1、活动2 Color by numbers图像表示,西安交通大学高效能建模与仿真研究小组2011年10,本PPT的材料改编自csunplugged.org项目,Data: the raw material-Representing information,主要内容,问题的提出,背景介绍： 21世纪，人类已经进入信息化时代，计算机在处理各种信息中都发挥着重要的作用。据统计，人类从自然界获取的信息中，视觉信息占70%-85%，俗话说“百闻不如一见”，有些事物，不管花费多少笔墨也很难表达清楚，然而，若用一幅图像描述，可以做到“一目了然”。 从各种家电，机器的使用说明书中大家可以发现，一本好的说明书，总
2、是外观图、操作示意图等，在详细阅读使用说明书之前，通过这些简图就可大致了解它的基本构造和基本使用方法。可见，在当代高度信息化的社会中，图形和图像在信息所起的作用是非常巨大的。,现在的问题：我们常见的各种照片、图片、海报、广告画等均属于模拟图像，但是如何要在计算机上显示和使用图像呢？,PS：模拟图像，即表现为图像的光照位置和光照强度均为连续变化的。如比如用胶卷拍出的相片就是模拟图像，它的特点是空间连续，你可以洗一寸的照片也可以洗二寸的照片，不影响视觉效果。,图像在计算机中的表示和存储,要在计算机中存储图像、显示图像，必须先将模拟的图像利用数字化设备进行数字化才可。常用的数字化设备有：扫描仪、图像
3、采集卡等等，这些仪器可以将我们的模拟图像转换为数字图像，当然也可以直接用数字化设备得到数字图像，如数码相机。,数字图像在计算机中是如何存储和表示的呢？,6,2,2,2,65,1,2,2,2,1,56,6,64,2,6,2,43,1,10,1,32,1,12,1,22,1,3,1,4,1,3,1,2,根据图像的数字编码还原图像,经过表格划分显示，可以看到，这幅图像可以使用数字来表示：即第一行包括一个白色的像素，三个黑色的像素，然后是一个白色的像素（即图像的表示元素）。上幅图可表示为图像右边的数字存储在字算机中, 这种方式叫做行程编码,数字化图像在计算机中的存储有两种方式： 一类称之为位映射图像或
4、光栅图像（位图）另一类称之为矢量图像。前者以点阵形式描述图像，后者以数学方法描述由几何元素组成的图形图像。一般来说，后者对图像的表达细致、真实，缩放后图像的分辨率不变，在专业级的图形图像处理中应用较多。,位映射图像位映射图像以像素为单位来存储图像，它将图像的每一点的数值放在以字节为单位的矩阵中。如存储单色图像（二值黑白图像）时，一个字节可以存放8点图像数据；16色图像时一个字节存储两点；256色图像存储1个像素点。常见的BMP、GIF、TIFF、PCX等图像都是属于位映射图像文件格式。,位图颜色编码RGB 位图颜色的一种编码方法，用红、绿、蓝三原色的光学强度来表示一种颜色。这是最常见的位图编码
5、方法，可以直接用于屏幕显示。 CMYK 位图颜色的一种编码方法，用青、品红、黄、黑四种颜料含量来表示一种颜色。常用的位图编码方法之一，可以直接用于彩色印刷。,矢量图像矢量图使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等，它们都是通过数学公式计算获得的。例如一幅花的矢量图形实际上是由线段形成外框轮廓，由外框的颜色以及外框所封闭的颜色决定花显示出的颜色。由于矢量图形可通过公式计算获得，所以矢量图形文件体积一般较小。矢量图形最大的优点是无论放大、缩小或旋转等不会失真；最大的缺点是难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果。,数字图像的压缩,信息量越多，颜色越丰富，肯定会占用
6、更大的存储空间，因此在计算机中存储图像时都会采用一定的压缩算法，在尽量不让图像失真的情况下以较小的空间来存储,有兴趣的同学可参阅数字图像压缩处理技术王新,张涛编著 2009数字图像处理和压缩马平编著 2007,图像处理,在日常生活中，我们可以见到很多的数字图像，但是这种数字图像已经进行了一定的处理，而不仅仅是数字化后的图像。比如电脑人像技术、电视中的特殊效果，自动售货机钞票的识别，邮政编码的自动识别和利用指纹、面部等特征的身份识别等等,这种处理有什么意义呢？提高图像的视觉质量，以达到赏心阅止的目的。比如利用photoshop对图像进行各种处理一，以达到自己期望的效果。提取图像中所包含的某些特征
