曲阜師范大學圖像信息處理課件第1章 導論

數(shù)字圖像處理曲阜師范大學劉振Emai：zhen@Tel勉永遠都不要丟失自己的激情和夢想！死記硬背也許能讓你通過大學4年，但會毀掉你接下來的40年??！——印度電影《三個大傻大鬧寶萊塢》課程設置考核方式：考查課卷面分數(shù)：50分，占總評成績：50%平時成績：20分，占總評成績：20%作業(yè)實驗：30分，占總評成績：30%注不及格條件：全學期點名6-8次，若曠課3次---不及格作業(yè)3-4次作業(yè)，若2次以上未作---不及格期末考試不參加參考教材：1.朱虹，數(shù)字圖像處理基礎[M]，科學出版社2.岡薩雷斯,數(shù)字圖像處理[M],電子工業(yè)出版社引言要解決的問題：什么是數(shù)字圖像處理？這門課的精髓是什么？這門課與我們專業(yè)的關系？數(shù)字圖像處理的應用前景？數(shù)字圖像處理：所屬學科：測繪學（一級）；攝影測量與遙感學（二級）；1.1數(shù)字圖像處理的概念圖像的概念圖像是對客觀存在的物體的一種相似性的、生動的寫真或描述，是一種不完全不精確的描述。僅從圖像無法判斷氣溫、降雪量、交通，因此圖像是不完全、不準確的描述1.1數(shù)字圖像處理的概念圖像的類別物體圖像數(shù)學函數(shù)不可見的物理圖像可見的圖像光圖像照片、圖與畫1.1數(shù)字圖像處理的概念可見光成像和不可見光成像1.1數(shù)字圖像處理的概念圖像分類物理圖像：物質或能量的實際分布虛擬圖像：采用數(shù)學的方法，將由概念形成的物體（不是實物）進行表示的圖像數(shù)字圖像：用一個數(shù)字陣列來表示的圖像，其描述是指如何用一個數(shù)值的方式來表示圖像

（可以是物理圖像，也可以是虛擬圖像）數(shù)字圖像的最小單位是像素（pixel）1.2本科內(nèi)容及與其他學科關系數(shù)字圖像處理內(nèi)容它是研究圖像的獲取、傳輸、存儲，變換、顯示、理解與綜合利用的一門嶄新學科。根據(jù)抽象程度不同可分為三個層次：狹義圖像處理、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語義數(shù)據(jù)量操作對象小大符號象素目標數(shù)字圖像的研究領域狹義的數(shù)字圖像處理1.從圖像到圖像的處理圖像到圖像的處理2.圖像分析：從圖像到非圖像的一種表示3.計算機視覺：圖像理解能夠理解自然景物的系統(tǒng)，為機器設備或機器人提供眼睛的功能1.2與其他學科關系圖像圖像數(shù)據(jù)符號人客觀世界計算機圖形學圖像理解圖像分析模式識別狹義圖像處理計算機視覺計算機圖形學用計算機將由概念或者數(shù)學描述所表示的虛構物體圖像進行處理和顯示的過程1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述一個通用的圖像處理系統(tǒng)構成，主要分為采集、顯示、存儲、通信、處理和分析5個模塊。圖像采集模塊常見的圖像采集的設備如數(shù)碼攝像機、數(shù)碼相機、掃描儀、采集卡、攝像頭、遙感儀、CT機等。采集裝置包括兩個部件：光敏感器件模/數(shù)轉換裝置掃描儀采集卡攝像頭CT機圖像顯示模塊常見的圖像顯示的設備有顯示器（包括CRT和LCD）、打印機、繪圖儀、顯卡、膠片記錄儀等。打印機繪圖儀圖像存儲模塊常見的圖像存儲的設備有磁盤、硬軟盤、磁帶、光盤等,還有現(xiàn)在用于數(shù)碼相機和手機的存儲卡，包括CF卡、SD卡、MMC卡、TF卡等。圖像數(shù)據(jù)量龐大，除了大容量磁盤外，MO(磁光存儲器)、CD、DVD等光學存儲裝置以及SAN、NAS等網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)，為存儲海量圖像數(shù)據(jù)提供了極好的支持。磁帶CF卡NAS/SAN網(wǎng)絡存儲設備圖像通信模塊圖像通信就是把圖像傳送到遠方終端。按傳輸圖像種類分為：靜止圖像通信，如電報、傳真和圖文電視等活動圖像通信，如電視、可視電話等。計算機以微機或工作站為主，配以圖像卡和外設構成微型圖像處理系統(tǒng)采用大型機圖像處理和分析模塊包含內(nèi)容圖像恢復和重建

