第一章_數(shù)字圖像處理概論

1、第一章 數(shù)字圖像處理概論徐敬海主要內(nèi)容o1.1 數(shù)字圖像處理的概念o1.2 目的和主要內(nèi)容o1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成o1.4 相關(guān)學(xué)科與領(lǐng)域o1.5 發(fā)展和應(yīng)用o1.6 最新動(dòng)向是什么？有什么？什么用？1.1 數(shù)字圖像處理的概念o圖像n圖像是對(duì)客觀存在對(duì)象的一種相似性的、生動(dòng)性的描述或?qū)懻?；o圖像的類型n人眼視覺特點(diǎn)o可見圖像、不可見圖像n波段o單波段、多波段、超波段o圖像的類型n圖像空間坐標(biāo)和明暗的連續(xù)性o模擬圖像n空間坐標(biāo)和明暗程度都是連續(xù)變化的、計(jì)算機(jī)無法直接處理的圖像o數(shù)字圖像n空間坐標(biāo)和灰度均不連續(xù)的、用離散的數(shù)字（一般整數(shù)）表示的圖像（計(jì)算機(jī)能處理）o數(shù)字圖像n是圖像的數(shù)字表

2、示，像素是其最小的單位。o數(shù)字圖像n在計(jì)算機(jī)中，圖像被分割成像素，各像素的灰度值用整數(shù)表示；n一幅MN個(gè)像素的數(shù)字圖像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩陣G表示；MNMMNNgggggggggG212222111211數(shù)字圖像處理o圖像處理n對(duì)圖像進(jìn)行一系列的操作以達(dá)到預(yù)期目的的技術(shù)稱為圖像處理。n模擬圖像處理n數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）o利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行系列操作，從而獲得某種預(yù)期的結(jié)果的技術(shù)（計(jì)算機(jī)圖像處理）o數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)n（1）處理精度高，再現(xiàn)性好。n（2）易于控制處理效果。n（3）處理的多樣性。n（4）圖像數(shù)據(jù)量龐大。n（5）處理費(fèi)時(shí)。

3、n（6）圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)。1.2 數(shù)字圖像處理的目的和主要研究?jī)?nèi)容o目的n提高圖像的視感質(zhì)量， 以達(dá)到賞心悅目的目的o去除圖像中的噪聲；o改變圖像的亮度、顏色；o增強(qiáng)圖像中的某些成份、 抑制某些成份；o對(duì)圖像進(jìn)行幾何變換等，達(dá)到藝術(shù)效果；n提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息o模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺的預(yù)處理n對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、 編碼和壓縮， 以便于圖像的存儲(chǔ)和傳輸1.2 主要研究?jī)?nèi)容o（1） 圖像的數(shù)字化n如何將一幅光學(xué)圖像表示成一組數(shù)字，既不失真又便于計(jì)算機(jī)分析處理n主要包括的是圖像的采樣與量化o（2*） 圖像的增強(qiáng)n加強(qiáng)圖像的有用信息，消弱干擾和噪聲o（3）圖像的恢復(fù)n把退化、模糊了的

4、圖像復(fù)原。模糊的原因有許多種，最常見的有運(yùn)動(dòng)模糊，散焦模糊等o（4*）圖像的編碼n簡(jiǎn)化圖像的表示，壓縮表示圖像的數(shù)據(jù)，以便于存儲(chǔ)和傳輸。o（5）圖像的重建n由二維圖像重建三維圖像（如CT）o（6）圖像的分析n對(duì)圖像中的不同對(duì)象進(jìn)行分割、分類、識(shí)別和描述、解釋。o（7）圖像分割與特征提取n圖像分割是指將一幅圖像的區(qū)域根據(jù)分析對(duì)象進(jìn)行分割。n圖像的特征提取包括了形狀特征、紋理特征、顏色特征等。o（8）圖像隱藏n是指媒體信息的相互隱藏。n數(shù)字水印n圖像的信息偽裝o（9）圖像通信圖像信息源信源編碼信道編碼調(diào)制器 信道解調(diào)器信道解碼信源解碼顯示 器噪聲1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成對(duì)象物光光源攝像單元A