7、或特殊信息，以便于计算机分析。例如，身份识别系统。对图像数据进行编码、压缩等，以便于图像的存储和传输。,数字图像处理的主要内容,不管图像处理是何种目的，都需要用计算机图像处理系统对图像数据进行输入、加工、和输出。因此数字图像处理研究的内容主要有以下七个过程。,(1)、图像获取、表示和表现。这个过程主要把模拟图像信号转换为计算机所能接受的数字形式，以及把数字图像显示和表现出来（如打印）。(2)、图像复原。当造成图像退化（图像品质下降）的原因已知时，复原技术可以对图像进行校正。,(3)、图像增强。图像福星科技对图像在一般意义上的改善。当无法知道图像退货有关的宣信息时，可以使用图像增强技术较为主观地
8、改善图像的质量。,(4)、图像分割。把图像公成区域的过程就是图像分割。图像中通常包含多个对象，例如，一幅警觉图像中显示出正常的或有病变的各种器官和组织。图像处理为达到识别的理解的目的，几乎都必须按照一定的规则将图像分割成区域，每个区域代表被成像的一个物体。图像自动分割是图像处理中最困难的问题之一，因此实验室也是一个研究热点。,(5)、图像分析。图像处理应用几乎都涉及到图像分析，即对图像中的不同对象进行分割，特征提取和表示，从而有利于计算机对图像进行分类、识别和理解。例如在工业产品零件无缺陷且正,确装配检测中，图像分析是对图像中的像素转化成一个“合格”和“不合格”的判断。(6)、图像重建。与上达
9、的图像增强、图像复原不同，前面两个的输入是图像，处理后输出的结果也是图像，而图像重建是指从数据到图像的处理、即输入的是某种数据，而经过处理后得到的结果是图像，CT就是图像重建处理的典型应用实例。(7)、图像压缩编码。数字图像的特点之一就是数据量庞大。尽管现在有大容量的存贮器，但仍不能满足对图像数据（尤其是动态图像、高分辨率图像）处理的需要，因此在实际应用中图像压缩是必须的。如果数据不压缩，则在存储和传输中就需要占很大的容量的带宽，因而增加了成本。,图像处理的发展,20世纪20年代，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图像质量。,20世纪50年代数字计算机发展到了一定水平，数字图像
10、处理才真正引起人们的兴趣。,1964年美喷气推进实验室，用计算机对“徘徊者2号”太空船发回的大批月球照片进行处理，收到明显的效果。,60年代末，数字图像处理已经形成了比较完整的体系，形成一门新兴的学科。,60年代到70年代，由于离散数学的创立和完善，使数字图像处理技术得到迅猛的发展，理论和方法进一步完善，应用范围更加广泛。这一时期，图像处理主要与模式识别和图像理解的研究相联系，如文字识别、医学图像处理、遥感图像和处理等。,70年代后期到信，各个应用领域对数字图像处理提出越来越高的要示，促进 这门学科高级的方向发展。,数字图像处理的应用,概括起来，数字图像处理主要应用于下面几个领域：通讯：包括图
11、像传输、电视电话、电视会议等，主要是进行图像的压缩甚至理解基础上的压缩。宇宙探测：由于太空技术的发展，需要用数字图像处理技术处理大量的星体照片。遥感：航空遥感和卫星遥感图像需要用数字技术加工处理，并提取有用的信息。主要用于地形地质，水利、海洋等淘汰调查，自然灾害预测预报等。生物警觉领域中的应用。工业生产中的应用,军事、公安等方向的应用机器人视觉视频和多媒体系统科学可视化电子商务,数字图像处理的应用（续）,附：计算思维及思考,现实中的图形图像都可以通过计算机进行二进制表示。 图像的各种特征都可以通过数字以及各种数学方法表示出来，比如图像的灰度图，色彩分布，色彩饱和度等。此外，对于图像的处理其实就是通过各种算法对图像进行变换。总之，现实生活中图像都可以通过计算机加以表示和实现。,谢 谢！,
