《數(shù)字圖像處理 第一章緒論》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)字圖像處理 第一章緒論（116頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、教學(xué)建議:本章教學(xué)安排本章教學(xué)安排2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)本課程的先修知識(shí)包括：學(xué)習(xí)本課程的先修知識(shí)包括：線性代數(shù)：矩陣的表示與運(yùn)算線性代數(shù)：矩陣的表示與運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理微機(jī)原理微機(jī)原理軟件技術(shù)基礎(chǔ)軟件技術(shù)基礎(chǔ)工程光學(xué)、光度學(xué)、色度學(xué)工程光學(xué)、光度學(xué)、色度學(xué)等。等。Click to edit Master title styleClick to edit Master subtitle style第一章緒論第一章緒論數(shù)字圖像處理目的數(shù)字圖像處理內(nèi)容數(shù)字圖像處理應(yīng)用n內(nèi)容提要內(nèi)容提要:數(shù)字圖像處理的數(shù)字圖像處理的目的與任務(wù)目的與任務(wù)數(shù)字?jǐn)?shù)字圖像處理的圖像處理的發(fā)展發(fā)展基本的圖像處理系統(tǒng)基本

2、的圖像處理系統(tǒng)圖像各種形式的表示圖像各種形式的表示圖像處理的圖像處理的目的和目的和任務(wù)任務(wù)圖像及數(shù)字圖像的概念圖像及數(shù)字圖像的概念基本的圖像處理系統(tǒng)基本的圖像處理系統(tǒng)數(shù)字圖像的表示數(shù)字圖像的表示MATLAB圖像處理工具箱的初步使用圖像處理工具箱的初步使用以及以及DSP與與圖像應(yīng)用圖像應(yīng)用。第一章第一章 緒緒 論論一、研究背景：一、研究背景： 當(dāng)今時(shí)代是信息化時(shí)代，而信息的數(shù)字化當(dāng)今時(shí)代是信息化時(shí)代，而信息的數(shù)字化也越來(lái)越為研究人員所重視。也越來(lái)越為研究人員所重視。地球數(shù)字化地球數(shù)字化帶帶來(lái)的任務(wù)，一方面要求來(lái)的任務(wù)，一方面要求處理對(duì)象的數(shù)字化處理對(duì)象的數(shù)字化，一方面要求一方面要求處理時(shí)的直觀性

3、處理時(shí)的直觀性。因此給我們帶。因此給我們帶來(lái)了許多的研究課題和研究方向。來(lái)了許多的研究課題和研究方向。二、圖像處理的目的、任務(wù)與特點(diǎn)n二二-1-1 圖像處理的目的圖像處理的目的n（1 1）提高圖像的視覺(jué)質(zhì)量提高圖像的視覺(jué)質(zhì)量，以提供人眼主觀滿意或較滿意的效果。以提供人眼主觀滿意或較滿意的效果。n（2 2）提取圖像中目標(biāo)的某些特征提取圖像中目標(biāo)的某些特征，便于計(jì)算機(jī)分析或機(jī)器人識(shí)別，便于計(jì)算機(jī)分析或機(jī)器人識(shí)別。n（3 3）為了存儲(chǔ)和傳輸龐大的圖像和視頻信息，常常對(duì)這類數(shù)據(jù)進(jìn)行）為了存儲(chǔ)和傳輸龐大的圖像和視頻信息，常常對(duì)這類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮有效的壓縮。n（4 4）信息的可視化信息的可視化。n（5

4、 5）信息）信息安全的需要安全的需要。二-2、圖像處理的任務(wù)n圖像處理的主要任務(wù)：圖像處理的主要任務(wù)：n圖像獲取與數(shù)字化圖像獲取與數(shù)字化n圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)n圖像恢復(fù)圖像恢復(fù)n圖像重建圖像重建n圖像變換圖像變換n圖像編碼與壓縮圖像編碼與壓縮n圖像分割圖像分割等等等等二-3、數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)n1 1具有數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)共有的特點(diǎn)。如：具有數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)共有的特點(diǎn)。如：n（1 1）處理）處理精度高精度高。n（2 2）重現(xiàn)性能好重現(xiàn)性能好：數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于，數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于，它不會(huì)因圖像的存儲(chǔ)、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量它不會(huì)因圖像的存

5、儲(chǔ)、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。只要圖像在數(shù)字化時(shí)準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過(guò)的退化。只要圖像在數(shù)字化時(shí)準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過(guò)程始終能保持圖像的再現(xiàn)。程始終能保持圖像的再現(xiàn)。n（3 3）靈活性高靈活性高：數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)非數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來(lái)表達(dá)的一切運(yùn)算均可線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來(lái)表達(dá)的一切運(yùn)算均可用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)。n2 2數(shù)字圖像處理后的圖像可能是供人觀察和評(píng)價(jià)的，也可能作為機(jī)數(shù)字圖像處理后的圖像可能是供人觀察和評(píng)價(jià)的，也可

6、能作為機(jī)器視覺(jué)的預(yù)處理結(jié)果。器視覺(jué)的預(yù)處理結(jié)果。n3 3數(shù)字圖像處理技術(shù)數(shù)字圖像處理技術(shù)的的適用面寬。適用面寬。原始模擬圖像可以來(lái)自多種原始模擬圖像可以來(lái)自多種信息源，它們可以是可見(jiàn)光圖像，也可以是不可見(jiàn)的波譜圖像信息源，它們可以是可見(jiàn)光圖像，也可以是不可見(jiàn)的波譜圖像、超聲波圖像或紅外圖像、超聲波圖像或紅外圖像等等。n4數(shù)字圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)數(shù)字圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)（涉及通信、計(jì)算機(jī)、電子、電（涉及通信、計(jì)算機(jī)、電子、電視、數(shù)學(xué)、物理等等）視、數(shù)學(xué)、物理等等）。n5、圖像信息理論與通信理論密切相關(guān)：圖像信息理論與通信理論密切相關(guān)：通信研究的是一維時(shí)間通信研究的是一維時(shí)間信息、時(shí)間域和頻率域的

7、問(wèn)題；圖像研究的是二維空間信息、信息、時(shí)間域和頻率域的問(wèn)題；圖像研究的是二維空間信息、空間域和空間頻率域之間的關(guān)系?？臻g域和空間頻率域之間的關(guān)系。n6、數(shù)字圖像處理與模擬方式處理圖像相比，也有一些不足之?dāng)?shù)字圖像處理與模擬方式處理圖像相比，也有一些不足之處，處，如如：n（1）數(shù)字圖像處理的信息大多是二維或二維以上的多維信息，）數(shù)字圖像處理的信息大多是二維或二維以上的多維信息，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量巨大量巨大。如一幅。如一幅256256低分辨率黑白圖像，要求約低分辨率黑白圖像，要求約64kbit的數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)量；對(duì)高分辨率彩色；對(duì)高分辨率彩色512512圖像，則要求圖像，則要求768kbit數(shù)據(jù)量；如果要處數(shù)

8、據(jù)量；如果要處理理30幀幀/秒的電視圖像序列，則每秒要求秒的電視圖像序列，則每秒要求500kbit22.5Mbit數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)量。因此對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、存儲(chǔ)容量等要求較高。因此對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、存儲(chǔ)容量等要求較高。n（2）數(shù)字圖像信號(hào)）數(shù)字圖像信號(hào)占用的頻帶較寬占用的頻帶較寬。如電視圖像的帶寬約。如電視圖像的帶寬約5.6MHz，而語(yǔ)音帶寬僅為，而語(yǔ)音帶寬僅為4kHz左右。所以在成像、傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯左右。所以在成像、傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上，技術(shù)難度較大，成本亦高，這就對(duì)頻帶壓縮示等各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上，技術(shù)難度較大，成本亦高，這就對(duì)頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要求技術(shù)提出了更

