人 類 離 不 開 圖 像 ， 計 算 機(jī) 圖 像 技 術(shù) 滲 透到 各 個 科 技 領(lǐng) 域 ， 百 聞 不 如 一 見 。 畫 面比 文 字 更 形 象 生 動 ， 人 類 70%以 上 信 息來 自 視 覺 。“One picture is worth more than ten thousand words” 學(xué) 好 圖 像 處 理 能 干 什 么 ？圖 像 處 理 在 整 個 信 號 處 理 里 面 就 業(yè) 形 勢 最 好模 式 識 別 目 前 大 部 分 都 是 基 于 圖 像 的 模 式 識 別圖 像 處 理 是 計 算 機(jī) 視 覺 和 視 頻 處 理 的 基 礎(chǔ)醫(yī) 學(xué) 圖 像 是 一 個 比 較 熱 門 的 方 向圖 像 處 理 對 編 程 的 要 求 較 高 ， 可 以 去 軟 件 公 司主 要 大 公 司 ： n 圖 像 和 視 頻 搜 索 ： 微 軟 、 google、 yahoo和 百 度n 醫(yī) 學(xué) 圖 像 ： Simens、 GE、 飛 利 浦 和 柯 達(dá)n 所 有 與 圖 像 （ 靜 止 或 者 運(yùn) 動 圖 像 ） 有 關(guān) 的 公 司 都 是 選 擇 。 比 如 數(shù) 碼 相機(jī) 、 顯 微 鏡 成 像 、 超 聲 成 像 、 工 業(yè) 機(jī) 器 人 控 制 、 顯 示 器 、 電 視 、 遙 感等 等 什 么 是 數(shù) 字 圖 像 ?將 一 幅 二 維 的 圖 像 通 過 有 限 個 離 散 點(diǎn) 來 表 示 就 成 為 了 數(shù) 字 圖 像 ，其 中 的 每 個 點(diǎn) 稱 為 圖 像 元 素 ， 即 像 素 。 像 素 值 往 往 用 來 表 示 像 素 的 灰 度 級 、 顏 色 、 高 度 值 、 透 明 度 等 等 。什 么 是 數(shù) 字 圖 像 ? 注 意 ： “ digitization” 表 示 數(shù) 字 圖 像 是 現(xiàn) 實 中 圖 像 的 近 似 值 。在 圖 像 處 理 軟 件 中 ， 使 用 放 大 工 具 ， 對 圖 像 的 局 部 進(jìn) 行 觀 察 時 。1 pixel什 么 是 數(shù) 字 圖 像 ? 一 般 的 ， 圖 像 格 式 包 括 :n 每 像 素 1個 樣 值 (B&W or Grayscale)n 每 像 素 3個 樣 值 (Red, Green, and Blue)n 每 像 素 4個 樣 值 (Red, Green, Blue, and “Alpha”, a.k.a. Opacity)什 么 是 數(shù) 字 圖 像 ? 如 何 獲 取 數(shù) 字 圖 像 ？圖 像 感 知 的 要 素 : “場 景 ” +“照 射 光 源 ” +獲 取 圖 像 的 傳 感 器(1) “ 場 景 ”(2) “ 照 射 光 源 ”(3) 獲 取 圖 像 的 傳 感 器(1)單 個 傳 感 器 獲 取 圖 像(類 似 電 視 顯 示 圖 像 的 逆 過 程 )(2)用 帶 狀 傳 感 器 獲 取 圖 像 (最 典 型 的 是 現(xiàn) 在 廣 泛 使 用 的 掃 描 儀 )(3)用 傳 感 器 陣 列 獲 取 圖 像(最 典 型 的 是 照 相 機(jī) ) 圖 像 數(shù) 字 化 關(guān) 鍵 技 術(shù) 采 樣 圖 像 數(shù) 字 化 關(guān) 鍵 技 術(shù) 量 化 圖 像 數(shù) 字 化 關(guān) 鍵 技 術(shù) 量 化 圖 像 數(shù) 字 化 關(guān) 鍵 技 術(shù) 編 碼數(shù) 字 系 統(tǒng) 只 能 識 別 0和 1， 怎 樣 才 能 表 示 更 多 的 數(shù) 碼 、 符 號 和 字 母 呢 ？ 用編 碼 可 以 解 決 此 問 題 。用 文 字 、 符 號 或 數(shù) 碼 表 示 特 定 對 象 的 過 程 稱 為 編 碼 。 在 數(shù) 字 電 路 中 用 二進(jìn) 制 代 碼 表 示 有 關(guān) 的 信 號 稱 為 二 進(jìn) 制 編 碼 。