《HALCON數字圖像處理》第一、二章筆記

目錄

• 第一章 緒論
  • 1.1 圖像和圖像處理
    • 1.1.1 圖像
    • 1.1.2 數字圖像
    • 1.1.3 圖像處理及其發展過程
  • 1.2 數字圖像處理的步驟和方法
  • 1.3 數字圖像處理系統的硬件組成
  • 1.4 數字圖像處理技術的研究內容和應用領域
    • 1.4.1 研究內容
    • 1.4.2 主要應用領域
• 第二章 數字圖像基礎
  • 2.1 圖像的數字化
    • 2.1.1 圖像采樣
    • 2.1.2 圖像量化
    • 2.1.3 抽樣和量化參數的選擇
  • 2.2 數字圖像的數值描述
  • 2.3 直方圖
  • 2.4 數字圖像的文件格式及參數
  • 2.5 灰度圖像的灰度級分辨率
  • 2.6 圖像像素間的關系
    • 2.6.1 相鄰像素
    • 2.6.2 鄰接性、連通性、區域和邊界

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第一章 緒論

1.1 圖像和圖像處理

1.1.1 圖像

1.1.2 數字圖像

為了讓計算機與數字通信系統加工處理圖像，需要將連續的模擬圖像信息離散化（數字化），這種離散化包括坐標空間的離散化和性質空間的離散化，離散化后的圖像就是數字圖像

離散化后的圖像大概可以分為三種，彩色圖像、灰度圖像和二值圖像

1. 彩色圖像
   由三原色組成，即RGB
2. 灰度圖像
   只有亮度差別，沒有顏色差別，彩色圖像可以轉換為灰度圖像，用\(Y\)代表亮度大小，則其轉換式如下：

\[Y=0.229R+0.587G+0.114B \]

3. 二值圖像
   當灰度圖像的灰度只有兩個等級時的圖像叫二值圖像

1.1.3 圖像處理及其發展過程

圖像處理分為以下三類

1. 模擬圖像處理
2. 數字圖像處理
3. 光電結合處理

數字圖像處理根據抽象程度可分為三個層次：圖像處理、圖像分析和圖像理解

1.2 數字圖像處理的步驟和方法

1. 圖像信息的獲取
2. 圖像信息的存儲
3. 圖像信息的處理
4. 圖像信息的傳輸
5. 圖像的輸出和顯示

1.3 數字圖像處理系統的硬件組成

一個基本的數字圖像處理系統由五個模塊組成，分別為：圖像輸入、圖像存儲、圖象輸出、圖像通信、圖像處理及分析

數字圖像處理與分析模塊是數字圖像處理系統的核心，包括以下三種形式：

1. 通用圖像處理
2. 專用圖像處理系統
3. 圖像處理芯片

1.4 數字圖像處理技術的研究內容和應用領域

1.4.1 研究內容

1. 圖像變換
2. 圖像編碼壓縮
3. 圖像增強和復原
4. 圖像分割
5. 圖象描述
6. 圖像分類（識別）

1.4.2 主要應用領域

1. 航天和航空技術方面的應用
2. 生物醫學工程方面的應用
3. 通信工程方面的應用
4. 工業和工程方面的應用
5. 軍事公安方面的應用
6. 文化藝術方面的應用
7. 機器視覺
8. 視頻和多媒體系統
9. 科學可視化
10. 電子商務

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第二章 數字圖像基礎

2.1 圖像的數字化

根據圖像表現方式的不同，圖像可分為連續圖像和離散圖像兩類
圖像的數字化過程主要分為采樣、量化和編碼三個步驟

將圖像分割成像素集合有很多方法，最常用的是正方形點陣，除此之外還有正三角形點陣、正六角形點陣等

圖像數字化過程示意圖如下：

2.1.1 圖像采樣

圖像的空間坐標的離散化稱為空間采樣，灰度的離散化稱為灰度量化，采樣分為均勻采樣和量化、非均勻采樣和量化

一般來說，圖像細節越多，采樣間隔越小，根據一位采樣定理，若一維信號\(g(t)\)的最大頻率為\(\omega\)，則用\(T≤1/2\omega\)為間隔進行采樣候，根據采樣結果\(g(i,T)(i=\cdots-1,0,1,\cdots)\)能完全恢復\(g(t)\)，即

\[g(t)=\sum_{m=-\infty}^{\infty} {g(iT)s(t-iT)} \]

\[s(t)=\frac{\sin(2\pi\omega t)}{2\pi\omega t} \]

2.1.2 圖像量化

采樣后圖像在空間分布上是離散的，但像素的取值還是連續的，圖像量化就是將采樣區域內表達亮暗的連續點離散化，並用數值表示

2.1.3 抽樣和量化參數的選擇

1. 量化級數一定時，抽樣點數減少，則圖像的塊狀效應越明顯
2. 圖像抽樣點一定時，隨着量化等級減少，圖像逐漸失去灰度平滑變化的特點，出現假輪廓

2.2 數字圖像的數值描述

一幅圖像\(f\)可以定義為一個二維函數\(f(m,n)\)，其中\((m,n)\)是空間（平面）坐標
\(f(M,N)\)可表示該點的強度或灰度，簡稱為像素值，圖像的坐標系以左上為原點

2.3 直方圖

灰度直方圖可以統計出圖像中各個灰度值的像素數，反映了圖像中不同像素值出現的頻數，沒有反映某一灰度像素所在位置，丟失了位置信息，即不同圖像可能會有相同的直方圖

因為圖像數字化需要采樣和量化，所以圖像的直方圖覆蓋的灰度值有可能不能完全表達圖像的細節，就會降低圖像質量，所以應恰當利用圖像數字化時的參數，使數字化后的圖像直方圖可以完全覆蓋圖像的灰度值

2.4 數字圖像的文件格式及參數

1. BMP格式
2. JPEG格式
3. GIF格式
4. PNG格式
5. PSD格式
6. TIFF格式
7. CDR格式

2.5 灰度圖像的灰度級分辨率

取樣值是決定圖像空間分辨率的主要參數
灰度級分辨率是指在灰度級別中可分辨的最小變化，基於硬件的考量，灰度級數通常是2的整數次冪，大多數取8bit，在某些特殊灰度增強的應用場合時可用到16bits

2.6 圖像像素間的關系

2.6.1 相鄰像素

一個像素點p有着4個水平和垂直的相鄰像素

2.6.2 鄰接性、連通性、區域和邊界

確定兩個像素是否立案弄，就需要確定它們是否相鄰以及其灰度值是否滿足特定的相似性准則，通常考慮三種類型的鄰接性：

1. 4鄰接：如果\(q\)在\(N_4(p)\)集中，則具有\(V\)中數值的兩個像素\(p\)和\(q\)是4鄰接的。
2. 8鄰接：如果\(q\)在\(N_8(p)\)集中，則具有\(V\)中數值的兩個像素\(p\)和\(q\)是8鄰接的。
3. m鄰接（混合鄰接）：如果\(q\)在\(N_4(p)\)集中，或者\(q\)在\(N_D(p)\)中,且集合\(N_4(p)\bigcap N_4(q)\)沒有\(V\)值像素，則具有\(V\)值的像素點\(p\)和\(q\)是m鄰接的。

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后面還有2.6.3 像素點距測量、2.7線性與非線性的計算。這兩個我沒看懂，也不好做筆記，有書的朋友可以自己去了解以下！😊