9、高的要求。n（3）處理費(fèi)時(shí)處理費(fèi)時(shí)。1. 1. 什么是圖像什么是圖像 圖像圖像是泛指照片、動(dòng)畫等等形成視覺(jué)景象的事物。是泛指照片、動(dòng)畫等等形成視覺(jué)景象的事物?！皥D圖”是物體投射或反射光的分布，是物體投射或反射光的分布，“像像”是人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖的是人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖的接受在大腦中形成的印象或反映。是接受在大腦中形成的印象或反映。是客觀客觀和和主觀主觀的結(jié)合。的結(jié)合。 圖象與圖象與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的圖形的區(qū)別是圖形的區(qū)別是：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是從建立數(shù)學(xué)模型到生成圖形，而圖象通常是指從外界產(chǎn)生是從建立數(shù)學(xué)模型到生成圖形，而圖象通常是指從外界產(chǎn)生的圖形。的圖形。圖像的分類：圖像的

10、分類：（1 1）按灰度分類：）按灰度分類：二值圖像和多灰度圖像二值圖像和多灰度圖像（2 2）按彩色分類：）按彩色分類：?jiǎn)紊珗D像和彩色圖像單色圖像和彩色圖像（3 3）按運(yùn)動(dòng)分類：）按運(yùn)動(dòng)分類：靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像（4 4）按時(shí)空分類：）按時(shí)空分類：二維圖像和三維圖像二維圖像和三維圖像三、數(shù)字圖像處理的概念三、數(shù)字圖像處理的概念 可見(jiàn)圖像（可見(jiàn)圖像（visible image）是指視覺(jué)系統(tǒng)）是指視覺(jué)系統(tǒng)可以直接看見(jiàn)的圖像。可以直接看見(jiàn)的圖像。 （1）可見(jiàn)圖像）可見(jiàn)圖像三三- - 2 2 圖像及其類型圖像及其類型 物理圖像（物理圖像（physical image）所反映的是）所反映的

11、是物體的電磁波輻射能。物體的電磁波輻射能。（3）數(shù)學(xué)圖像）數(shù)學(xué)圖像 數(shù)學(xué)圖像（數(shù)學(xué)圖像（mathematical image）指由連）指由連續(xù)函數(shù)或離散函數(shù)生成的抽象圖像。續(xù)函數(shù)或離散函數(shù)生成的抽象圖像。（2）物理圖像）物理圖像不同波段的圖像不同波段的圖像1 1、宇宙、宇宙 射線圖像射線圖像2 2、X X射線圖像射線圖像3 3、紫外線圖像、紫外線圖像4 4、可見(jiàn)光圖像、可見(jiàn)光圖像5 5、紅外線圖像、紅外線圖像6 6、無(wú)線電波圖像、無(wú)線電波圖像7 7、交流電波圖像、交流電波圖像 不同光照?qǐng)D像不同光照?qǐng)D像 不同類型的圖像不同類型的圖像1、3-D圖像圖像 6、深度圖、深度圖像像 2、彩色圖像、彩色圖

12、像 7、紋理圖像、紋理圖像 3、多光譜圖像、多光譜圖像 8、投影重建圖像、投影重建圖像 4、立體圖像、立體圖像 9、合成圖像、合成圖像 5、序列圖像、序列圖像 彩色圖像及其三個(gè)分量圖彩色圖像及其三個(gè)分量圖 三三-3 圖像的文件格式圖像的文件格式BMP文件格式文件格式：不經(jīng)過(guò)壓縮直接按位存盤的文件格式，稱為不經(jīng)過(guò)壓縮直接按位存盤的文件格式，稱為位圖（位圖（bitmapbitmap）。）。GIF文件格式文件格式：GIFGIF（graphic Interchange Formatgraphic Interchange Format）是由）是由CompuServeCompuServe公司設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的文

13、件存儲(chǔ)格式，公司設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的文件存儲(chǔ)格式，用于存儲(chǔ)圖形，用于存儲(chǔ)圖形，也可以用來(lái)存儲(chǔ)也可以用來(lái)存儲(chǔ)256256色圖像色圖像。擴(kuò)展名為擴(kuò)展名為. .gifgif。TIFF文件格式文件格式：TIFFTIFF（Tagged Image Tagged Image ）是相對(duì)經(jīng)典、功能很）是相對(duì)經(jīng)典、功能很強(qiáng)的圖像文件存儲(chǔ)格式，強(qiáng)的圖像文件存儲(chǔ)格式，擴(kuò)展名為擴(kuò)展名為tiftif或或tifftiff。JPEG文件格式文件格式：由（國(guó)際）聯(lián)合圖像專家組（由（國(guó)際）聯(lián)合圖像專家組（Joint Joint Photographic Experts GroupPhotographic Experts Group）提

14、出的）提出的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)文件格式靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)文件格式，是面向是面向常規(guī)彩色圖像及其它靜止圖像常規(guī)彩色圖像及其它靜止圖像的一種壓縮標(biāo)準(zhǔn)。的一種壓縮標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)展名為擴(kuò)展名為. .jpgjpg或或. .jpegjpeg。 DICOM文件格式文件格式：DICOM (Digital Imaging and DICOM (Digital Imaging and Communications inCommunications in Medicine)Medicine) 是是醫(yī)學(xué)圖像文件存儲(chǔ)格式醫(yī)學(xué)圖像文件存儲(chǔ)格式，為各類，為各類醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的存檔、傳輸和共享而起草和頒布的。醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的存檔、傳輸和共

15、享而起草和頒布的。DICOMDICOM格式支持幾乎所有的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像設(shè)備，例如格式支持幾乎所有的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像設(shè)備，例如CTCT、MRMR、DRDR、超聲、內(nèi)窺鏡、電子顯微鏡等，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)傳輸技超聲、內(nèi)窺鏡、電子顯微鏡等，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)傳輸技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)的主要組成部分。術(shù)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)的主要組成部分。DICOMDICOM文件的常見(jiàn)擴(kuò)展名文件的常見(jiàn)擴(kuò)展名為為. .DCMDCM。三三-3 圖像的文件格式圖像的文件格式三、數(shù)字圖像處理的概念三、數(shù)字圖像處理的概念1 模擬圖像（連續(xù)圖像）：自然界中的圖像模擬圖像（連續(xù)圖像）：自然界中的圖像都是連續(xù)的，在采用數(shù)字化表示和存儲(chǔ)處理都是連續(xù)的，

16、在采用數(shù)字化表示和存儲(chǔ)處理之前，圖像都是連續(xù)的，此時(shí)稱為模擬圖像之前，圖像都是連續(xù)的，此時(shí)稱為模擬圖像或連續(xù)圖像。或連續(xù)圖像。n2 數(shù)字圖像：由模擬圖像數(shù)字化或離散化得到的數(shù)字圖像：由模擬圖像數(shù)字化或離散化得到的 (a)原圖 (b)將原圖放大4倍 圖1.1 自然景物圖像 圖1.2 像素 圖像的數(shù)字化包括兩個(gè)主要步驟：圖像的數(shù)字化包括兩個(gè)主要步驟：采樣采樣和量化和量化圖像和像素圖像和像素一幅圖像可分解為許多個(gè)單元。每個(gè)基本單元叫一幅圖像可分解為許多個(gè)單元。每個(gè)基本單元叫做圖像元素，簡(jiǎn)稱像素（做圖像元素，簡(jiǎn)稱像素（pixelpixel）。）。三維圖象的象素又叫做體素三維圖象的象素又叫做體素(vox

