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彩色图像的灰度化处理.docx
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沈阳理工大学数字图像处理课程设计
第 1 章 绪 论
1.1 数字图像
数字图像,又称数码图像或数位图像,是二维图像用有限数字数值像素的表
示。数字图像是由模拟图像数字化得到的、以像素为基本元素的、可以用计算机
或数字电路存储和处理的图像。
像素(或像元,Pixel)是数字图像的基本元素,像素是在模拟图像数字化时
对连续空间进行离散化得到的。每个像素具有整数行(高)和列(宽)位置坐标,
同时每个像素都具有整数灰度值或颜色值。
通常,像素在计算机中保存为二维整数数阻的光栅图像,这些值经常用压缩
格式进行传输和储存。数字图像可以许多不同的输入设备和技术生成,例如数码
相机、扫描仪、坐标测量机、seismographic profiling、airborne radar 等等,也可
以从任意的非图像数据合成得到,例如数学函数或者三维几何模型,三维几何模
型是计算机图形学的一个主要分支。数字图像处理领域就是研究它们的变换算
法。
1.2 设计平台
本次设计采用的平台是 MATLAB 7.0。MATLAB 编程语言被业界称为第四
代计算机语言,它允许按照数学推导的习惯编写程序。MATLAB7.0的工作环境
包括当前工作窗口、命令历史记录窗口、命令控制窗口、图形处理窗口、当前路
径选择菜单、程序编辑器、变量查看器、模型编辑器、GUI 编辑器以及丰富的函
数库和 MATLAB附带的大量 M 文件。
MATLAB是由美国 Math Works公司生产的一个为科学和工程计算专门设计
的交互式大型软件,是一个可以完成各种计算和数据处理的、可视化的、强大的
计算工具。它集图示和精确计算于一身,在应用数学、物理、化工、机电工程、
医药、金融和其他需要进行复杂计算的领域得到了广泛应用。MATLAB 作为一
种科学计算的高级语言之所以受欢迎,就是因为它有丰富的函数资源和工具箱资
源,编程人员可以根据自己的需要选择函数,而无需再去编写大量繁琐的程序代
码,从而减轻了编程人员的工作负担,被称为第四代编程语言。
在 MATLAB设计环境中,图像处理工具箱提供一套全方位的参照标准算法
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和图形工具,用于进行图像处理、分析、可视化和算法开发。可用其对有噪声图
像或退化图像进行去噪声或还原、增强图像以获得更高清晰度、提取特征、分析
形状和纹理以及对 两 个图像 进 行匹配 。 工具箱中 大部分 函数均以开 放式
MATLAB 语言编写。这意味着可以检查算法、修改源代码和创建自定义函数。
图像处理工具箱在生物测定学、遥感、监控、基因表达、显微镜技术、半导体测
试、图像传感器设计、颜色科学及材料科学等领域为工程师和科学家提供支持。
它也促进了图像处理技术的教学。
1.3 发展前景
在计算机领域中,灰度数字图像是每个像素只有一个采样颜色的图像。这类
图像通常显示为从最暗的黑色到最亮的白色的灰度,尽管理论上这个采样可以是
任何颜色的不同深浅,甚至可以是不同亮度上的不同颜色。灰度图像与黑白图像
不同,在计算机图像领域中黑白图像只有黑色与白色两种颜色;灰度图像在黑色
与白色之间还有许多级的颜色深度。但是,在数字图像领域之外, “黑白图像”
也表示“灰度图像”,例如灰度的照片通常叫做“黑白照片”。在一些关于数字图像
的文章中单色图像等同于灰度图像,在另外一些文章中又等同于黑白图像。
彩色图像的灰度化技术在现代科技中应用越来越广泛 , 例如人脸目标的检
测与匹配以及运动物体目标的监测等等, 在系统预处理阶段, 都要把采集来的彩
色图像进行灰度化处理, 这样既可以提高后续算法速度, 而且可以提高系统综合
应用实效, 达到更为理想的要求。因此研究图像灰度化技术具有重要意义。
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第 2 章 设计原理
将彩色图转化成为灰度图的过程称为图像的灰度化处理。彩色图像中的每个
像素的颜色有 R、G、B 三个分量决定,而每个分量有 255 个中值可取,这样一
个像素点可以有 1600 多万(255*255*255)的颜色的变化范围。而灰度图像是 R、
G、B 三个分量相同的一种特殊的彩色图像,其中一个像素点的变化范围为 255
种,所以在数字图像处理中一般先将各种格式的图像转变成灰度图像以使后续的
图像的计算量变得少一些。灰度图像的描述与彩色图像一样仍然反映了整幅图像
的整体和局部的色度和亮度等级的分布和特征。
在 RGB 模型中,如果 R=G=B 时,则彩色表示一种灰度颜色,其中 R=G=B
的值叫做灰度值。因此,灰度图像每个像素只需一个字节存放灰度值(又称强度
值、亮度值),灰度范围为 0-255。本设计采用三种方法对图像进行灰度化处理。
a) 加权平均法
根据重要性及其它指标,将三个分量以不同的权值进行加权平均。由于人眼
对绿色的敏感最高,对蓝色敏感最低,因此,对 RGB 三分量进行加权平均能得
到较合理的灰度图像。
b) 平均值法
求出每个像素点的 R、G、B 三个分量的平均值,然后将彩色图像中的这个
平均值赋予给这个像素的三个分量。
c) 最大值法
将彩色图像中的三分量亮度的最大值作为灰度图的灰度值。
本课程设计分别采用了以上三种设计方案,即加权平均法、平均值法和最大
值法。在 MATLAB中,通过编程实现了彩色图像的灰度化处理。
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