圖像增強圖像編碼

圖像分割

圖像描述和表達

圖像變換

將圖像轉換為變換域的處理。主要研究如何突出圖像中所感興趣的部分。針對圖像退化原因建立模型，以濾波恢復或重建圖像。主要用于減少數(shù)據(jù)量，以便存儲和傳輸。提取圖像中有意義的區(qū)域。是圖像識別和理解的必要前提。圖像處理1.4數(shù)字圖像處理的特點及其應用數(shù)字圖像處理的特點：精度高

對于一幅圖像而言，數(shù)字化時不管是用4比特、8比特還是其它比特表示，只需改變計算機中程序的參數(shù)，處理方法不變。所以從原理上講不管對多高精度的數(shù)字圖像進行處理都是可能的。而在模擬圖像處理中，要想使精度提高一個數(shù)量級，就必須對裝置進行大幅度改進。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。在傳送和復制圖像時，只在計算機內(nèi)部進行處理，這樣數(shù)據(jù)就不會丟失或遭破壞，保持了完好的再現(xiàn)性。而在模擬圖像處理過程中，就會因為各種干擾因素而無法保持圖像的再現(xiàn)性。1.4數(shù)字圖像處理的特點及其應用數(shù)字圖像處理的特點：通用性、靈活性強對可見圖像和不可見光圖像（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備規(guī)模和精度各不相同，但當把這些圖像數(shù)字化后，對于計算機來說，都可同樣進行處理，這就是數(shù)字處理圖像的通用性。另外，改變處理圖像的計算機程序，可對圖像進行各種各樣的處理，如上下滾動、漫游、拼接、合成、變換、放大、縮小和各種邏輯運算等，所以靈活性很高。生物醫(yī)學領域應用三維快速血管造影成像頭部CT主要應用如X射線層析攝影(CT)、核磁共振(MRI)、超聲成像、血管造影、細胞和染色體自動分類等。這些技術和設備大大提高了治療診斷水平，減輕了病人的痛苦。Gamma射線成像示例超聲波成像示例遙感和航空測量遙感：主要用于資源、礦藏勘探、國土規(guī)劃、高速公路選線、災害調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)、氣象預報以及軍事目標監(jiān)視等。氣象衛(wèi)星云圖土地變化監(jiān)測圖云南省大理州森林火災的遙感圖3.工業(yè)應用該領域的應用從70年代起取得了迅速的發(fā)展，主要有產(chǎn)品質量檢測、生產(chǎn)過程的自動控制、CAD／CAM等。工業(yè)應用—智能交通：

