數(shù)字圖象處理緒論

1、第 1 章數(shù)字圖象處理緒論第1章 緒論 內(nèi)容 課程性質(zhì)、教學(xué)計(jì)劃和要求簡(jiǎn)介； 數(shù)字圖像處理的基本概念、主要內(nèi)容、系統(tǒng)組成、特點(diǎn)及其應(yīng)用 目的 要求學(xué)生了解數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容及相關(guān)知識(shí)，熟悉數(shù)字圖像處理與其他學(xué)科的關(guān)系； 重點(diǎn)掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、系統(tǒng)組成、特點(diǎn)及應(yīng)用。第一章 數(shù)字圖像處理緒論1.1 數(shù)字圖像處理1.2 圖像系統(tǒng)1.3 數(shù)字圖像處理特點(diǎn)及應(yīng)用1.1 數(shù)字圖像處理 1.1.1 圖像凡是人類視覺(jué)上能感受到的信息都可以稱為圖像。包括：視頻（Video），圖形（Graphics），動(dòng)圖（Animation），符號(hào)（Symbol）和文字（Character）?！皥D”是物體投射或反

2、射光的分布，“象”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，是客觀和主觀的結(jié)合。物體圖像數(shù)學(xué)函數(shù)不可見(jiàn)的物理圖像可見(jiàn)的圖像光圖像照片、圖與畫(huà)1.1 圖像 圖像的類別1.1 圖像 模擬圖像模擬圖像可用連續(xù)函數(shù)來(lái)描述。 特點(diǎn)：光照位置和光照強(qiáng)度均為連續(xù)變化的。),(yxFI 1.1 圖像 數(shù)字圖像可用矩陣或數(shù)組來(lái)描述像素或像元的屬性：空間位置和灰度。1, 11 , 10 , 11, 11 , 10 , 11, 01 , 00 , 0,NMMMNNiiiiiiiiinmII1.1 數(shù)字圖像處理 1.1.2 圖像技術(shù)圖像處理，圖像分析和圖像理解。圖像分析圖像理解狹義處理高低抽象程度高層低層中層

3、語(yǔ)義數(shù)據(jù)量操作對(duì)象小大符號(hào)象素目標(biāo)具體而言，數(shù)字圖像處理的內(nèi)容包括： 圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化 圖像變換圖像變換 圖像變換目的在于：處理問(wèn)題簡(jiǎn)化、有利于特征提取、加強(qiáng)對(duì)圖像信息的理解。 圖像變換算法很多，重點(diǎn)學(xué)習(xí)傅立葉變換的算法、性質(zhì)和應(yīng)用。 如何由一幅模擬圖像獲取一幅滿足需求的數(shù)字圖像，使圖像便于計(jì)算機(jī)處理、分析。 圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng) 圖像的恢復(fù)與重建圖像的恢復(fù)與重建 介紹各種增強(qiáng)方法及其應(yīng)用。增強(qiáng)圖像的有用信息，消弱噪聲的干擾。 把退化、模糊了的圖像復(fù)原.包括圖像輻射校正和幾何校正等內(nèi)容。 由斷層掃描重建二、三維圖像。 圖像編碼圖像編碼 簡(jiǎn)化圖像的表示，壓縮圖像的數(shù)據(jù)，便于存儲(chǔ)和傳輸。 25

4、6K 21k 圖像分割圖像分割 圖像分割是指將一幅圖像劃分為互不重疊的區(qū)域的處理。重點(diǎn)介紹圖像分割的方法及其應(yīng)用。 二值圖像處理與形狀分析二值圖像處理與形狀分析 介紹二值圖像的幾何概念、二值圖像連接成分的各種變形算法和二值圖像特征提取與分析的各種方法。 檢測(cè)或去掉小成分骨架提取 邊界提取 紋理分析紋理分析 主要介紹影像紋理的概念、特征提取與分析的一些方法與應(yīng)用。 圖像識(shí)別圖像識(shí)別對(duì)圖像中的不同對(duì)象進(jìn)行分類、描述和解譯。圖像理解描述狹義處理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖像理解客觀世界圖像(人)計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖像符號(hào) 新技術(shù) 新工具 新理論模式識(shí)別圖像分析(轉(zhuǎn)換)它與模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等學(xué)科既相互聯(lián)系