17、el)(voxel)。圖像和像素圖像和像素?cái)?shù)字圖像處理中，一幅圖像一般可以用一個(gè)數(shù)字圖像處理中，一幅圖像一般可以用一個(gè)2-D2-D函函數(shù)數(shù)f f( (x x, , y y) )來(lái)表示（計(jì)算機(jī)中為一個(gè)來(lái)表示（計(jì)算機(jī)中為一個(gè)2-D2-D數(shù)組）。數(shù)組）。 n數(shù)字圖像數(shù)字圖像是指由被稱作象素的小塊區(qū)域組成的二維矩陣。將物理是指由被稱作象素的小塊區(qū)域組成的二維矩陣。將物理圖象行列劃分后，每個(gè)小塊區(qū)域稱為圖象行列劃分后，每個(gè)小塊區(qū)域稱為像素像素（picture element，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)稱稱pixel）每個(gè)像素包括兩個(gè)屬性：每個(gè)像素包括兩個(gè)屬性：位置和灰度。位置和灰度。在數(shù)字圖像領(lǐng)域，將圖像看成是許多大小相同

18、、形狀一致的像素在數(shù)字圖像領(lǐng)域，將圖像看成是許多大小相同、形狀一致的像素組成。組成。n對(duì)于單色即對(duì)于單色即灰度圖像灰度圖像而言，每個(gè)象素的亮度用一個(gè)數(shù)值來(lái)表示，而言，每個(gè)象素的亮度用一個(gè)數(shù)值來(lái)表示，通常數(shù)值范圍在通常數(shù)值范圍在0 0到到255255之間，即可用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示，之間，即可用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示，0 0表示黑、表示黑、255255表示白，而其它表示灰度級(jí)別。表示白，而其它表示灰度級(jí)別。 物理圖象及對(duì)應(yīng)物理圖象及對(duì)應(yīng) 的數(shù)字圖象的數(shù)字圖象物理圖像19643灰度像素?cái)?shù)字圖像采樣列采樣行圖片像素行間隔采樣列間隔灰階黑灰白0128255圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)灰 度 信 息數(shù) 字 化

19、數(shù) 字 化像 素11 24421112 78872115 85586116 85686116 87542115 84166114 83166112 611111 模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像n2.2.為什么需要數(shù)字圖像為什么需要數(shù)字圖像普通圖象包含的信息量巨大，需要使用計(jì)算機(jī)對(duì)圖普通圖象包含的信息量巨大，需要使用計(jì)算機(jī)對(duì)圖象進(jìn)行處理。因此，需要把普通圖象轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)象進(jìn)行處理。因此，需要把普通圖象轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字圖象。能處理的數(shù)字圖象?，F(xiàn)在的數(shù)碼相機(jī)可以直接地把現(xiàn)在的數(shù)碼相機(jī)可以直接地把視覺(jué)圖象變成數(shù)字圖象。視覺(jué)圖象變成數(shù)字圖象。數(shù)字圖象類似于光柵圖形，由有限行和有限列

20、組成。數(shù)字圖象類似于光柵圖形，由有限行和有限列組成。每個(gè)基本單元叫做一個(gè)象素每個(gè)基本單元叫做一個(gè)象素(pixel)(pixel)。1.2 數(shù)字圖像處理術(shù)語(yǔ)數(shù)字圖像處理術(shù)語(yǔ)數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理： 數(shù)字圖像處理（數(shù)字圖像處理（Digital Image ProcessingDigital Image Processing）又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，）又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利它是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程。數(shù)字圖像處理是一個(gè)由數(shù)字圖像處理是一個(gè)由圖像到圖像圖像到圖像的過(guò)程，將一幅圖像變?yōu)榱硪环倪^(guò)程，將一幅圖像變

21、為另一幅經(jīng)過(guò)修改的圖像。經(jīng)過(guò)修改的圖像。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)： 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)( (Computer Graphics，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱CG) )是一種使用數(shù)學(xué)算是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡(jiǎn)單地簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。計(jì)算機(jī)視覺(jué)：計(jì)算機(jī)視覺(jué)： 使計(jì)算機(jī)能夠觀察和理解自然景

22、物的系統(tǒng)。使計(jì)算機(jī)能夠觀察和理解自然景物的系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)視覺(jué)實(shí)際上就計(jì)算機(jī)視覺(jué)實(shí)際上就是圖像處理加圖像識(shí)別是圖像處理加圖像識(shí)別，要求采用十分復(fù)雜的處理技術(shù)，需要設(shè)計(jì)高，要求采用十分復(fù)雜的處理技術(shù)，需要設(shè)計(jì)高速的專用硬件。速的專用硬件。 數(shù)字信號(hào)處理與圖像處理是緊密相關(guān)學(xué)科數(shù)字信號(hào)處理與圖像處理是緊密相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理是逆過(guò)程計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理是逆過(guò)程 在更廣泛的意義上，數(shù)字圖像涵蓋任何用計(jì)算機(jī)來(lái)操作在更廣泛的意義上，數(shù)字圖像涵蓋任何用計(jì)算機(jī)來(lái)操作與圖像有關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)，與圖像有關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)，以及數(shù)字圖像處理和分析。以及數(shù)

23、字圖像處理和分析。數(shù)字化：數(shù)字化：將一幅圖像從原來(lái)的形式轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的處理過(guò)將一幅圖像從原來(lái)的形式轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的處理過(guò)程。程。掃描：掃描：對(duì)一幅圖像內(nèi)的給定位置尋址。在掃描過(guò)程中被尋址對(duì)一幅圖像內(nèi)的給定位置尋址。在掃描過(guò)程中被尋址的最小單元是圖像元素，即像素，對(duì)攝影圖像的數(shù)字化就是的最小單元是圖像元素，即像素，對(duì)攝影圖像的數(shù)字化就是對(duì)膠片上一個(gè)個(gè)小斑點(diǎn)的順序掃描。對(duì)膠片上一個(gè)個(gè)小斑點(diǎn)的順序掃描。采樣：采樣：在一幅圖像的每個(gè)像素位置上測(cè)量灰度值。在一幅圖像的每個(gè)像素位置上測(cè)量灰度值。量化量化：將測(cè)量的灰度值用一個(gè)整數(shù)表示。將測(cè)量的灰度值用一個(gè)整數(shù)表示。 1.2 數(shù)字圖像處理術(shù)語(yǔ)數(shù)字圖像處理術(shù)

24、語(yǔ) 一幅圖像可以看作是物體輻射能量的空間分布一幅圖像可以看作是物體輻射能量的空間分布，這個(gè)分布是空間坐標(biāo)、時(shí)間和波長(zhǎng)的函數(shù)，即，這個(gè)分布是空間坐標(biāo)、時(shí)間和波長(zhǎng)的函數(shù)，即 式中，（式中，（x,y,z）是空間坐標(biāo)；）是空間坐標(biāo)； 是波長(zhǎng)；是波長(zhǎng)；t是時(shí)間是時(shí)間；I是圖像強(qiáng)度。是圖像強(qiáng)度。這樣的表達(dá)式代表這是一幅這樣的表達(dá)式代表這是一幅活動(dòng)的活動(dòng)的、彩色的、立體、彩色的、立體圖像。圖像。 一幅一幅二維靜態(tài)單色平面二維靜態(tài)單色平面圖像可以用如下二維強(qiáng)圖像可以用如下二維強(qiáng)度函數(shù)（也稱為亮度函數(shù)）表示，即度函數(shù)（也稱為亮度函數(shù)）表示，即(, )Ifx y zt( ,)Ifx y三、圖像的表示三、圖像的表示