智能交通控制汽車牌照識別系統(tǒng)圖4.軍事公安軍事目標的偵察、制導和警戒系統(tǒng)、自動滅火器的控制及反偽裝等等都需要用到圖像處理技術；公安部門的現(xiàn)場照片、指紋、虹膜、面部、手跡、印章等的處理和辨識也要借助圖像處理。導彈制導指紋門鎖1）生物認證（Biometrics）利用人類自身的特征來進行身份認證。2）生物特征人類自身的特征統(tǒng)稱為生物特征。生物特征=生理特征+行為特征生理特征是與生俱來，如人臉、指紋、掌紋、虹膜、DNA、......；行為特征后天形成，如筆跡、步態(tài)、聲音生物認證新技術人臉識別熱門、新興技術室外遠距離識別：人臉+步態(tài)＋→基于生理學的人臉識別從熱紅外圖像提取人臉血管信息進行識別（休斯頓大學，2007）人臉動（靜）脈分布5.圖像通信常見的數(shù)字圖像和數(shù)字視頻設備如可視電話、會議電視、衛(wèi)星電視、數(shù)字電視、高清晰度電視、VCD、DVD等會議電視終端可視電話衛(wèi)星電視接收器二、數(shù)字圖像處理的應用6.機器視覺機器視覺主要用于軍事偵察、危險環(huán)境的自主機器人，郵政、醫(yī)院和家庭服務的智能機器人，裝配線工件識別、定位，太空機器人的自動操作等。

ASIMO踢球ASIMO上樓梯數(shù)字圖像處理應用領域（閱讀）1）生物醫(yī)學中的應用：(1)顯微圖像處理；(2)DNA(脫氧核糖核酸)顯示分析；(3)紅、白血球分析計數(shù)；(4)蟲卵及組織切片的分析；(5)癌細胞識別；(6)染色體分析；(7)DSA(心血管數(shù)字減影)及其他減影技術；(8)內(nèi)臟大小形狀及異常檢查；

遙感航天中的應用(1)

軍事偵察、定位、引導、指揮等應用；(2)多光譜衛(wèi)星圖像分析；(3)地形、地圖、國土普查；(4)地質、礦藏勘探；(5)森林資源探查、分類、防火；(6)水利資源探查，洪水泛濫監(jiān)測；(7)海洋、漁業(yè)方面如溫度、漁群的監(jiān)測預報；(8)農(nóng)業(yè)方面如谷物估產(chǎn)、病蟲害調(diào)查；(9)自然災害、環(huán)境污染的監(jiān)測；(10)氣象、天氣預報圖的合成分析預報；(11)天文、太空星體的探測及分析；(12)交通、空中管理、鐵路選線等。工業(yè)應用(1)CAD和CAM技術用于模具、零件制造、服裝、印染業(yè)；(2)零件、產(chǎn)品無損檢測，焊縫及內(nèi)部缺陷檢查；(3)流水線零件自動檢測識別(供裝配流水線用)；(4)郵件自動分揀、包裹分揀識別；(5)印制板質量、缺陷的檢查；(6)生產(chǎn)過程的監(jiān)控；(7)交通管制、機場監(jiān)控；(8)紡織物花型、圖案設計；(9)密封元器件內(nèi)部質量檢查；(11)標識、符號識別如超級市場算賬、火車車皮識別；(12)支票、簽名、文件識別及辨?zhèn)危?13)運動車、船的視覺反饋控制。軍事、公安領域中的應用(1)巡航導彈地形識別；(2)指紋自動識別；(3)罪犯臉形的合成；(4)雷達地形偵察；(5)遙控飛行器的引導；(6)目標的識別與制導；(7)警戒系統(tǒng)及自動火炮控制；(8)反偽裝偵察；(9)手跡、人像、印章的鑒定識別；(10)過期檔案文字的復原；(11)集裝箱的不開箱檢查。與印刷相關原稿圖像獲?。ǘ喙庾V圖像、融合拼接）產(chǎn)品缺陷質量檢測（配準、臟點）防偽印刷（數(shù)字水印、微結構圖案）三維立體印刷（光柵圖像生成）印版圖案檢測與油墨預置（CPC3）桌面軟打樣（色彩管理）褪變色原稿的顏色復原分色與加網(wǎng)算法、色域轉換印章真?zhèn)舞b別……第44頁印刷缺陷檢測系統(tǒng)——色偏檢測色偏標準色偏檢測第45頁印刷缺陷檢測系統(tǒng)——刀絲檢測刀絲刀絲檢測