《數(shù)字圖像處理之采樣量化插值傅里葉變換ppt課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)字圖像處理之采樣量化插值傅里葉變換ppt課件（66頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

數(shù)字圖像處理 1 第2講數(shù)字圖像與印刷圖像的獲取 2 1如何不失真獲取圖像 2 2印刷圖像如何獲取 2 2 1如何不失真獲取圖像 圖像數(shù)字化連續(xù)圖像 二維坐標(biāo)系中具有連續(xù)變化的 即圖像畫面的像點(diǎn)是無(wú)限稠密的 同時(shí)其灰度值 即圖像從暗到亮的變化值 也是無(wú)限稠密的圖像 稱為連續(xù)圖像 連續(xù)圖像又稱為模擬圖像 離散圖像 是指用一個(gè)數(shù)字陣列表示的圖像 該陣列中每一個(gè)元素稱為像素 離散圖像又稱為數(shù)字圖像 3 2 1 1圖像的獲取 像素 組成數(shù)字圖像的基本元素 連續(xù)圖像可以認(rèn)為是由無(wú)數(shù)個(gè)像素組成的 而且沒(méi)一點(diǎn)的灰度值都是從黑到白有無(wú)限多個(gè)可能取值 數(shù)字圖像可以認(rèn)為是按某種規(guī)律 如模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換 編成一系列二進(jìn)制數(shù)碼 0和1 來(lái)表示圖像上每個(gè)點(diǎn)的信息 獲取圖像就是將連續(xù)圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像 4 2 2 2圖像的獲取 ImageAcquisition 圖像獲取即圖像的數(shù)字化過(guò)程 包括掃描 采樣和量化 圖像獲取設(shè)備由5個(gè)部分組成 采樣孔 掃描機(jī)構(gòu) 光傳感器 量化器和輸出存儲(chǔ)體 關(guān)鍵技術(shù)有 采樣 成像技術(shù) 量化 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 5 圖像獲取設(shè)備 1 采樣孔 使數(shù)字化設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)特定圖像元素的觀測(cè) 不受圖像其它部分的影響 2 圖像掃描機(jī)構(gòu) 使采樣孔按照預(yù)先定義的方式在圖像上移動(dòng) 從而按順序觀測(cè)每一個(gè)像素 3 光傳感器 通過(guò)采樣檢測(cè)圖像每一個(gè)像素的亮度 通常采用CCD陣列 4 量化器 將光傳感器輸出的連續(xù)量轉(zhuǎn)化為整數(shù)值 典型的量化器是A D轉(zhuǎn)換電路 它產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓或電流成比例的數(shù)值 5 輸出存儲(chǔ)裝置 將量化器產(chǎn)生的顏色值 灰度或彩色 按某種格式存儲(chǔ) 以用于后續(xù)的計(jì)算機(jī)處理 6 Anexampleofthedigitalimageacquistionprocess 圖像數(shù)字化 7 圖像數(shù)字化過(guò)程 圖像的數(shù)字化包括采樣和量化兩個(gè)過(guò)程 8 圖像的矩陣表示 設(shè)連續(xù)圖像f x y 經(jīng)數(shù)字化后 可以用一個(gè)離散量組成的矩陣g i j 即二維數(shù)組 來(lái)表示 9 矩陣表示的幾點(diǎn)說(shuō)明 g i j 代表 i j 點(diǎn)的灰度值 即亮度值 以上數(shù)字化有以下幾點(diǎn)說(shuō)明 1 由于g i j 代表該點(diǎn)圖像的光強(qiáng)度 而光是能量的一種形式 故g i j 必須大于零 且為有限值 即 0 g i j 2 數(shù)字化采樣一般是按正方形點(diǎn)陣取樣的 除此之外還有三角形點(diǎn)陣 正六角形點(diǎn)陣取樣 如圖2 1所示 10 3 以上是用g i j 的數(shù)值來(lái)表示 i j 位置點(diǎn)上灰度級(jí)值的大小 即只反映了黑白灰度的關(guān)系 如果是一幅彩色圖像 各點(diǎn)的數(shù)值還應(yīng)當(dāng)反映色彩的變化 可用g i j 表示 其中 是波長(zhǎng) 如果圖像是運(yùn)動(dòng)的 還應(yīng)是時(shí)間t的函數(shù) 即可表示為g i j t 11 Basicexperimentalsetupusedtocharacterizebrightnessdiscrimination 圖2 1采樣網(wǎng)格 a 正方形網(wǎng)格 b 正六角形網(wǎng)格 12 采樣 2 1 1采樣 空間上或時(shí)域上連續(xù)的圖像 模擬圖像 變換成離散采樣點(diǎn) 像素 集合的操作稱為采樣 由于圖像基本是采取二維平面信息的分布方式來(lái)描述的 所以為了對(duì)它進(jìn)行采樣操作 需要先將二維信號(hào)變?yōu)橐晃恍盘?hào) 再對(duì)一維信號(hào)完成采樣 