n 例 如 ： 用 一 定 位 數(shù) 的 二 進(jìn) 制 數(shù) 來 表 示 十 進(jìn) 制 數(shù) 碼 、 字 母 、 符 號 等 信 息 稱 為 編碼 。 這 一 定 位 數(shù) 的 二 進(jìn) 制 數(shù) 就 稱 為 代 碼 。對 于 N個 信 息 ， 要 用 幾 位 的 二 進(jìn) 制 數(shù) 才 能 滿 足 編 碼 呢 ？ 2n N 使 用 編 碼 技 術(shù) 可 以 大 大 減 少 數(shù) 字 電 路 系 統(tǒng) 中 信 號 傳 輸 線 的 條 數(shù) ， 同 時 便于 信 號 的 接 收 和 處 理 。 例 如 ： 一 個 由 8個 開 關(guān) 組 成 的 鍵 盤 ， 直 接 接 入 ： 需 要 8條 信 號 傳 輸 線 ； 編 碼 器 ： 只 需 要 3條 數(shù) 據(jù) 線 。 （ 每 組 輸 入 狀 態(tài) 對 應(yīng) 一 組 3位 二 進(jìn) 制 代碼 ） 圖 像 數(shù) 字 化 關(guān) 鍵 技 術(shù) 編 碼熵 編 碼n Huffman編 碼 ， 算 術(shù) 編 碼 ， 游 程 編 碼變 換 編 碼n K-L， DCT， 子 帶 編 碼預(yù) 測 編 碼 與 幀 間 壓 縮 方 法n 預(yù) 測 編 碼 機(jī) 理 n 運(yùn) 動 估 值 與 運(yùn) 動 補(bǔ) 償小 波 變 換 編 碼n 小 波 變 換 在 圖 像 壓 縮 編 碼 中 的 應(yīng) 用基 于 區(qū) 域 和 對 象 的 編 碼n 形 狀 編 碼 ， 紋 理 編 碼 ， 基 于 對 象 的 分 析 綜 合 編 碼分 級 視 頻 編 碼分 形 編 碼 根 據(jù) 實 施 編 碼 所 在 的 數(shù) 據(jù) 域 劃 分n 空 間 域 編 碼n 變 換 域 編 碼n 其 它 編 碼 方 法空 間 編 碼 ：n PCM編 碼n DPCM編 碼n Delta調(diào) 制n 行 程 編 碼n 幀 間 編 碼n 等 值 線 編 碼 變 換 域 編 碼 ：n K-L變 換 編 碼n DCT變 換 編 碼n 子 帶 編 碼n 自 適 應(yīng) 變 換 域 編 碼n 其 它 變 換 編 碼 其 它 方 法 ：n 矢 量 量 化n 自 適 應(yīng) 矢 量 量 化n 基 于 模 型 的 編 碼n 視 頻 網(wǎng) 絡(luò) 編 碼n 分 形 編 碼n 小 波 編 碼n 混 合 編 碼 圖 像 數(shù) 字 化 關(guān) 鍵 技 術(shù) 編 碼 圖 像 編 碼 示 例 -DCT變 換 DCT正 變 換 量 化 器 熵 編 碼 器碼 表 說 明 碼 表 說 明編 碼 器8*8塊源 圖 像 數(shù)據(jù) 基 于 DCT編 碼 的 簡 化 框 圖 壓 縮 后 的 圖像 數(shù) 據(jù)DCT變 換 的 應(yīng) 用 ： JPEG DCT逆 變 換量 化 器碼 表 說 明碼 表 說 明 恢 復(fù) 的 圖 像 數(shù)據(jù)解 碼 器熵 解 碼 器壓 縮 的 圖 像數(shù) 據(jù) 基 于 DCT解 碼 器 的 框 圖 8*8塊DCT變 換 的 應(yīng) 用 ： JPEG 數(shù) 字 圖 像 表 示數(shù) 字 圖 像 的 數(shù) 字 表 示 是 矩 陣 :MxN digital images in compact matrix formn Image element ， picture element ， pixel， or pel n Sometimes we use traditional matrix notation to denote a digital image and its elements )1,1()1,1()0,1( )1,1()1,1()0,1( )1,0()1,0()0,0(),( NMfMfMf Nfff Nfffyxf 1,11,10,1 1,11,10,1 1,01,00,0 NMMM NNaaa aaa aaaA 數(shù) 字 圖 像 表 示 圖 像 的 數(shù) 字 化 的 參 數(shù) 及 數(shù) 據(jù) 量 計 算圖 像 數(shù) 字 化 的 參 數(shù) :1. 