数字图像处理技术基础知识
第二章 数字图像处理技术基础知识
数字图像处理(Digital Image Processing)又称为计算机图像处理，它是指利用计算机对图像信号进行处理的过程。数字图像处理技术起源于20世纪20年代，当时通过海底电缆从英国的伦敦到美国的纽约采用数字压缩技术传输了第一幅数字照片。此后，由于遥感等领域的应用，使数字图像处理技术逐步受到关注并得到相应的发展。第3代计算机问世后，数字图像处理技术开始得到普遍应用，其中比较突出的成就是CT的发明与应用，获得了诺贝尔奖。目前，数字图像处理科学与技术发展迅速，成为很多领域和学科的学习和研究对象。
2.1 数字图像相关概念 2.1.1数字图像
数字图像是由像素组成的二维矩阵。对于单色即灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值来表示，通常数值范围在0—255之间，即可以用一个字节来表示，0表示黑、255表示白，而其他表示灰度。
一般来说从客观景物得到的图像是二维的，可以用一个二维数组f(x,y)来表示，这里x与y表示二维空间中一个坐标点的位置，而f(x,y)则是代表图像在点(x,y)的某种性质的数值。为了能用计算机对图像进行加工，需要把连续的图像在坐标空间(x,y)和性质空间F都离散化，这种离散化以后的图像就是数字图像，图像中的每个基本单元叫做图像元素，简称像素。一幅图像必须在空间和灰度上都离散化才能被计算机处理，空间坐标的离散化叫做空间采样。假设用一个m×n维的数组中等距的采样来近似表示一幅连续图像f(x,y)，即：
f(x,y)=
(2-1)
其中每个元素都是一个离散变量，式(2-1)等号右侧的矩阵代表数字图像，数组的每个元素即对应像素。由此可见，计算机对图像的处理实际上是对组成图像的像素进行操作。
彩色图像可以用红、绿、蓝三元组的二维矩阵来表示。通常，三元组的每个数值也是在0—255之间，0表示相应的基色在该像素中不存在，而255则代表相应的基色再改像素中取得最大值，这种情况下每个像素可用3个字节来表示。
- 5 -
数字图像处理技术基础知识
数字图像在计算机中进行存储时有多种存储格式，比较常见的有BMP、JPG、GIF、TGA、TIF等格式。其中BMP文件是windows操作系统推荐使用的图像文件格式并且被广泛使用，它是将内存或显示器的图像数据不经过压缩而直接按位存储，故而称为位图文件。从客观景物得到的图像在计算机中存储时都是默认存储为BMP格式，其它格式的图片都是将BMP文件通过压缩等变换后转化而来的，因此BMP文件被称为图像处理的基础格式文件。由于BMP文件是采用位映射方式进行存储，除了图像深度可选以外，不进行其它任何形式的压缩，因此BMP文件所占用的内存空间较大。但是这种特殊的存储方式非常有利于对图像进行各种形式的处理，所以本系统采集的图像都是以BMP格式进行存储。
BMP文件由位图文件头、位图信息和像素数据3部分组成，位图信息又是由位图信息头和调色板组成，如图2-1所示。其中，位图文件头、位图信息头是固定长度，分别为14和40字节，调色板数据的多少与图像所用的色彩数有关，它的字节数是色彩数的4倍，但真彩色图像的BMP文件中没有调色板数据。每个调色板单元的前3字节分别表示彩色的蓝、绿、红分量，第4字节备用。像素数据则存储在最后面。
位图文件头（14字节） 位图信息 位图信息头（40字节） 调色板数据(8、64或1024字节) 真彩色图像无调色板 像素数据
图2-1 BMP文件图像结构
在实际使用中，BMP文件又分为DDB格式和DIB格式两种。DDB格式，即Device Dependent Bitmap，是与设备有关的文件格式，用其存储与某个显示设备或打印设备内存兼容的不压缩图像，但由于其依赖于硬件设备，因此并不常用；DIB格式，即Device Independent Bitmap，是与设备无关的文件格式，它本身自带有颜色信息，颜色表管理非常容易，具有极