25、 三、數(shù)字圖像的表示方法三、數(shù)字圖像的表示方法yx對(duì)連續(xù)圖像對(duì)連續(xù)圖像f（x，y）進(jìn)行數(shù)字化進(jìn)行數(shù)字化空間上，圖像抽樣空間上，圖像抽樣幅度上，灰度級(jí)量化幅度上，灰度級(jí)量化 x x方向，抽樣方向，抽樣M M行行 y y方向，每行抽樣方向，每行抽樣N N點(diǎn)點(diǎn) 整個(gè)圖像共抽樣整個(gè)圖像共抽樣M MN N個(gè)像素點(diǎn)個(gè)像素點(diǎn)一般取一般取M=N=2n=64，128，256，512，1024，2048 三、數(shù)字圖像的表示方法三、數(shù)字圖像的表示方法n數(shù)字圖像常用矩陣來(lái)表示數(shù)字圖像常用矩陣來(lái)表示：NNNNfNfNfNfffNfffyxf) 1, 1( ) 1 , 1( ) 0 , 1( ) 1, 1 ( ) 1 ,

26、 1 ( ) 0 , 1 ( ) 1, 0 ( ) 1 , 0 ( ) 0 , 0 ( ),(x=0,1, ,N-1y=0,1, ,N-1f(i,j)=0255，（灰度級(jí)為256，設(shè)灰度量化為8bit）四、四、 數(shù)字圖像處理的三個(gè)層次數(shù)字圖像處理的三個(gè)層次 圖像工程三個(gè)層次圖像工程三個(gè)層次圖像處理圖像分析圖像理解像素目標(biāo)符號(hào)操作對(duì)象大小數(shù)據(jù)量低層中層高層語(yǔ)義抽象程度低高 數(shù)字圖像處理的三個(gè)層次數(shù)字圖像處理的三個(gè)層次n1. 圖像處理：圖像處理：對(duì)圖像進(jìn)行各種加工，以改善圖像的視覺(jué)效果；對(duì)圖像進(jìn)行各種加工，以改善圖像的視覺(jué)效果；強(qiáng)調(diào)圖像之間進(jìn)行的變換；強(qiáng)調(diào)圖像之間進(jìn)行的變換；圖像處理是一個(gè)從圖像處

27、理是一個(gè)從圖像到圖像圖像到圖像的過(guò)程。的過(guò)程。 從計(jì)算機(jī)處理的角度可以由高到低將數(shù)從計(jì)算機(jī)處理的角度可以由高到低將數(shù)字圖像分為三個(gè)層次。這三個(gè)層次覆蓋了圖字圖像分為三個(gè)層次。這三個(gè)層次覆蓋了圖像處理的所有應(yīng)用領(lǐng)域。像處理的所有應(yīng)用領(lǐng)域。n2. 圖像分析：圖像分析：對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行提取對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行提取和分割，獲得目標(biāo)的客觀信息（特點(diǎn)或性質(zhì)），和分割，獲得目標(biāo)的客觀信息（特點(diǎn)或性質(zhì)），建立對(duì)圖像的描述。建立對(duì)圖像的描述。n以觀察者為中心研究客觀世界；以觀察者為中心研究客觀世界；n圖像分析是一個(gè)從圖像分析是一個(gè)從圖像到數(shù)據(jù)圖像到數(shù)據(jù)的過(guò)程的過(guò)程。n圖像處理圖像處理側(cè)重于信號(hào)處理方

28、面的研究，比如圖像側(cè)重于信號(hào)處理方面的研究，比如圖像對(duì)比度的調(diào)節(jié)、圖像編碼、去噪以及各種濾波的對(duì)比度的調(diào)節(jié)、圖像編碼、去噪以及各種濾波的研究。但是研究。但是圖像分析圖像分析更側(cè)重點(diǎn)在于研究圖像的內(nèi)更側(cè)重點(diǎn)在于研究圖像的內(nèi)容，包括但不局限于使用圖像處理的各種技術(shù)，容，包括但不局限于使用圖像處理的各種技術(shù)，它更傾向于對(duì)圖像內(nèi)容的分析、解釋和識(shí)別。它更傾向于對(duì)圖像內(nèi)容的分析、解釋和識(shí)別。n3. 圖像理解：圖像理解：研究圖像中各目標(biāo)的性研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的相互質(zhì)和它們之間的相互聯(lián)系；得出對(duì)聯(lián)系；得出對(duì)圖像內(nèi)容含義圖像內(nèi)容含義的理解及原來(lái)客觀場(chǎng)的理解及原來(lái)客觀場(chǎng) 景的解釋；景的解釋；n以客

29、觀世界為中心，借助知識(shí)、經(jīng)以客觀世界為中心，借助知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)來(lái)推理、認(rèn)識(shí)客觀世界，屬于高驗(yàn)來(lái)推理、認(rèn)識(shí)客觀世界，屬于高層操作（符號(hào)運(yùn)算）。層操作（符號(hào)運(yùn)算）。n可見(jiàn)，圖像處理、圖像分析和圖像理解是處在三個(gè)抽象程可見(jiàn)，圖像處理、圖像分析和圖像理解是處在三個(gè)抽象程度和數(shù)據(jù)量各有特點(diǎn)的不同層次上。度和數(shù)據(jù)量各有特點(diǎn)的不同層次上。圖像處理是比較低層圖像處理是比較低層的操作，的操作， 它主要在圖像像素級(jí)上進(jìn)行處理它主要在圖像像素級(jí)上進(jìn)行處理， 處理的數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)量非常大。量非常大。圖像分析則進(jìn)入了中層圖像分析則進(jìn)入了中層，分割和特征提取把原，分割和特征提取把原來(lái)以像素描述的圖像轉(zhuǎn)變成比較簡(jiǎn)潔的非圖像形式

30、的描述。來(lái)以像素描述的圖像轉(zhuǎn)變成比較簡(jiǎn)潔的非圖像形式的描述。圖像理解主要是高層操作圖像理解主要是高層操作， 基本上是對(duì)從描述抽象出來(lái)的基本上是對(duì)從描述抽象出來(lái)的符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，其處理過(guò)程和方法與人類的思維推理有許符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，其處理過(guò)程和方法與人類的思維推理有許多類似之處。多類似之處。 根據(jù)本課程的任務(wù)和目標(biāo)，根據(jù)本課程的任務(wù)和目標(biāo)，本書重點(diǎn)放在圖像處理本書重點(diǎn)放在圖像處理上，上，并學(xué)習(xí)圖像分析的基本理論和方法。并學(xué)習(xí)圖像分析的基本理論和方法。數(shù)字圖像處理內(nèi)容數(shù)字圖像處理內(nèi)容底層圖像處理技術(shù)中層圖像處理技術(shù)高層圖像處理技術(shù)紋理RGBYIQHSV傅立葉描述子矩不變量形狀因子結(jié)構(gòu)方法統(tǒng)計(jì)方法顏色形狀

