一、基础概念1.图像本质定义“图”物体反射、透射光线在空间的客观物理分布“像”人眼接收光信号后在大脑中形成的主观感知与解读视觉数据占比人类获取外界信息83% 来自视觉是机器视觉研究的核心依据成像本质区别人眼成像 客观光信号 人脑主观修正相机 / 工业相机成像 纯客观光强采集无主观偏差适合机器检测。2.广义图像范围所有可被可视化的物理信号都属于图像日常照片、绘画、X 光片、B 超超声图、MRI 脑部核磁、心电图、红外热成像、雷达扫描图、卫星云图。3.模拟图像、数字图像1模拟图像连续图像数学表达式f(x,y)f(x,y)f(x,y)(x、y)(x、y)(x、y)空间坐标可以取任意实数fff坐标点亮度 / 灰度 / 色度连续不间断局限性无法直接存入计算机、无法做算法运算。2数字图像离散图像数学表达式I(r,c)I(r,c)I(r,c)rrr 行号、ccc 列号、III 像素灰度值全部为整数本质二维整数矩阵计算机以数组形式存储、处理示例灰度图像矩阵二、数字图像六大分类1.二值图像黑白图像像素仅两个取值0黑色、1白色无任何灰度过渡矩阵示例机器视觉用途轮廓提取、ROI 掩码、二维码 / 条码识别、工件有无判断、形态学腐蚀膨胀操作。2.灰度图像单通道图像取值范围8bit 标准 0 ~ 2550 纯黑255 纯白中间数值为连续过渡灰色存储仅 1 个二维矩阵占用内存小矩阵示例机器视觉用途缺陷检测、边缘检测、尺寸测量、模板匹配工业项目最常用格式。3.RGB 真彩色图像三通道图像构成R 红、G 绿、B 蓝三个独立灰度通道叠加每个通道都是 0~255 灰度图存储结构三维数组高度×宽度×3矩阵示例常见色彩位深规格模式位分配可表达总颜色数256 色B:2bit G:3bit R:3bit256高彩色 16bitB:5bit G:6bit R:5bit65536真彩色 24bitR/G/B 各 8bit约 1670 万用途颜色分选、色差检测、外观颜色判定。4.索引图像原理图像矩阵只存调色板索引号通过索引查表colormap获取真实 RGB 值优点大幅压缩文件体积用途GIF 动图、嵌入式低算力设备、老旧图片格式。5.伪彩色图像原理将灰度值映射为不同颜色人为上色用途红外图、热力图、医学影像可视化增强人眼辨识度。6.三维图像表达空间高度信息3D 点云、曲面高度矩阵用途3D 机器视觉、高度差检测、体积测量、平整度检测。三、其他分类维度补充按存在形式可见图像可见光照片、图纸不可见物理图像红外、雷达、超声、X 光、MRI 核磁。按时间维度静态图像单张图片动态图像视频帧序列连续多张图像。按空间维度二维平面图像三维深度图像。MATLAB 实操代码1.图像基础读取与显示% 读取彩色图片 I imread(lenac.bmp); % 窗口显示图像 imshow(I);2.彩色图转为灰度图I imread(lenac.bmp); G rgb2gray(I); % 转换公式Y 0.299R 0.587G 0.114B imshow(G); imwrite(G,lenag.bmp); % 保存灰度图3.灰度 / 彩色图转为二值黑白图I imread(lenac.bmp); G rgb2gray(I); BW im2bw(G); % 阈值分割得到二值图 imwrite(BW,lena_bw.bmp);4.图像数据类型查看whos % 查看矩阵维度、字节、数据类型 % I: 256×256×3 uint8 彩色图 % G: 256×256 uint8 灰度图 % BW:256×256 logical 二值图5.MRI 多帧索引图像读取三维序列图像load mri; % 载入脑部核磁多帧数据 imshow(D(:,:,7),map); % 显示第7帧单张切片 figure,montage(D,map) % 一窗口拼接所有切片注意二值图只有 0 和 1灰度图是 0~255 连续值不要混淆灰度图单通道计算量最小工业检测优先选用RGB 三通道适合颜色检测rgb2gray加权公式是人眼视觉敏感度加权不是简单平均值索引图像靠颜色表映射本身不直接存储 RGB 数值MRI 多帧图像属于 4 维数组对应三维空间切片是 3D 视觉基础案例。