曲阜師范大學(xué)圖像信息處理課件第1章 導(dǎo)論

數(shù)字圖像處理曲阜師范大學(xué)劉振Emai：zhen@Tel勉永遠(yuǎn)都不要丟失自己的激情和夢(mèng)想！死記硬背也許能讓你通過(guò)大學(xué)4年，但會(huì)毀掉你接下來(lái)的40年！！——印度電影《三個(gè)大傻大鬧寶萊塢》課程設(shè)置考核方式：考查課卷面分?jǐn)?shù)：50分，占總評(píng)成績(jī)：50%平時(shí)成績(jī)：20分，占總評(píng)成績(jī)：20%作業(yè)實(shí)驗(yàn)：30分，占總評(píng)成績(jī)：30%注不及格條件：全學(xué)期點(diǎn)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(chǔ)[M]，科學(xué)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(wèn)題：什么是數(shù)字圖像處理？這門(mén)課的精髓是什么？這門(mén)課與我們專(zhuān)業(yè)的關(guān)系？數(shù)字圖像處理的應(yīng)用前景？數(shù)字圖像處理：所屬學(xué)科：測(cè)繪學(xué)（一級(jí)）；攝影測(cè)量與遙感學(xué)（二級(jí)）；1.1數(shù)字圖像處理的概念圖像的概念圖像是對(duì)客觀存在的物體的一種相似性的、生動(dòng)的寫(xiě)真或描述，是一種不完全不精確的描述。僅從圖像無(wú)法判斷氣溫、降雪量、交通，因此圖像是不完全、不準(zhǔn)確的描述1.1數(shù)字圖像處理的概念圖像的類(lèi)別物體圖像數(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數(shù)字圖像處理的概念可見(jiàn)光成像和不可見(jiàn)光成像1.1數(shù)字圖像處理的概念圖像分類(lèi)物理圖像：物質(zhì)或能量的實(shí)際分布虛擬圖像：采用數(shù)學(xué)的方法，將由概念形成的物體（不是實(shí)物）進(jìn)行表示的圖像數(shù)字圖像：用一個(gè)數(shù)字陣列來(lái)表示的圖像，其描述是指如何用一個(gè)數(shù)值的方式來(lái)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(xué)科關(guān)系數(shù)字圖像處理內(nèi)容它是研究圖像的獲取、傳輸、存儲(chǔ)，變換、顯示、理解與綜合利用的一門(mén)嶄新學(xué)科。根據(jù)抽象程度不同可分為三個(gè)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(yǔ)義數(shù)據(jù)量操作對(duì)象小大符號(hào)象素目標(biāo)數(shù)字圖像的研究領(lǐng)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(jì)算機(jī)視覺(jué)：圖像理解能夠理解自然景物的系統(tǒng)，為機(jī)器設(shè)備或機(jī)器人提供眼睛的功能1.2與其他學(xué)科關(guān)系圖像圖像數(shù)據(jù)符號(hào)人客觀世界計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖像理解圖像分析模式識(shí)別狹義圖像處理計(jì)算機(jī)視覺(jué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)用計(jì)算機(jī)將由概念或者數(shù)學(xué)描述所表示的虛構(gòu)物體圖像進(jìn)行處理和顯示的過(guò)程1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述一個(gè)通用的圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成，主要分為采集、顯示、存儲(chǔ)、通信、處理和分析5個(gè)模塊。圖像采集模塊常見(jiàn)的圖像采集的設(shè)備如數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、采集卡、攝像頭、遙感儀、CT機(jī)等。采集裝置包括兩個(gè)部件：光敏感器件模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置掃描儀采集卡攝像頭CT機(jī)圖像顯示模塊常見(jiàn)的圖像顯示的設(shè)備有顯示器（包括CRT和LCD）、打印機(jī)、繪圖儀、顯卡、膠片記錄儀等。打印機(jī)繪圖儀圖像存儲(chǔ)模塊常見(jiàn)的圖像存儲(chǔ)的設(shè)備有磁盤(pán)、硬軟盤(pán)、磁帶、光盤(pán)等,還有現(xiàn)在用于數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)的存儲(chǔ)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(pán)外，MO(磁光存儲(chǔ)器)、CD、DVD等光學(xué)存儲(chǔ)裝置以及SAN、NAS等網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)，為存儲(chǔ)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(luò)存儲(chǔ)設(shè)備圖像通信模塊圖像通信就是把圖像傳送到遠(yuǎn)方終端。按傳輸圖像種類(lèi)分為：靜止圖像通信，如電報(bào)、傳真和圖文電視等活動(dòng)圖像通信，如電視、可視電話等。計(jì)算機(jī)以微機(jī)或工作站為主，配以圖像卡和外設(shè)構(gòu)成微型圖像處理系統(tǒng)采用大型機(jī)圖像處理和分析模塊包含內(nèi)容圖像恢復(fù)和重建