31、底層的圖像處理包括增強(qiáng)，底層的圖像處理包括增強(qiáng)，復(fù)原，編碼，壓縮等；復(fù)原，編碼，壓縮等；數(shù)字圖像處理內(nèi)容底層圖像處理技術(shù)中層圖像處理技術(shù)高層圖像處理技術(shù)人臉識(shí)別人臉識(shí)別的算法人臉識(shí)別的應(yīng)用人臉特征點(diǎn)整幅人臉模板匹配神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用門禁系統(tǒng)視頻監(jiān)控?cái)?shù)碼相機(jī)數(shù)字圖像處理內(nèi)容底層圖像處理技術(shù)中層圖像處理技術(shù)高層圖像處理技術(shù)視頻事件的提出是針對(duì)底層特征和視頻對(duì)象的，但是視頻事件的分析又建立在底層特征和視頻對(duì)象分析之上的“不正常”的事件定義“用戶感興趣”的事件定義事件挖掘事件檢索足球視頻分析事件是用戶感興趣的具有一定上下文線索并符合特定領(lǐng)域知識(shí)模型的高層語(yǔ)義時(shí)空實(shí)體高 層 的 圖 像高 層 的 圖 像理

32、 解 包 括 預(yù)理 解 包 括 預(yù)處 理 ， 圖 像處 理 ， 圖 像描 述 ， 圖 像描 述 ， 圖 像分 析 ， 圖 像分 析 ， 圖 像理解。理解。 圖像工程與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和區(qū)別圖像工程與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和區(qū)別n圖像工程是一門交叉學(xué)科圖像工程是一門交叉學(xué)科l研究方法上，與數(shù)學(xué)、物理學(xué)（光學(xué)）、研究方法上，與數(shù)學(xué)、物理學(xué)（光學(xué)）、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)相互借鑒；相互借鑒；l研究范圍上，與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)研究范圍上，與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)相互交叉。別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)相互交叉。圖像工程與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和區(qū)別圖像工程與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和區(qū)

33、別 數(shù)字圖像處理應(yīng)用圖像增強(qiáng)與恢復(fù)基于圖像的生物特征識(shí)別基于內(nèi)容的圖像檢索圖像序列分析計(jì)算機(jī)視覺(jué) 五、五、數(shù)字圖像的處理方法數(shù)字圖像的處理方法 數(shù)字圖像處理方法大致可分為兩大類，即數(shù)字圖像處理方法大致可分為兩大類，即空域處理方法空域處理方法和和變換域變換域處理方法。處理方法?？沼蚍沼蚍ㄊ侵冈诳臻g域直接對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處是指在空間域直接對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理理，把圖像看作關(guān)于把圖像看作關(guān)于（x , y）坐標(biāo)位置的像坐標(biāo)位置的像素的集合，直接對(duì)二維函數(shù)的集合進(jìn)行相應(yīng)素的集合，直接對(duì)二維函數(shù)的集合進(jìn)行相應(yīng)的處理。的處理。 空域處理法主要有以下兩大類。空域處理法主要有以下兩大類。 空域處理法鄰域處理法是對(duì)

34、圖像像素的某一鄰域進(jìn)行處鄰域處理法是對(duì)圖像像素的某一鄰域進(jìn)行處理的方法。理的方法。鄰域處理法鄰域處理法梯度運(yùn)算，平滑算子運(yùn)算和卷梯度運(yùn)算，平滑算子運(yùn)算和卷積運(yùn)算積運(yùn)算等。等。1鄰域處理法鄰域處理法點(diǎn)處理法是指對(duì)圖像像素逐一處理的方法點(diǎn)處理法是指對(duì)圖像像素逐一處理的方法點(diǎn)處理法點(diǎn)處理法 灰度處理，面積、周長(zhǎng)、體積灰度處理，面積、周長(zhǎng)、體積運(yùn)算等。運(yùn)算等。 2點(diǎn)處理法點(diǎn)處理法 變換域處理法 數(shù)字圖像處理的變換域處理方法數(shù)字圖像處理的變換域處理方法首先是首先是通過(guò)傅立葉變換、離散余弦變換、沃爾什變通過(guò)傅立葉變換、離散余弦變換、沃爾什變換或是比較新的小波變換等變換算法，將圖換或是比較新的小波變換等變換

35、算法，將圖像從空間域變換到相應(yīng)的變換域，得到變換像從空間域變換到相應(yīng)的變換域，得到變換域系數(shù)陣列，然后在變換域中對(duì)圖像進(jìn)行處域系數(shù)陣列，然后在變換域中對(duì)圖像進(jìn)行處理，處理完成后再將圖像從變換域反變換到理，處理完成后再將圖像從變換域反變換到空間域，得到處理結(jié)果。空間域，得到處理結(jié)果。 六、數(shù)字圖像處理的起源六、數(shù)字圖像處理的起源 n上世紀(jì)上世紀(jì)20年代，紐約倫敦海底電纜傳輸數(shù)字化的年代，紐約倫敦海底電纜傳輸數(shù)字化的新聞圖片。傳遞時(shí)間從一個(gè)多星期減少到新聞圖片。傳遞時(shí)間從一個(gè)多星期減少到3個(gè)小時(shí)個(gè)小時(shí)歷史歷史1921年電報(bào)打印機(jī)采用年電報(bào)打印機(jī)采用特殊字符在特殊字符在編碼紙帶編碼紙帶打印。打印。輸

36、出設(shè)備從通用在到專用輸出設(shè)備從通用在到專用1922年兩次穿越大西洋，年兩次穿越大西洋，穿孔紙帶穿孔紙帶得到的圖像得到的圖像1929年從倫敦到紐約年從倫敦到紐約15級(jí)色調(diào)級(jí)色調(diào)通過(guò)電纜傳遞照片。從早期通過(guò)電纜傳遞照片。從早期5個(gè)灰度到個(gè)灰度到15灰度?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信再次歷經(jīng)灰度?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信再次歷經(jīng)這個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程。 六、數(shù)字圖像處理的起源六、數(shù)字圖像處理的起源 數(shù)字圖像處理的歷史與數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展密切相數(shù)字圖像處理的歷史與數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展密切相關(guān)，它必須依靠數(shù)字計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和關(guān)，它必須依靠數(shù)字計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的發(fā)展傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的發(fā)展。五十年代中

37、期在計(jì)算機(jī)和太空計(jì)劃五十年代中期在計(jì)算機(jī)和太空計(jì)劃的推動(dòng)下開(kāi)始這項(xiàng)技術(shù)的研究。重的推動(dòng)下開(kāi)始這項(xiàng)技術(shù)的研究。重要標(biāo)志是要標(biāo)志是1964年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（驗(yàn)室（JPL）正式使用數(shù)字計(jì)算機(jī)）正式使用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)對(duì)“徘徊者徘徊者7號(hào)號(hào)”太空船送回的四太空船送回的四千多張?jiān)虑蛘掌M(jìn)行了處理。千多張?jiān)虑蛘掌M(jìn)行了處理。 圖像處理的發(fā)展簡(jiǎn)史n數(shù)字圖像處理首次成功地應(yīng)用在數(shù)字圖像處理首次成功地應(yīng)用在1964年美國(guó)宇航局噴年美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（NASA JPL）對(duì)）對(duì)“徘徊者徘徊者7號(hào)號(hào)”探測(cè)器探測(cè)器發(fā)來(lái)的幾千張?jiān)虑蛘掌M(jìn)行幾何校正、灰度變換、去發(fā)來(lái)的幾千張?jiān)虑蛘掌M(jìn)行