5、又相互區(qū)別。1.1.3 與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)第二節(jié) 圖像系統(tǒng)圖象輸入系統(tǒng)圖象輸入系統(tǒng) 基本圖象處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖象處理與圖象處理與分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)圖象輸出系統(tǒng)圖象輸出系統(tǒng)第二節(jié) 圖像系統(tǒng) 1.2.1 圖像的輸入圖像輸入設(shè)備統(tǒng)一的采樣和量化非統(tǒng)一的采樣和量化1.2.1 圖像的輸入：圖象輸入設(shè)備 基于CCD光電耦器件的輸入設(shè)備攝像機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)數(shù)字相機(jī)平板掃描儀 基于光電倍增管的輸入設(shè)備滾筒掃描儀1.2.1 圖像的輸入：圖象輸入設(shè)備 掃描儀分辨率與掃描圖象的大小分辨率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上采樣的像素個(gè)數(shù)：DPI(dot/inch)1000DPI1600DPI1000象素象素1600象素象素

6、1英寸英寸原稿原稿1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化為了計(jì)算機(jī)處理，圖像函數(shù)f(x,y)在空間和取值上必須數(shù)字化 圖像的采樣空間坐標(biāo)(x,y)的數(shù)字化被稱為圖像采樣確定水平和垂直方向上的像素個(gè)數(shù)N 、 MNM1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化 圖像采樣的形式化定義設(shè)Z表示整數(shù)集合采樣處理：將xy平面分配到一個(gè)網(wǎng)格上，且每一個(gè)網(wǎng)格中心的坐標(biāo)是一個(gè)笛卡兒乘積ZxZ的元素對(duì)，即所有有序元素對(duì)(a,b)的集合，其中a和b屬于整數(shù)集合Zxy平面平面(a,b)1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化 圖像的量化取值的數(shù)字化被稱為圖像灰度級(jí)量化量化處理：將f 映射到Z的處理Z的最大取值，確定像素

7、的灰度級(jí)數(shù)G = 2m， 如256f1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化 圖像的形式化定義設(shè)Z表示整數(shù)集合，R表示實(shí)數(shù)集合f(x,y)是數(shù)字圖像：（1）僅當(dāng)(x,y) 是ZxZ中的整數(shù)，（2）并且f是給每一個(gè)坐標(biāo)對(duì)(x,y)分配了一個(gè)灰度值（該值出于R）的函數(shù)1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化 圖像的采樣與數(shù)字圖象的質(zhì)量265x180133x9066x4533x22 圖像的量化與數(shù)字圖象的質(zhì)量256灰度級(jí)灰度級(jí)16灰度級(jí)灰度級(jí)8灰度級(jí)灰度級(jí)4灰度級(jí)灰度級(jí)1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化 一個(gè)好的近似圖像，需要多少采樣分辨率和灰度級(jí) 胡昂1965實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)方法 選取一組細(xì)節(jié)多少

8、不同的、不同N、M、G的圖象 讓觀察者根據(jù)他們的主觀質(zhì)量感覺(jué)給這些圖象排序?qū)嶒?yàn)結(jié)論 隨著采樣分辨率和灰度級(jí)的提高，主觀質(zhì)量也提高 對(duì)有大量細(xì)節(jié)的圖象，質(zhì)量對(duì)灰度級(jí)需求相應(yīng)降低1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化45Gm3264128256N 曲線1：細(xì)節(jié)較少的人臉圖象 等同偏愛(ài)曲線按主觀質(zhì)量遞增的順序被從左向右排列質(zhì)量質(zhì)量1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化45Gm3264128256N 曲線2：細(xì)節(jié)中等多的攝影師圖象質(zhì)量質(zhì)量1.2.1圖像的數(shù)字化：統(tǒng)一的采樣和量化45Gm3264128256N 曲線3：細(xì)節(jié)較多的球賽觀眾圖像質(zhì)量質(zhì)量1.2.1