圖像增強(qiáng)圖像編碼

圖像分割

圖像描述和表達(dá)

圖像變換

將圖像轉(zhuǎn)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(duì)圖像退化原因建立模型，以濾波恢復(fù)或重建圖像。主要用于減少數(shù)據(jù)量，以便存儲(chǔ)和傳輸。提取圖像中有意義的區(qū)域。是圖像識(shí)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(diǎn)及其應(yīng)用數(shù)字圖像處理的特點(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。1.4數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)及其應(yīng)用數(shù)字圖像處理的特點(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。生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用三維快速血管造影成像頭部CT主要應(yīng)用如X射線層析攝影(CT)、核磁共振(MRI)、超聲成像、血管造影、細(xì)胞和染色體自動(dòng)分類(lèi)等。這些技術(shù)和設(shè)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(cè)量遙感：主要用于資源、礦藏勘探、國(guó)土規(guī)劃、高速公路選線、災(zāi)害調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)以及軍事目標(biāo)監(jiān)視等。氣象衛(wèi)星云圖土地變化監(jiān)測(cè)圖云南省大理州森林火災(zāi)的遙感圖3.工業(yè)應(yīng)用該領(lǐng)域的應(yīng)用從70年代起取得了迅速的發(fā)展，主要有產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制、CAD／CAM等。工業(yè)應(yīng)用—智能交通：

智能交通控制汽車(chē)牌照識(shí)別系統(tǒng)圖4.軍事公安軍事目標(biāo)的偵察、制導(dǎo)和警戒系統(tǒng)、自動(dòng)滅火器的控制及反偽裝等等都需要用到圖像處理技術(shù)；公安部門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)照片、指紋、虹膜、面部、手跡、印章等的處理和辨識(shí)也要借助圖像處理。導(dǎo)彈制導(dǎo)指紋門(mén)鎖1）生物認(rèn)證（Biometrics）利用人類(lèi)自身的特征來(lái)進(jìn)行身份認(rèn)證。2）生物特征人類(lèi)自身的特征統(tǒng)稱(chēng)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(lái)，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(rèn)證新技術(shù)人臉識(shí)別熱門(mén)、新興技術(shù)室外遠(yuǎn)距離識(shí)別：人臉+步態(tài)＋→基于生理學(xué)的人臉識(shí)別從熱紅外圖像提取人臉血管信息進(jìn)行識(shí)別（休斯頓大學(xué)，2007）人臉動(dòng)（靜）脈分布5.圖像通信常見(jiàn)的數(shù)字圖像和數(shù)字視頻設(shè)備如可視電話、會(huì)議電視、衛(wèi)星電視、數(shù)字電視、高清晰度電視、VCD、DVD等會(huì)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(yīng)用6.機(jī)器視覺(jué)機(jī)器視覺(jué)主要用于軍事偵察、危險(xiǎn)環(huán)境的自主機(jī)器人，郵政、醫(yī)院和家庭服務(wù)的智能機(jī)器人，裝配線工件識(shí)別、定位，太空機(jī)器人的自動(dòng)操作等。