38、幾何校正、灰度變換、去除噪聲等處理除噪聲等處理n考慮了太陽(yáng)位置和月球環(huán)境的影響考慮了太陽(yáng)位置和月球環(huán)境的影響n用計(jì)算機(jī)繪制了月球表面的照片。用計(jì)算機(jī)繪制了月球表面的照片。 六、數(shù)字圖像處理的起源六、數(shù)字圖像處理的起源n進(jìn)行太空應(yīng)用的同時(shí)，數(shù)字圖像處理技術(shù)在進(jìn)行太空應(yīng)用的同時(shí)，數(shù)字圖像處理技術(shù)在20世世紀(jì)紀(jì)60年代末和年代末和70年代初開(kāi)始用于醫(yī)學(xué)圖像、地球年代初開(kāi)始用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測(cè)和天文學(xué)等領(lǐng)域。遙感監(jiān)測(cè)和天文學(xué)等領(lǐng)域。n在今天引領(lǐng)著圖像處理某些最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。在今天引領(lǐng)著圖像處理某些最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。倫琴因發(fā)現(xiàn)倫琴因發(fā)現(xiàn)X X射線獲得首屆諾貝爾物射線獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。理學(xué)獎(jiǎng)

39、。1895年倫琴發(fā)現(xiàn)年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，獲射線，獲1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 BlochBloch和和PurcellPurcell因發(fā)現(xiàn)因發(fā)現(xiàn)NMRNMR（核磁共振）（核磁共振）現(xiàn)象獲得現(xiàn)象獲得19521952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。19791979年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。1975年年Godfrey N. Hounsfield和和Allan M. Cormack發(fā)明了計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)（發(fā)明了計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)（CT），獲），獲1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。獎(jiǎng)。發(fā)明發(fā)明MRIMRI（磁共振成像）中（磁共振成像）中FourierFourier重建

40、重建方法的方法的ErnstErnst獲得獲得19911991年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。LauterburLauterbur和和MansfieldMansfield因發(fā)明因發(fā)明MRIMRI方法方法獲得獲得20032003年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。 五、數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例五、數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例n數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域多種多樣。數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域多種多樣。最主要最主要的圖像源是電磁能譜的圖像源是電磁能譜，其他主要的來(lái)源包括，其他主要的來(lái)源包括聲波、超聲波和電子（用于電子顯微鏡）。聲波、超聲波和電子（用于電子顯微鏡）?，F(xiàn)狀現(xiàn)狀n1.5.1 伽馬射線成像伽馬射線成像

41、伽馬射線成像的主要用途伽馬射線成像的主要用途包括包括醫(yī)學(xué)和天文觀測(cè)醫(yī)學(xué)和天文觀測(cè)。1.5.2 X射線成像 X X射線在醫(yī)學(xué)診射線在醫(yī)學(xué)診 斷上的應(yīng)用斷上的應(yīng)用（a）X光片光片（b）血管照相術(shù)）血管照相術(shù)（c）頭部）頭部CAT切片圖像切片圖像X射線是最早用于成像的電磁輻射線是最早用于成像的電磁輻射源之一射源之一 1.5.2 X射線成像 X X射線在工業(yè)和天文學(xué)上的射線在工業(yè)和天文學(xué)上的應(yīng)用應(yīng)用（a）電路板）電路板（b）天鵝座星環(huán)）天鵝座星環(huán) 1.5.3 紫外波段成像紫外波段成像n紫外光的應(yīng)用多種多樣。平板印刷技術(shù)平板印刷技術(shù)工業(yè)檢測(cè)工業(yè)檢測(cè)顯微鏡方法顯微鏡方法激光激光生物圖像生物圖像天文觀測(cè)天文

42、觀測(cè)普通谷物普通谷物被被“真菌真菌”感染的谷物感染的谷物天鵝星座環(huán)天鵝星座環(huán) 1.5.4 可見(jiàn)光及紅外波段成像可見(jiàn)光及紅外波段成像這一波段的應(yīng)用最為廣泛這一波段的應(yīng)用最為廣泛 電視和多媒體電視和多媒體 光顯微鏡光顯微鏡涉及的范圍從藥物涉及的范圍從藥物到材料特性的檢測(cè)到材料特性的檢測(cè)（a）紫杉酚）紫杉酚 （b）膽固醇）膽固醇 （c）微處理器）微處理器 （d）鎳氫化物薄片）鎳氫化物薄片 （e）音頻）音頻CD的表面（的表面（f）有機(jī)超導(dǎo)）有機(jī)超導(dǎo) 1.5.4 可見(jiàn)光及紅外波段成像可見(jiàn)光及紅外波段成像遙感美國(guó)華盛頓區(qū)域的衛(wèi)星遙感圖像1.5.4 可見(jiàn)光及紅外波段成像可見(jiàn)光及紅外波段成像 天文天文天氣觀測(cè)

43、與預(yù)報(bào)是衛(wèi)星多天氣觀測(cè)與預(yù)報(bào)是衛(wèi)星多光譜圖像的主要應(yīng)用領(lǐng)域光譜圖像的主要應(yīng)用領(lǐng)域 1.5.4 可見(jiàn)光及紅外波段成像可見(jiàn)光及紅外波段成像n工業(yè)檢測(cè)工業(yè)檢測(cè)可見(jiàn)光譜中主要成像領(lǐng)可見(jiàn)光譜中主要成像領(lǐng)域是生產(chǎn)產(chǎn)品的自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)域是生產(chǎn)產(chǎn)品的自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè) 1.5.4 可見(jiàn)光及紅外波段成像可見(jiàn)光及紅外波段成像拇指指紋拇指指紋圖像識(shí)別圖像識(shí)別指紋識(shí)別、人臉識(shí)別指紋識(shí)別、人臉識(shí)別車牌號(hào)碼的識(shí)別車牌號(hào)碼的識(shí)別紅外圖象紅外圖象 紅外圖象紅外圖象 1.5.5 微波波段成像微波波段成像雷達(dá)雷達(dá)在雷達(dá)圖像中，在雷達(dá)圖像中，看到的只是反射到看到的只是反射到雷達(dá)天線的微波能量雷達(dá)天線的微波能量航天器拍攝的航天器拍攝的西藏東

44、南山西藏東南山區(qū)雷達(dá)圖像區(qū)雷達(dá)圖像 1.5.6 無(wú)線電波成像無(wú)線電波成像無(wú)線電波段成像主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和天文學(xué)無(wú)線電波段成像主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和天文學(xué)在醫(yī)學(xué)中，無(wú)線電波用于磁共振成像（在醫(yī)學(xué)中，無(wú)線電波用于磁共振成像（MRI) 1.5.7 其他圖像模式應(yīng)用的實(shí)例其他圖像模式應(yīng)用的實(shí)例超聲波成像系統(tǒng)超聲波成像系統(tǒng)（應(yīng)用醫(yī)學(xué)（應(yīng)用醫(yī)學(xué) 如婦產(chǎn)科）如婦產(chǎn)科） 超聲波圖像產(chǎn)生的步驟：超聲波圖像產(chǎn)生的步驟：1.超聲波系統(tǒng)向身體傳輸高頻（超聲波系統(tǒng)向身體傳輸高頻（15MHz）聲脈沖。）聲脈沖。2.聲波傳入體內(nèi)并碰撞組織間的邊緣，聲波的一部聲波傳入體內(nèi)并碰撞組織間的邊緣，聲波的一部 分返回到探頭，一部分繼續(xù)傳播直