采 樣 參 數(shù) (空 間 分 辨 率 ): 圖 像 的 長 M和 寬 N2. 量 化 參 數(shù) (灰 度 級 ， 灰 度 級 分 辨 率 ): 3. 數(shù) 字 圖 像 的 數(shù) 據(jù) 量 計 算 (單 位 :bit):kL 2 kNMb 數(shù) 字 圖 像 的 存 儲 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 兩 個 主 要 任 務(wù) ：n 如 何 利 用 計 算 機(jī) 來 改 進(jìn) 圖 像 的 品 質(zhì) 以 便 于 人 類 視 覺分 析 ；n 對 圖 像 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 存 儲 、 傳 輸 和 表 示 ， 便 于 計 算 機(jī) 自動 化 處 理 。圖 像 處 理 的 范 疇 是 一 個 受 爭 論 的 話 題 ， 因 此 也 產(chǎn) 生 了其 他 的 領(lǐng) 域 比 如 圖 像 分 析 和 計 算 機(jī) 視 覺 等 等 。圖 像 處 理 和 計 算 機(jī) 圖 形 學(xué) 的 結(jié) 合 日 益 緊 密 ， 后 者 長 期受 到 計 算 機(jī) 游 戲 的 推 動數(shù) 字 圖 像 處 理 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 歷 史20世 紀(jì) 20年 代 : 最 早 的 應(yīng) 用 之 一 是 報 紙 業(yè)n Bartlane 電 纜 圖 片 傳 輸 系 統(tǒng) ；n 通 過 海 底 電 纜 將 圖 像 從 倫 敦 傳 往 紐 約 ；n 為 了 使 用 電 纜 傳 輸 ， 圖 像 需 要 首 先 編 碼 ， 并 在 接 收 端 通 過 電報 打 印 機(jī) 進(jìn) 行 重 構(gòu) 。 早 期 的 數(shù) 字 圖 像 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 歷 史20世 紀(jì) 20年 代 中 期 到 末 期 : 改 進(jìn) Bartlane 系 統(tǒng) 后 ， 圖 像 質(zhì) 量 得到 了 提 高n 打 印 過 程 采 用 了 新 的 光 學(xué) 還 原 技 術(shù)n 增 加 了 圖 像 的 灰 度 等 級 改 進(jìn) 后 的 數(shù) 字 圖 像 早 期 15級 色 調(diào) 的 數(shù) 字 圖 像 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 歷 史20世 紀(jì) 60年 代 : 由 于 信 息 技 術(shù) 的 快 速 發(fā) 展 ， 出 現(xiàn) 了 一 批 數(shù) 字 圖 像處 理n 1964: “ 旅 行 者 7號 ”拍 攝 的 圖 像 通 過 計算 機(jī) 進(jìn) 行 處 理 并 提高 了 圖 像 質(zhì) 量 ； n 此 技 術(shù) 也 在 阿 波羅 載 人 登 月 飛 行等 空 間 探 測 器 中得 到 應(yīng) 用 。 由 “ 旅 行 者 7號 ” 登 陸 前 拍 攝 的 圖 像 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 歷 史20世 紀(jì) 70年 代 : 數(shù) 字 圖 像 處 理 開 始 應(yīng) 用 于 醫(yī) 學(xué) 領(lǐng) 域n 1979: Godfrey N. Hounsfield先 生 以 及 Allan M. Cormack 教 授 由 于 發(fā) 明 了 “ 斷 層 （ CT） 技 術(shù) ” ， 共 同 獲 得了 諾 貝 爾 醫(yī) 學(xué) 獎 ， 其 背 后 的 思 想 是 計 算 機(jī) 軸 向 斷 層 技 術(shù)(Computerised Axial Tomography (CAT) 