9、圖像的采樣：非統(tǒng)一的采樣和量化 非統(tǒng)一的圖像的采樣在灰度級(jí)變化尖銳的區(qū)域，用細(xì)膩的采樣，在灰度級(jí)比較平滑的區(qū)域，用粗糙的采樣1.2.1 圖像的采樣：非統(tǒng)一的采樣和量化 非統(tǒng)一的圖像的量化在邊界附近使用較少的灰度級(jí)。剩余的灰度級(jí)可用于灰度級(jí)變化比較平滑的區(qū)域避免或減少由于量化的太粗糙，在灰度級(jí)變化比較平滑的區(qū)域出現(xiàn)假輪廓的現(xiàn)象f第二節(jié) 圖像系統(tǒng) 1.2.2 圖像的存儲(chǔ)圖像的存儲(chǔ)體系彩色圖像的存儲(chǔ)處理中的圖像存儲(chǔ)1.2.2 圖像的存儲(chǔ)：圖像的存儲(chǔ)體系 圖像文件格式體系互聯(lián)網(wǎng)用：GIF、JPG、PNG印刷用：TIF、JPG、TAG 、PCX國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：TIF、JPG 圖像存儲(chǔ)體系內(nèi)存存儲(chǔ)：處理時(shí)使用硬

10、盤存儲(chǔ)：處理、備份時(shí)用（在線）備份存儲(chǔ)：光盤、磁帶（離線、近線）分級(jí)存儲(chǔ)（HSM），網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（SAN/NAS)1.2.2 圖像的存儲(chǔ)：彩色圖像的存儲(chǔ) 按像素存儲(chǔ) 按色面存儲(chǔ)1.2.2 圖像的存儲(chǔ):處理中的圖像存儲(chǔ) 圖像處理算法對(duì)存儲(chǔ)緩沖區(qū)的不同處理模式以像素為單位的處理，單緩沖區(qū)存儲(chǔ)處理單緩沖區(qū)原緩沖區(qū)目標(biāo)緩沖區(qū)行和子圖為單位的處理，雙緩沖存儲(chǔ)處理1.2.2 圖像的存儲(chǔ):處理中的圖像存儲(chǔ) 大體積圖像處理中的塊緩沖區(qū)處理方式行緩沖區(qū)、定長(zhǎng)塊緩沖區(qū)、不定長(zhǎng)塊緩沖行緩沖區(qū)定長(zhǎng)塊緩沖區(qū)不定長(zhǎng)塊緩沖1.2.2 圖像的存儲(chǔ):處理中的圖像存儲(chǔ) 大體積圖像處理中的文件映射處理方式由操作系統(tǒng)和程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具提

11、供支持存在的問(wèn)題：存儲(chǔ)空間的動(dòng)態(tài)不可控性實(shí)際內(nèi)存虛擬操作內(nèi)存實(shí)際數(shù)據(jù)存放在硬盤第二節(jié) 圖像系統(tǒng) 1.2.3 圖像的顯示全局顯示局部顯示1.2.3 圖像的顯示：全局顯示 圖像顯示的坐標(biāo)空間 圖象顯示的時(shí)機(jī)與機(jī)制 圖象顯示的恢復(fù)與刷新1.2.3 圖像的顯示：全局顯示 圖像顯示的坐標(biāo)空間世界坐標(biāo)系與顯示窗口世界坐標(biāo)系視窗0顯示窗口1.2.3 圖像的顯示：全局顯示 圖象顯示的時(shí)機(jī)與機(jī)制事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制 局部失效事件 繪圖事件顯示函數(shù)與顯示事件 顯示函數(shù)將圖像的數(shù)據(jù)寫(xiě)入顯示緩存 顯示事件將緩存中的數(shù)據(jù)送到顯示卡1.2.3 圖像的顯示：全局顯示 圖象顯示的恢復(fù)與刷新恢復(fù)的必要性： Undo的需要 重顯的需要刷

12、新的機(jī)制： 系統(tǒng)刷新交互操作引發(fā) 主動(dòng)刷新函數(shù)調(diào)用引發(fā)1.2.3 圖像的顯示：局部顯示 圖像的局部顯示用蒙板實(shí)現(xiàn)圖象的局部顯示 用二值蒙板顯示邊緣不規(guī)則的局部區(qū)域 用8位蒙板顯示透明、融合效果的局部區(qū)域1.2.3 圖像的顯示：局部顯示1.2.3 圖像的顯示：局部顯示 圖象的局部刷新通過(guò)局部失效事件，觸發(fā)局部刷新保存刷新數(shù)據(jù)1.2.3 圖像的顯示：Gama校正 顯示器亮度變化的非線性R = RG = GB = B第二節(jié) 圖像系統(tǒng) 1.2.4 圖像的打印打印機(jī)類型打印機(jī)顯色原理1.2.4 圖像的打?。捍蛴C(jī)類型 噴墨打印機(jī) 激光打印機(jī) 熱升華打印機(jī) 熱蠟打印機(jī) 印刷機(jī)數(shù)字印刷機(jī)傳統(tǒng)印刷機(jī)：平印、凹

