图像处理

 

常用图像格式

1. BMP

   Microsoft Windows所定义的文件格式，最早应用在微软公式的Micosoft Windows窗口系统中。具有一下特点：

   • 只存放一幅图像；
   • 只能存储单色、16色、256色和真彩色（RGB）4种图像数据；
   • 图像数据有压缩和非压缩两种处理方式；
   • 调色板的数据存储格式不固定，与文件头的某些具体参数（如像素位bbp、压缩算法等）密切相关。其中，Windows设有RLE4和RLE8两种压缩方式。

    

   BMP图像文件的文件结构分为表头（54byte）、调色板（RGB无）、图像数据三部分。

   typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

   WORD bfType; //Specifies the file type, must be BM

   DWORD bfSize; //Specifies the size, in bytes, of the bitmap file

   WORD bfReserved1; //Reserved; must be zero

   WORD bfReserved2; //Reserved; must be zero

   DWORD bfOffBits; //Specifies the offset, in bytes, from the beginning of the BITMAPFILEHEADER structure to the bitmap bits

   } BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;

    

2. GIF（Graphics Interchanger Format）

   最初由CompuServe公司在网络中用于在线传输图像数据。经常用于网页的动画、透明等特9技制作。具有一下特点：

   • 具有多元化结构，能够存储多张图像；
   • 调色板具有通用调色板和局部调色板之分；
   • 采用了LZW压缩法；
   • 图像数据一个byte存储一个pixel；
   • 图像数据具有顺序排列和交叉排列两种方式；
   • 最多只能存储256色图像。

    

   GIF图像文件结构一般由表头、通用调色板、图像数据区（可选）以及4个补充区（可选）组成。

    

3. TIF（Tag Image File Format）

   现有图像格式中最复杂的一种，由Aldus和微软开发设计，提供了各种信息存储的完备手段。其主要特点：

   • 应用指针实现多幅图像存储；
   • 除规定表头必须在文件前端，标记信息区和图像数据库可随意存放；
   • 接受RBB之外的CMYK、YcbCr等多种图像模式
   • 可存储多份调色板数据；
   • 提供多种不同的数据压缩方法；
   • 图像数据可分割成几部分分别存档。

    

   TIF图像文件主要由表头、标识信息区和图像数据区三部分组成。

    

4. JPEG（Joint Photographic Experts Group）

   全称为“连续色调静态图像的数字压缩和编码”。

   JPEG标准只是定义了一个规范的编码数据流，并没有规定图像数据文件的格式。其特点有：

   • 既可用于灰度图像又可用于彩色图像
   • 采用离散余弦变换、量化、行程与哈夫曼编码等技术
   • 支持无损（压缩比2:1）和有损（压缩比20:1和25:1且没有明显的品质退化）
   • Motion JPEG-->Motion Video JPEG
   • 算法与彩色空间无关，处理的彩色图像是单独的彩色分量图像。
   • JPEG在使用DCT进行有损压缩时，压缩比可调整

    

   图像类型

   图像类型指数组数值与像素颜色之间定义的关系。

1. 二进制图像

   每个像素将取（0、1）中的一个，使用unit8或双精度类型的数组类存储。

2. 索引图像

   把像素值直接作为RGB调色板下标。在Matlab 7.0中，索引图像包含一个数据矩阵X（unit8、unit16或双精度）和一个颜色映射矩阵map（m×3）

3. 灰度图像

   通常用一个unit8、unit16或双精度类型的数组来描述，其实质是一个数据矩阵I，数据代表了一定范围内的灰度级。通常0代表黑色，1、255或65635代表白色。

4. 多帧图像

   在Matlab 7.0中，它是一个四维数组，其中第四维用来指定帧的序号。

5. RGB图像

   尺寸为m×n的彩色图像来说，在Matlab 7.0中则存储为一个m×n×3的多维数据数组。

    

   图像类型转换

1. 图像颜色浓淡处理（图像抖动）
   • X = dither( RGB, map )
   • X = dither( RGB, map, Qm, Qe )：Qm表示沿每个颜色轴反转颜色图的量化的位数，Qe表示颜色空间计算误差的量化位数。如果Qe＜Qm，则不进行抖动操作。
2. 灰度图像与索引图像互转
   • [ X, map ] = gray2ind( I, n )
   • I = ind2gray( X, map )
3. RGB图像转换为灰度图像
   • I = rgb2gray( RGB )
   • Newmap = rgb2gray( map )
4. RGB图像与索引图像互转
   • [ X, map ] = rgb2ind( RGB )
   • [ X, map ] = rgb2ind( RGB, tol )：均匀量化法，tol去0.0～1.0
   • [ X, map ] = rgb2ind( RGB, n )：最小方差量化方法，map中包括至少n种颜色
   • X = rgb2ind( RGB, map )：颜色图近似法
   • RGB = ind2rgb( X, map )
5. 通过阈值化方法将图像转换为二值图像
   • BW = im2bw( I, level )：level为给定阈值，取值范围为[0,1]
6. 通过阈值化方法从灰度图像产生二值图像
   • X = grayslice( I, n )：均匀量化为伪彩色图像
   • X = grayslice( I, v )：v为阈值向量
7. 将矩阵转换为灰度图像
   • I = mat2gray( X, [xmin, xmax] )

    

   图像的显示

1. 标准图像显示技术
   • imshow( … )
2. 特殊图像现实技术
   1. 添加颜色条

   RGB = imread('saturn.png');

   I = rgb2gray(RGB);

   h = [1 2 1; 0 0 0; -1 -2 -1];

   I2 = filter2(h, I);

   imshow(I2,[]),colorbar

    

   2. 显示多帧图像阵列

   Matlab 7.0支持的多帧图像的文件格式包括HDF和TIFF两种。

   %定义一个4维矩阵

   mri = uint8(zeros(128,128,1,27));

   for frame=1:27

   [mri(:,:,:,frame),map] = imread('mri.tif',frame);

   end

   %多帧显示

   montage(mri,map);

    

   3. 纹理映射

   Matlab 7.0提供了一个对图像进行纹理映射处理的函数warp，使之显示在三维空间中，三维空间的面可以是柱面、球面以及自定义的三维曲目。

   [x,y, z] = cyliner;

   I = imread( 'test.png' );

   warp( x, y, z, I );