換句話說(shuō)就是講二維采樣轉(zhuǎn)化為兩次一維采樣操作來(lái)實(shí)現(xiàn) 圖2 2是采樣原理示意圖 13 采樣 圖2 2采樣示意圖 14 采樣的具體做法 具體做法是 先沿垂直方向按一定間隔從上到下順序地沿水平方向直線掃描 取出各水平線上灰度值的一維掃描 而后再對(duì)一維掃描線信號(hào)按一定間隔采樣得到離散信號(hào) 即先沿垂直方向采樣 再沿水平方向采樣這兩個(gè)步驟完成采樣操作 采樣后得到的二維離散信號(hào)的最小單位就是像素 一般情況下 水平方向的間隔和垂直方向的采樣間隔相同 對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像 即時(shí)間域上的連續(xù)圖像 需先在時(shí)間軸上采樣 再沿垂直方向采樣 最后沿水平方向采樣由這三個(gè)步驟完成 15 連續(xù)圖像經(jīng)過(guò)采樣之后所獲得的數(shù)字圖像的效果與以下幾個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)有關(guān) 圖像分辨率 采樣所獲得的圖像總像素的多少 如數(shù)碼相機(jī)的30萬(wàn)像素 采樣密度 圖像上單位長(zhǎng)度所包含的采樣點(diǎn)數(shù) 采樣密度的倒數(shù)是采樣間隔 采樣頻率 是指一秒鐘內(nèi)采樣的的次數(shù) 它反映了采樣點(diǎn)之間的間隔大小 采樣頻率越高 丟失的信息越少 采樣出的樣本細(xì)膩逼真圖像的質(zhì)量好 但要求的存儲(chǔ)量越大 圖像大小 對(duì)一幅圖像采樣時(shí) 若每行 即橫向 像素為M個(gè) 每列 即縱向 像素為N個(gè) 則圖像大小為M N個(gè)像素 掃描分辨率 表示一臺(tái)掃描儀輸入圖像的細(xì)微程度 指每英寸 1英寸 2 5cm 掃描所得到的點(diǎn) 單位DPI 數(shù)值越大表示被掃描的圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像越逼真 掃描儀質(zhì)量越好 16 無(wú)論采用那種評(píng)價(jià)參數(shù) 都反映采樣點(diǎn)間隔的選取是一個(gè)很重要的問(wèn)題 顯然 想要獲得更加清晰的圖像質(zhì)量 就要提高圖像采樣像素點(diǎn)數(shù) 也就是要使用更多的像素點(diǎn)來(lái)表示該圖像 但是相對(duì)要付出更大存儲(chǔ)空間的代價(jià)采樣間隔的大小取決于原圖像的細(xì)微亮暗變化 從頻域的角度來(lái)看采樣問(wèn)題 根據(jù)一維采樣定理 若一維信號(hào)g t 的最大截止頻為w 以 則T 1 2w為采樣間隔進(jìn)行采樣 則能夠根據(jù)采樣結(jié)果g nt 完全恢復(fù)g t 17 實(shí)際采樣與理想采樣 采樣的時(shí)域表達(dá) 18 采樣的實(shí)現(xiàn)通常是由一個(gè)圖像傳感元件完成的 它將每個(gè)像素位置上的亮度轉(zhuǎn)換成與之相關(guān)的連續(xù)的測(cè)量值 然后將該測(cè)量值轉(zhuǎn)化成與其成正比的電壓值 最后 再在圖像傳感器后面 跟隨一個(gè)電子線路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 將連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)化成離散的整數(shù) 19 采樣定理 采樣定理一個(gè)頻帶限制在 0 fH Hz內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)m t 如果以大于或等于2fH的采樣速率對(duì)它進(jìn)行等間隔采樣 則可以由采樣序列無(wú)失真地恢復(fù)原始信號(hào)m t 如采樣間隔Ts 1 2fH 則Ts被稱為奈奎斯特 Nyquist 間隔 如采樣頻率fs 1 Ts 則fs被稱為奈奎斯特 Nyquist 速率 采樣定理告訴我們 若采樣速率fTs 則會(huì)產(chǎn)生失真 這種失真稱為混疊失真 20 圖像采樣與數(shù)字圖像質(zhì)量 如圖是圖像采樣與圖像質(zhì)量的關(guān)系 21 圖像采樣與數(shù)字圖像質(zhì)量 1024x1024 512x512 1024x1024 128x128 64x64 32x32 256x256 1024x1024 22 由采樣定理可知 要想無(wú)失真的恢復(fù)一幅圖像 采樣頻率應(yīng)該大于圖像模擬信號(hào)最高頻率的2倍 如果采樣頻率低于原信號(hào)最高頻率的2倍 則恢復(fù)的信號(hào)中會(huì)包含原信號(hào)中不存在的低頻成分 稱為混淆 它會(huì)對(duì)信號(hào)造成干擾 采樣傅里葉變換 可以獲得信號(hào)的頻譜 并從中得知信號(hào)最高頻率的數(shù)值 在圖像印刷傳遞過(guò)程中 依據(jù)原稿特點(diǎn)和采樣定理進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆直媛试O(shè)置是很重要的 因?yàn)檫@一步驟決定了從原稿上采集到的原始圖像頻率狀況 在此采樣定理的指導(dǎo)意義是很明顯的 23 傅里葉變換原理 24 25 26