45、到另一邊界并被反射回來(lái)。分返回到探頭，一部分繼續(xù)傳播直到另一邊界并被反射回來(lái)。3.反射波被探頭收集起來(lái)并傳給計(jì)算機(jī)。反射波被探頭收集起來(lái)并傳給計(jì)算機(jī)。4. 計(jì)算機(jī)根據(jù)聲波在組織中的傳播速度和每個(gè)回波返回計(jì)算機(jī)根據(jù)聲波在組織中的傳播速度和每個(gè)回波返回 的時(shí)間計(jì)算從探頭到組織或者器官邊界的距離。的時(shí)間計(jì)算從探頭到組織或者器官邊界的距離。5. 系統(tǒng)在屏幕上顯示回波的距離和亮度形成的二維圖像。系統(tǒng)在屏幕上顯示回波的距離和亮度形成的二維圖像。超聲圖象超聲圖象 電子顯微鏡成像電子顯微鏡成像過(guò)熱損壞的鎢絲過(guò)熱損壞的鎢絲（250倍）倍）損壞的損壞的IC電路電路（2500倍）倍） 現(xiàn)狀現(xiàn)狀 七十年代以來(lái)迅猛發(fā)展

46、。七十年代以來(lái)迅猛發(fā)展。1：主觀需求：人類從外界獲取得信息：主觀需求：人類從外界獲取得信息6070通過(guò)眼睛通過(guò)眼睛 的圖象信息。的圖象信息。2：計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和通信手段的發(fā)展提供客觀可能；以：計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和通信手段的發(fā)展提供客觀可能；以FFT為代表的數(shù)字信號(hào)處理算法和現(xiàn)代信號(hào)處理方法的精為代表的數(shù)字信號(hào)處理算法和現(xiàn)代信號(hào)處理方法的精確性，靈活性與通用性。確性，靈活性與通用性。3：數(shù)學(xué)化的特點(diǎn)是該學(xué)科成熟的一個(gè)標(biāo)志。：數(shù)學(xué)化的特點(diǎn)是該學(xué)科成熟的一個(gè)標(biāo)志?！耙环N科學(xué)只一種科學(xué)只有在成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才算真正達(dá)到了完美的地有在成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才算真正達(dá)到了完美的地步步”(分析，代數(shù)，幾何）分

47、析，代數(shù)，幾何）總之：是一門在理論研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)兩方面獲得極大統(tǒng)一總之：是一門在理論研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)兩方面獲得極大統(tǒng)一的學(xué)科。的學(xué)科。 發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì) 1：結(jié)合網(wǎng)絡(luò)和結(jié)合網(wǎng)絡(luò)和Internet技術(shù)需求技術(shù)需求而發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，比如網(wǎng)上圖像、視頻的起來(lái)的新技術(shù)，比如網(wǎng)上圖像、視頻的傳傳 輸、點(diǎn)播和新的瀏覽、查詢手段。輸、點(diǎn)播和新的瀏覽、查詢手段。 2：高級(jí)圖像處理技術(shù)高級(jí)圖像處理技術(shù)，結(jié)合最新的數(shù)學(xué)進(jìn)，結(jié)合最新的數(shù)學(xué)進(jìn)展，諸如小波、分形、形態(tài)學(xué)等技術(shù)。展，諸如小波、分形、形態(tài)學(xué)等技術(shù)。 3：智能化智能化，圖象自動(dòng)分析、識(shí)別與理解。，圖象自動(dòng)分析、識(shí)別與理解。 七、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要七、

48、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要 基本的圖像處理系統(tǒng)n圖像處理系統(tǒng)包括圖像處理系統(tǒng)包括n圖像處理硬件和圖像處理軟件。圖像處理硬件和圖像處理軟件。n 圖像處理硬件圖像處理硬件n微機(jī)圖像處理硬件系統(tǒng)主要微機(jī)圖像處理硬件系統(tǒng)主要n由圖像輸入設(shè)備、圖像運(yùn)算處理設(shè)備（微計(jì)算機(jī)）、圖像存儲(chǔ)器、由圖像輸入設(shè)備、圖像運(yùn)算處理設(shè)備（微計(jì)算機(jī)）、圖像存儲(chǔ)器、圖像輸出設(shè)備等組成。圖像輸出設(shè)備等組成。n軟件系統(tǒng)包括軟件系統(tǒng)包括n操作系統(tǒng)、控制軟件及應(yīng)用軟件等。操作系統(tǒng)、控制軟件及應(yīng)用軟件等。 數(shù)字圖象處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介數(shù)字圖象處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介 u數(shù)字圖象處理系統(tǒng)由圖象數(shù)字化設(shè)備、數(shù)字圖象處理系統(tǒng)由圖象數(shù)字化設(shè)備、 圖象處理計(jì)算機(jī)和圖象輸出

49、設(shè)備組成。圖象處理計(jì)算機(jī)和圖象輸出設(shè)備組成。掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝象機(jī)與圖象攝象機(jī)與圖象采集卡等采集卡等PC、工作站等、工作站等打印機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀等繪圖儀等基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)如下：輸入及數(shù)字化設(shè)備輸入及數(shù)字化設(shè)備攝象機(jī)攝象機(jī)鼓式掃描器鼓式掃描器平臺(tái)式光密度計(jì)平臺(tái)式光密度計(jì)視頻卡視頻卡掃描儀掃描儀數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī)DV顯示及記錄設(shè)備顯示及記錄設(shè)備圖象顯示器圖象顯示器鼓式掃描器鼓式掃描器圖象拷貝機(jī)圖象拷貝機(jī)繪圖儀繪圖儀激光打印機(jī)激光打印機(jī)噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī) 圖象記錄介質(zhì)圖象記錄介質(zhì) 紙紙膠片膠片照片照片縮微膠片縮微膠片幻燈片幻燈片錄象帶錄象帶磁盤磁盤光

50、盤光盤電影電影數(shù)字圖像處理系統(tǒng)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)完整完整結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖基于基于DSPDSP的高速圖像處理卡結(jié)構(gòu)圖的高速圖像處理卡結(jié)構(gòu)圖 八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容1.圖像變換傅立葉變換傅立葉變換沃爾什變換沃爾什變換離散余弦變換離散余弦變換小波變換小波變換采用各種圖像變換方法對(duì)圖像采用各種圖像變換方法對(duì)圖像進(jìn)行間接處理。有利于減少計(jì)進(jìn)行間接處理。有利于減少計(jì)算量并進(jìn)一步獲得更有效的處理算量并進(jìn)一步獲得更有效的處理。 八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容n2.圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼n圖像壓縮編碼技術(shù)可以減少描述圖像的數(shù)據(jù)量，圖像壓縮編碼技術(shù)可

51、以減少描述圖像的數(shù)據(jù)量，以便節(jié)約圖像存儲(chǔ)的空間，減少圖像的傳輸和以便節(jié)約圖像存儲(chǔ)的空間，減少圖像的傳輸和處理時(shí)間。處理時(shí)間。n圖像壓縮有無(wú)損壓縮和有損壓縮兩種方式，編圖像壓縮有無(wú)損壓縮和有損壓縮兩種方式，編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，在圖像處理技碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早和應(yīng)用最成熟的技術(shù)。術(shù)中是發(fā)展最早和應(yīng)用最成熟的技術(shù)。 主要方法：主要方法：熵編碼，預(yù)測(cè)編碼，變換編?kù)鼐幋a，預(yù)測(cè)編碼，變換編碼，二值圖像編碼、分形編碼碼，二值圖像編碼、分形編碼 八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容n3. 圖像的增強(qiáng)和復(fù)原圖像的增強(qiáng)和復(fù)原 圖像增強(qiáng)和復(fù)原的目的