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 歷 史20世 紀(jì) 70年 代 末 :隨 著 人 工 智 能 的 興 起 和 發(fā) 展 ， 開 始計 算 機(jī) 視 覺 的 研 究 ， 由 2D圖 象 中 獲 取 3D空 間 信 息 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 歷 史20世 紀(jì) 80年 代 至 今 ： 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 呈 爆 炸 性 發(fā) 展 ，如 今 已 在 大 量 領(lǐng) 域 擔(dān) 負(fù) 著 大 量 的 工 作 ：n 圖 像 增 強(qiáng) /恢 復(fù)n 藝 術(shù) 級 效 果n 醫(yī) 學(xué) 可 視 化n 工 業(yè) 檢 驗 n 法 律 執(zhí) 行n 人 機(jī) 交 互 舉 例 ： 圖 像 增 強(qiáng)DIP技 術(shù) 最 常 見 的 用 處 是 ： 提 高 質(zhì) 量 ， 消 除 噪 音 等 等 舉 例 ： Hubble 望 遠(yuǎn) 鏡1990年 發(fā) 射 的 “ 哈 勃 ” 號 太 空 望 遠(yuǎn)鏡 能 夠 拍 攝 超 遠(yuǎn) 距 離 的 物 體 ， 但 是由 于 鏡 子 出 現(xiàn) 誤 差 ， 拍 攝 到 的 圖 像就 失 去 了 價 值 ， 而 借 助 于 圖 像 處 理技 術(shù) 便 可 以 修 復(fù) 。 舉 例 ： 藝 術(shù) 效 果藝 術(shù) 效 果 是 指 通 過 特效 或 者 圖 像 合 成 等 方 法 ，使 得 圖 像 具 有 更 強(qiáng) 的 視覺 效 果 。 舉 例 ： 醫(yī) 學(xué)通 過 MRI（ 核 磁 共 振 ） 掃 描 到 的 犬 類 心 臟 切 片 ， 我 們 可 以 找 出 其中 各 種 組 織 的 邊 界 線 :n 灰 度 圖 表 示 組 織 密 度n 使 用 合 適 的 濾 波 器 來 增 強(qiáng) 邊 緣 取 自 狗 心 臟 的 原 始 MRI圖 像 邊 緣 檢 測 圖 像 舉 例 ： GIS地 理 信 息 系 統(tǒng) （ Geographic Information Systems， GIS)，數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 廣 泛 用 于 ：n 氣 象 學(xué)n 地 形 分 類n 操 作 衛(wèi) 星 圖 像 舉 例 ： GIS全 球 夜 間 燈 光 數(shù) 據(jù) 集n 可 以 提 供 全 球 人 類居 住 區(qū) 的 匯 總 情 況 。 n 不 難 想 象 這 些 數(shù) 據(jù)需 要 進(jìn) 行 分 析 和 處理 。 從 圖 像 可 以 看 出 用 電 量 區(qū) 別 ， 也 基 本 可 以 看 出 貧 富 區(qū) 別 。 舉 例 ： GIS遙 感 圖 像 ：n 農(nóng) 業(yè) 普 查 ； 森 林 覆 蓋 計 算 ； 水 利 工 程 等 的 客 觀 估 計 計 算 ； 森 林火 災(zāi) 監(jiān) 護(hù) 客 觀 反 映 火 災(zāi) 情 況 、 面 積 舉 例 ： 工 業(yè) 檢 驗操 作 人 員 需 要 花 費(fèi) 大 量 的 精 力 ， 卻 又 慢 又 不 可 靠 ；使 用 機(jī) 器 代 替 ；工 業(yè) 可 視 化 系 統(tǒng) 廣 泛 應(yīng) 用 于 各 類 產(chǎn) 業(yè) 舉 例 ： 印 刷 電 路 板 檢 測印 刷 電 路 板 檢 測 (Printed Circuit Board inspection, PCB)n 使 用 機(jī) 器 檢 測 零 件 是 否 完 整 以 及 焊 接 是 否 合 格n 常 規(guī) 成 像 和 X光 成 像 相 結(jié) 合 舉 例 ： 法 律 執(zhí) 行圖 像 處 理 技 術(shù) 被 法 律 執(zhí) 行 者 廣 泛 采 用n 高 速 相 機(jī) 或 者 