用图像信息原理是计算机视觉、图像处理和模式识别等领域的基础。