ASIMO踢球ASIMO上樓梯數(shù)字圖像處理應(yīng)用領(lǐng)域（閱讀）1）生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)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(jì)數(shù)；(4)蟲(chóng)卵及組織切片的分析；(5)癌細(xì)胞識(shí)別；(6)染色體分析；(7)DSA(心血管數(shù)字減影)及其他減影技術(shù)；(8)內(nèi)臟大小形狀及異常檢查；

遙感航天中的應(yīng)用(1)

軍事偵察、定位、引導(dǎo)、指揮等應(yīng)用；(2)多光譜衛(wèi)星圖像分析；(3)地形、地圖、國(guó)土普查；(4)地質(zhì)、礦藏勘探；(5)森林資源探查、分類(lèi)、防火；(6)水利資源探查，洪水泛濫監(jiān)測(cè)；(7)海洋、漁業(yè)方面如溫度、漁群的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)；(8)農(nóng)業(yè)方面如谷物估產(chǎn)、病蟲(chóng)害調(diào)查；(9)自然災(zāi)害、環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)；(10)氣象、天氣預(yù)報(bào)圖的合成分析預(yù)報(bào)；(11)天文、太空星體的探測(cè)及分析；(12)交通、空中管理、鐵路選線等。工業(yè)應(yīng)用(1)CAD和CAM技術(shù)用于模具、零件制造、服裝、印染業(yè)；(2)零件、產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)，焊縫及內(nèi)部缺陷檢查；(3)流水線零件自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別(供裝配流水線用)；(4)郵件自動(dòng)分揀、包裹分揀識(shí)別；(5)印制板質(zhì)量、缺陷的檢查；(6)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控；(7)交通管制、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控；(8)紡織物花型、圖案設(shè)計(jì)；(9)密封元器件內(nèi)部質(zhì)量檢查；(11)標(biāo)識(shí)、符號(hào)識(shí)別如超級(jí)市場(chǎng)算賬、火車(chē)車(chē)皮識(shí)別；(12)支票、簽名、文件識(shí)別及辨?zhèn)危?13)運(yùn)動(dòng)車(chē)、船的視覺(jué)反饋控制。軍事、公安領(lǐng)域中的應(yīng)用(1)巡航導(dǎo)彈地形識(shí)別；(2)指紋自動(dòng)識(shí)別；(3)罪犯臉形的合成；(4)雷達(dá)地形偵察；(5)遙控飛行器的引導(dǎo)；(6)目標(biāo)的識(shí)別與制導(dǎo)；(7)警戒系統(tǒng)及自動(dòng)火炮控制；(8)反偽裝偵察；(9)手跡、人像、印章的鑒定識(shí)別；(10)過(guò)期檔案文字的復(fù)原；(11)集裝箱的不開(kāi)箱檢查。與印刷相關(guān)原稿圖像獲?。ǘ喙庾V圖像、融合拼接）產(chǎn)品缺陷質(zhì)量檢測(cè)（配準(zhǔn)、臟點(diǎn)）防偽印刷（數(shù)字水印、微結(jié)構(gòu)圖案）三維立體印刷（光柵圖像生成）印版圖案檢測(cè)與油墨預(yù)置（CPC3）桌面軟打樣（色彩管理）褪變色原稿的顏色復(fù)原分色與加網(wǎng)算法、色域轉(zhuǎn)換印章真?zhèn)舞b別……第44頁(yè)印刷缺陷檢測(cè)系統(tǒng)——色偏檢測(cè)色偏標(biāo)準(zhǔn)色偏檢測(cè)第45頁(yè)印刷缺陷檢測(cè)系統(tǒng)——刀絲檢測(cè)刀絲刀絲檢測(cè)