13、印、絲印1.2.4 圖像的打?。捍蛴C(jī)類型 噴墨打印機(jī) 激光打印機(jī) 數(shù)字印刷機(jī)1.2.4 圖像的打?。捍蛴C(jī)顯色原理 CMYK減色法 半色調(diào)（Halftone）通過(guò)基本顏色細(xì)小色塊的組合變化實(shí)現(xiàn)連續(xù)色調(diào)的圖象 網(wǎng)點(diǎn)（Screen）調(diào)幅網(wǎng)點(diǎn)：通過(guò)改變網(wǎng)點(diǎn)的大小調(diào)頻網(wǎng)點(diǎn)：通過(guò)改變單位面積中，相同大小網(wǎng)點(diǎn)的出現(xiàn)次數(shù)1.2.4 圖像的打?。捍蛴C(jī)顯色原理1.2.4 圖像的打?。捍蛴C(jī)顯色原理1.2.4 圖像的打印：打印機(jī)顯色原理第三節(jié)數(shù)字圖像處理特點(diǎn)及應(yīng)用 1.3.1 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn) 1.3.2 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用1.3.1 數(shù)字圖像處理特點(diǎn) 精度高 對(duì)于一幅圖像而言，數(shù)字化時(shí)不管是用4比特、8比

14、特還是其它比特表示，只需改變計(jì)算機(jī)中程序的參數(shù)，處理方法不變。所以從原理上講不管對(duì)多高精度的數(shù)字圖像進(jìn)行處理都是可能的。而在模擬圖像處理中，要想使精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，就必須對(duì)裝置進(jìn)行大幅度改進(jìn)。 再現(xiàn)性好 不管是什么數(shù)字圖像，均用數(shù)組或數(shù)組集合表示。在傳送和復(fù)制圖像時(shí)，只在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，這樣數(shù)據(jù)就不會(huì)丟失或遭破壞，保持了完好的再現(xiàn)性。而在模擬圖像處理過(guò)程中，就會(huì)因?yàn)楦鞣N干擾因素而無(wú)法保持圖像的再現(xiàn)性。1.3.1 數(shù)字圖像處理特點(diǎn) 通用性、靈活性強(qiáng) 對(duì)可見(jiàn)圖像和不可見(jiàn)光圖像（如X光圖像、熱紅外圖像和超聲波圖像等），盡管這些圖像生成體系中的設(shè)備規(guī)模和精度各不相同，但當(dāng)把這些圖像數(shù)字化后，對(duì)于

15、計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，都可同樣進(jìn)行處理，這就是數(shù)字處理圖像的通用性。 另外，改變處理圖像的計(jì)算機(jī)程序，可對(duì)圖像進(jìn)行各種各樣的處理，如上下滾動(dòng)、漫游、拼接、合成、變換、放大、縮小和各種邏輯運(yùn)算等，所以靈活性很高。1.3.1 數(shù)字圖像處理特點(diǎn)1.3.2 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用 數(shù)字處理圖像在生物醫(yī)學(xué) 、遙感 、工業(yè) 、軍事、通信、公安等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)：生物醫(yī)學(xué)：利用電磁波譜成像分析系統(tǒng)診斷病情。如顯微鏡圖像分析，DNA成像分析等；CT及核磁共振、超聲波、 X射線成像分析等。如三維測(cè)量可視化軟件系統(tǒng)可對(duì)各類醫(yī)學(xué)斷層圖像進(jìn)行分析處理，提供診斷依據(jù)。遙感遙感：農(nóng)、林等資源的調(diào)查，農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)，地勢(shì)、地貌測(cè)繪以及地質(zhì)構(gòu)造解譯、找礦，環(huán)境污染檢測(cè)等等。 RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(1)RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(2)1998年長(zhǎng)江（枝城-岳陽(yáng)）洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)工業(yè)生產(chǎn)：工業(yè)生產(chǎn)：無(wú)損探傷，石油勘探，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化（識(shí)別零件，裝配質(zhì)量檢查），工業(yè)機(jī)器人研制等。軍事：軍事：航空及衛(wèi)星