1.1 数字图像处理基础

概述：数字图像处理是基于画面进行二维或三维物体模型的重建，利用计算机技术对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征的方法或技术。
一般来讲，图像处理的目的有三种：

(1).提高图像的视觉感知质量，如进行图像的亮度增强，彩色变换，对图像进行几何变换，增强图像质量等。

(2).提取图像中的所包含的某些特征或特殊信息，这些被提取的特征或信息往往为计算机分析图象提供便利，提取特征或信息的过程是模式识别或计算机视觉的预处理，提取的特征可以包括很多方面，如频域特征，灰度或颜色特征、边界特征、区域特征、纹理特征、形状特征、拓补特征和关系结构等。

(3).图像数据的变换、编码或压缩，以便图像的存储和运输。

概念辨析:图像与图形的不同

图像：较为直观，信息量大，数据格式由不同光度值组成，位置按规则排列，坐标值隐含。
图形：由指令集合组成，指令由位置、形状、颜色等描述，记录的是坐标值，颜色隐含，统一描述，显示时执行命令，转变为屏幕上所显示的形状和颜色。

空间分辨率与灰度分辨率

空间分辨率：即图像数字化的空间精细程度。
灰度分辨率：即颜色深度，表示每一像素的颜色值所占的二进制位数，颜色深度越大，则能表示的颜色数目越多。

1.2 数字图像处理技术

1.图像的获取，表示和表现；模拟图像转化为数字形式；
2.图像复原
3.图像增强
4.图像分割
5.图像分析
6.图像重建
7.图像压缩编码

2.图像复原;当造成图像退化的原因已知时，利用复原技术进行校正，使它恢复原貌。
复原的关键是建立“模型”，复原技术是基于合理的模型与数据的图像恢复，其目的是消除退化的影响，从而产生一个等价于理想成像系统所获得的图像。
即：恢复原貌；

3.图像增强：不针对退化，只能通过实验和分析误差，选择一种合适的方法，强调改善图像的视觉效果，将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征。

4.图像分割：为达到识别和理解的目的，按照一定规则将图像分割成区域（物体），是图像处理到图像分析的关键一步。

5.图像重建：图像重建输入是数据，而经过处理之后得到的结果是图像。通过物体外部测量的数据，经数字处理获得三维物体的形状信息的技术。

6…图像压缩：压缩存储格式，减少数据存储量，降低数据量以减少传输带宽，压缩信息量，便于特征提取，为后续识别做准备。

1.3 图像处理一般流程

在这里插入图片描述

1.4 图像变换案例分析（如真彩色图像转换为灰度图像）

1.4.1 将一副真彩色图像转化为灰度图像

代码片：

close all;   %关闭所有图形窗口
clear all;   %清空工作室变量
clc;         % 清屏
X = imread('football.jpg');   %读取文件格式为.jpg，文件名为football的图像
I = rgb2gray(X);              %将RGB图像转换为灰度图像
set(0,'defaultFigurePosition',[100,100,1000,500]); %修改图形图像位置的默认设置
set(0,'defaultFigureColor',[1,0,1]); %修改图形背景颜色的设置
subplot(121),imshow(X);             %显示RGB图像
subplot(122),imshow(I);             %显示转换后的灰度图像

运行结果：
在这里插入图片描述

1.4.2 输入颜色映射表，利用函数rgb2gray()生成灰度图像

close all;             %关闭当前所有图形窗口
clear all;             %清空工作空间变量
clc;                   %清屏
[X,map] = imread('trees.tif');   %读取原图像信息
newmap = rgb2gray(map);          %将彩色颜色映射表转换为灰度颜色映射表
set(0,'defaultFigurePosition',[100,100,1000,500]); %修改图形图像位置的默认设置
set(0,'defaultFigureColor',[1,1,1]);               %修改图形背景颜色的设置
subplot(121),imshow(X,map);
subplot(122),imshow(X,newmap);

运行结果：

1.4.3 将索引图转换为真彩色图像

close all;
clear all;
clc;
[X,map] = imread('kids.tif');               %读取图像信息
RGB = ind2rgb(X,map);                       %将索引图转换为真彩色图像  8位到24位
set(0,'defaultFigurePosition',[100,100,1000,500]); %修改图形图像位置的默认设置
set(0,'defaultFigureColor',[1,1,1]);               %修改图形背景颜色的设置
figure, imshow(X,map);                %展示原图像
figure, imshow(RGB);                  %展示真彩色图

在这里插入图片描述

从上面两张图可以看出，第一张为索引图，第二张为真彩色图，真彩色图和索引图差别不是很大，二者分别是24位，8位。

1.4.4 灰度图像转化为二值图像

1.level为0.4与0.6对比：

close all;
clear all;
clc;
I = imread('rice.png');
bw1 = im2bw(I,0.4); %将灰度图像转换为二值图像，level值为0.4
bw2 = im2bw(I,0.6); %将灰度图像转换为二值图像，level值为0.6
set(0,'defaultFigurePosition',[100,100,1000,500]); %修改图形图像位置的默认设置
set(0,'defaultFigureColor',[1,1,1]);               %修改图形背景颜色的设置
figure;
subplot(131),imshow(I);   %显示原图像
subplot(132),imshow(bw1); %显示level=0.4转换后的二维图像
subplot(133),imshow(bw2); %显示level=0.6转换后的二维图像

在这里插入图片描述
2.level为0.2与0.6对比

close all;
clear all;
clc;
I = imread('rice.png');
bw1 = im2bw(I,0.2); %将灰度图像转换为二值图像，level值为0.4
bw2 = im2bw(I,0.6); %将灰度图像转换为二值图像，level值为0.6
set(0,'defaultFigurePosition',[100,100,1000,500]); %修改图形图像位置的默认设置
set(0,'defaultFigureColor',[1,1,1]);               %修改图形背景颜色的设置
figure;
subplot(131),imshow(I);   %显示原图像
subplot(132),imshow(bw1); %显示level=0.4转换后的二维图像
subplot(133),imshow(bw2); %显示level=0.6转换后的二维图像

在这里插入图片描述

阈值level越小，输出图像白色调越重，level越大，黑色调越大。

1.4.5 将RGB图像转化为二值图像

1.level为0.4与0.6对比：

close all;
clear all;
clc;
I = imread('pears.png');
BW = im2bw(I,0.5);
set(0,'defaultFigurePosition',[100,100,1000,500]); %修改图形图像位置的默认设置
set(0,'defaultFigureColor',[1,1,1]); 			   %修改图形背景颜色的设置
figure;
subplot(121),imshow(I);
subplot(122),imshow(BW)

在这里插入图片描述