5、/D轉(zhuǎn)換單元圖像存儲(chǔ)單元計(jì)算機(jī)o數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要o數(shù)字圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成示意圖 圖像數(shù)字化 設(shè) 備輸入圖像圖像處理計(jì) 算 機(jī)輸出圖像圖像輸出設(shè)備o輸入及數(shù)字化設(shè)備n電荷耦合器件CCD o電視攝像機(jī)、掃描儀、數(shù)碼照相機(jī)n遙感圖像獲取設(shè)備o光學(xué)攝影設(shè)備o紅外攝影設(shè)備o微波設(shè)備n圖像輸入卡（采集卡）o圖像存儲(chǔ)器單元、 顯示查找表（LUT）單元、 CCD攝像頭接口(A/D)、 監(jiān)視器接口(D/A)和PC機(jī)總線接口單元o輸出與顯示設(shè)備n顯示器n繪圖儀n激光打印機(jī)n噴墨打印機(jī)n圖象拷貝機(jī)o圖像處理軟件nVC開發(fā)1.4 圖像工程與相關(guān)學(xué)科o圖像工程的三個(gè)層次圖像理解符號(hào)目標(biāo)像素高層中層低層高低抽象程度數(shù)據(jù)

6、量操作對(duì)象小大語義圖像分析圖像處理o圖像處理n從圖像到圖像o圖像分析n從圖像到數(shù)據(jù)o圖像理解n從圖像到解釋圖像理解符號(hào)目標(biāo)像素高層中層低層高低抽象程度數(shù)據(jù)量操作對(duì)象小大語義圖像分析圖像處理本課程的任務(wù)和目標(biāo)：重點(diǎn)為圖像處理，并學(xué)習(xí)圖像分析的基本理論和方法。o圖像工程與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系圖 像（ 轉(zhuǎn) 換 ）圖 像 理 解圖 像 分 析計(jì)算機(jī)視覺模式識(shí)別計(jì) 算 機(jī) 圖 形 學(xué)客觀世界圖 像 理 解圖 像 處 理人圖 像符 號(hào)數(shù) 據(jù)新理論新概念新工具1.5 數(shù)字圖象處理的發(fā)展概況和應(yīng)用o發(fā)展概況：n（1）二十世紀(jì)二十年代：圖象遠(yuǎn)距離傳輸。n（2）二十世紀(jì)五十年代：數(shù)字計(jì)算機(jī)發(fā)展到一定水平，數(shù)字圖象處理引

7、起巨大關(guān)注。n（3）1964年：美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室用計(jì)算機(jī)對(duì)“徘徊者二號(hào)”太空船發(fā)回的大批月球照片進(jìn)行處理。數(shù)字圖象處理應(yīng)用從空間研究計(jì)劃擴(kuò)展到生物醫(yī)學(xué)，工業(yè)生產(chǎn)，軍事偵察等領(lǐng)域圖象處理最先應(yīng)用于空間探索o（4）二十世紀(jì)六十年代末：數(shù)字圖象處理較完整的理論體系已形成，成為一門新興的學(xué)科。o（5）二十世紀(jì)六十年代至八十年代：隨著離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善，數(shù)字圖象處理理論和方法進(jìn)一步完善，應(yīng)用范圍更加廣泛。o（6）二十世紀(jì)八十年代以來：數(shù)字圖象處理向更高級(jí)的方向發(fā)展：實(shí)時(shí)性，智能化，普及化，網(wǎng)絡(luò)化，低成本。o應(yīng)用領(lǐng)域：n通信：圖象傳輸，電視電話等。n宇宙探測(cè)：星體圖片處理。n遙感：地形、地質(zhì)、礦藏

8、探查，森林、水利、海洋、農(nóng)業(yè)等資源調(diào)查，自然災(zāi)害預(yù)測(cè)，環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)，氣象云圖。n生物醫(yī)學(xué)：CT，X射線成象，B超，紅外圖象，顯微圖象。n工業(yè)生產(chǎn)： 產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，生產(chǎn)過程控制，CAD，CAM。n軍事： 軍事目標(biāo)偵察，制導(dǎo)系統(tǒng)，警戒系統(tǒng)，自動(dòng)火器控制，反偽裝等。n公安： 現(xiàn)場(chǎng)照片，指紋，手跡，印章，人像等處理和鑒別。n檔案： 過期的文字、圖片檔案的修復(fù)和處理。n機(jī)器人視覺n娛樂： 電影特技，動(dòng)畫，廣告，MTV等。 1.6 數(shù)字圖像處理的發(fā)展動(dòng)向o提高精度，提高處理速度o加強(qiáng)軟件研究，開發(fā)新方法o加強(qiáng)邊緣學(xué)科的研究工作o加強(qiáng)理論研究o圖像處理領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化問題參考文獻(xiàn)oKenneth R. Castleman, Digital Image Processing，清華大學(xué)出版社，1998。o “MATLAB 6.X圖像處理”（孫兆林，清華大學(xué)出版社，2002）。（實(shí)驗(yàn)教材） oR.C.岡薩雷斯等， 數(shù)字圖像處理，電子工業(yè)出版社，2003。o章毓晉， 圖象處理和分