52、是為了改善圖像圖像增強(qiáng)和復(fù)原的目的是為了改善圖像的視覺(jué)效果，如去除圖像噪聲，提高圖像的視覺(jué)效果，如去除圖像噪聲，提高圖像的清晰度等。的清晰度等。圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中感興趣的部分。原因，突出圖像中感興趣的部分。圖像復(fù)圖像復(fù)原原要求對(duì)圖像降質(zhì)的原因有所了解，根據(jù)要求對(duì)圖像降質(zhì)的原因有所了解，根據(jù)圖像降質(zhì)過(guò)程建立圖像降質(zhì)過(guò)程建立“退化模型退化模型”，然后采，然后采用濾波的方法重建或恢復(fù)原來(lái)的圖像。用濾波的方法重建或恢復(fù)原來(lái)的圖像。 主要方法：主要方法：灰度修正、平滑、幾何校正、灰度修正、平滑、幾何校正、圖像銳化、濾波增強(qiáng)、維納濾波圖像銳化、濾波增強(qiáng)、維納濾

53、波圖像增強(qiáng)1.2.2 數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容圖像復(fù)原1.2.2 數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容 八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容4. 圖像分割圖像分割n圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像圖像分割分割將圖像中有意義的特征提取出來(lái)（物體的邊緣、將圖像中有意義的特征提取出來(lái)（物體的邊緣、區(qū)域），它是進(jìn)行進(jìn)一步圖像識(shí)別、分析和圖像理區(qū)域），它是進(jìn)行進(jìn)一步圖像識(shí)別、分析和圖像理解的基礎(chǔ)。解的基礎(chǔ)。n雖然目前已研究出了不少邊緣提取、區(qū)域分割的方雖然目前已研究出了不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法，但還沒(méi)有一種普遍適用于各種圖像的有效方法

54、。法，但還沒(méi)有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。對(duì)圖像分割的研究還在不斷的深入中，是目前圖像對(duì)圖像分割的研究還在不斷的深入中，是目前圖像處理研究的熱點(diǎn)方向之一。處理研究的熱點(diǎn)方向之一。 主要方法：主要方法：圖像邊緣檢測(cè)、灰度閾值分割、基于圖像邊緣檢測(cè)、灰度閾值分割、基于紋理分割、區(qū)域增長(zhǎng)紋理分割、區(qū)域增長(zhǎng) 八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容 5. 圖像描述圖像描述n圖像描述是圖像分析和理解的必要前提。圖像圖像描述是圖像分析和理解的必要前提。圖像描述是用一組數(shù)量或符號(hào)（描述子）來(lái)表征圖描述是用一組數(shù)量或符號(hào)（描述子）來(lái)表征圖像中被描述物體的某些特征。像中被描述物體的某些

55、特征。 主要方法：二值圖像的幾何特征、簡(jiǎn)單描述子、形狀數(shù)、傅立葉描述子，紋理描述 八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容6. 圖像識(shí)別圖像識(shí)別 圖像識(shí)別是人工智能的一個(gè)重要領(lǐng)域，圖像識(shí)別是人工智能的一個(gè)重要領(lǐng)域，是圖像處理的最高境界。一副完整的圖像經(jīng)是圖像處理的最高境界。一副完整的圖像經(jīng)預(yù)處理、分割和描述提取有效特征之后，進(jìn)預(yù)處理、分割和描述提取有效特征之后，進(jìn)而由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)圖像加以判決分類。而由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)圖像加以判決分類。 八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容八、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容8. 圖像隱藏圖像隱藏n是指媒體信息的相互隱藏。是指媒體信息的相互隱藏。v數(shù)字水印數(shù)

56、字水印v圖像的信息偽裝圖像的信息偽裝 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例非生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域非生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域2005年1月14日，“惠更斯”探測(cè)器拍攝了“土衛(wèi)六”的圖像。圖圖1.3 土衛(wèi)六的地貌圖土衛(wèi)六的地貌圖 圖圖1.4 陸地衛(wèi)星陸地衛(wèi)星5號(hào)號(hào)“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星 n所攜帶的所攜帶的n干涉成像光譜儀、干涉成像光譜儀、n激光高度計(jì)、激光高度計(jì)、nCCD立體相機(jī)立體相機(jī)n共同完成了月球表面三維立體影像的獲共同完成了月球表面三維立體影像的獲取工作。取工作。 圖1.7 “嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星第一幅月面圖像的處理過(guò)程 天氣預(yù)報(bào)天氣預(yù)報(bào)網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì) 軍事應(yīng)用 數(shù)字圖像處理應(yīng)用前景數(shù)字圖像處理應(yīng)用前景l(fā)通信新業(yè)務(wù)通信新業(yè)務(wù)n圖像處理與通信結(jié)合，

57、特別是下一代移動(dòng)通信技圖像處理與通信結(jié)合，特別是下一代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，衍生眾多的通信新業(yè)務(wù)：可視電話、術(shù)的發(fā)展，衍生眾多的通信新業(yè)務(wù)：可視電話、電視會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家庭購(gòu)物等。電視會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家庭購(gòu)物等。n數(shù)字成像設(shè)備、圖像監(jiān)控、智能小區(qū)管理。數(shù)字成像設(shè)備、圖像監(jiān)控、智能小區(qū)管理。l醫(yī)學(xué)圖像醫(yī)學(xué)圖像n數(shù)字圖像處理除了通信領(lǐng)域的新應(yīng)用外，另一個(gè)數(shù)字圖像處理除了通信領(lǐng)域的新應(yīng)用外，另一個(gè)重要領(lǐng)域就是生物醫(yī)學(xué)成像與診斷。重要領(lǐng)域就是生物醫(yī)學(xué)成像與診斷。l總的說(shuō)來(lái)，經(jīng)多年的發(fā)展，圖像處理經(jīng)歷了從靜總的說(shuō)來(lái)，經(jīng)多年的發(fā)展，圖像處理經(jīng)歷了從靜止圖像到活動(dòng)圖像；從單色圖像到彩色圖

58、像；從止圖像到活動(dòng)圖像；從單色圖像到彩色圖像；從客觀圖像到主觀圖像；從二維圖像到三維圖像的客觀圖像到主觀圖像；從二維圖像到三維圖像的發(fā)展歷程發(fā)展歷程;l 特別是與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的結(jié)合已能產(chǎn)生高度逼特別是與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的結(jié)合已能產(chǎn)生高度逼真、非常純凈、更有創(chuàng)造性的圖像。由此派生出真、非常純凈、更有創(chuàng)造性的圖像。由此派生出來(lái)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展或許將從根本上改變我來(lái)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展或許將從根本上改變我們的學(xué)習(xí)、生產(chǎn)和生活方式。們的學(xué)習(xí)、生產(chǎn)和生活方式。思考題思考題n1、請(qǐng)說(shuō)明圖像數(shù)學(xué)表達(dá)式請(qǐng)說(shuō)明圖像數(shù)學(xué)表達(dá)式 中各參數(shù)的含義，中各參數(shù)的含義，根根據(jù)參數(shù)的不同，可以有據(jù)參數(shù)的不同，可以有哪幾種不同種類的圖像？哪幾種不同種類的圖像？2、一個(gè)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由哪幾個(gè)模塊組成？試說(shuō)明各模塊的作用、一個(gè)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由哪幾個(gè)模塊組成？試說(shuō)明各模塊的作用？3、 連續(xù)圖像和數(shù)字圖像如何相互轉(zhuǎn)換？連續(xù)圖像和數(shù)字圖像如何相互轉(zhuǎn)換？( , , )Ifx y zt 結(jié)結(jié) 語(yǔ)語(yǔ)