自 動 收 費(fèi) 系 統(tǒng) 用 于 牌 照 識 別n 指 紋 識 別n 閉 路 電 視 (Close Circuit Television, CCTV)中 圖 像 的 增 強(qiáng) 舉 例 ： HCI使 得 人 機(jī) 交 互 （ Human Computer Interaction） 變 得 更 加 自 然n 面 部 識 別n 手 勢 識 別 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割 表 示 &描 述圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 圖 像 采 集圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割表 示 &描 述圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 圖 像 增 強(qiáng)圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割表 示 &描 述圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 圖 像 復(fù) 原圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割 表 示 &描 述圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 形 態(tài) 學(xué) 處 理圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割 表 示 &描 述圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 分 割圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割 表 示 &描 述圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 對 象 識 別圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割 表 示 &描 述圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 表 示 &描 述圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割表 示 與 描 述圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 圖 像 壓 縮 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮 表 示 &描 述圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 ： 彩 色 圖 像 處 理 表 示 &描 述 彩 色 圖 像 處 理 圖 像 壓 縮圖 像 采 集 圖 像 復(fù) 原 形 態(tài) 學(xué) 處 理 分 割圖 像 增 強(qiáng) 對 象 識 別問 題 域 數(shù) 字 圖 像 的 未 來圖 像 處 理 的 發(fā) 展 朝 著 高 速 、 高 分 辨 率 、 立 體 化 、 多 媒體 化 、 智 能 化 和 標(biāo) 準(zhǔn) 化 方 向 發(fā) 展 。 圍 繞 著 HDTV（ 高清 晰 度 電 視 ） 的 研 制 將 開 展 實 時 圖 像 處 理 的 理 論 及 技術(shù) 研 究圖 像 、 圖 形 相 結(jié) 合 朝 著 三 維 成 像 或 多 維 成 像 的 方 向 發(fā)展硬 件 芯 片 研 究新 理 論 與 新 算 法 研 究 作 業(yè)模 擬 圖 像 數(shù) 字 化 的 關(guān) 鍵 步 驟 有 哪 些 ？ 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 關(guān) 鍵 步 驟 有 哪 些 ？