數(shù)字圖像處理緒論

數(shù)字圖像處理第一章數(shù)字圖像處理緒論任課教師林忠華課程內容第1章數(shù)字圖像處理緒論第2章圖像增強第3章圖像復原

第4章圖像編碼

第5章圖像分割第6章目標表示與描述第7章形態(tài)學數(shù)字圖像處理緒論一、教材與參考書二、圖像及其分類三、圖像和像素四、像素間的關系五、采樣與量化六、三種常見的圖像七、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的基本組成結構八、數(shù)字圖像處理的目的、應用及發(fā)展方向九、數(shù)字圖像處理的主要內容十、小結習題1教材與參考書姚敏等，數(shù)字圖像處理，機械工業(yè)出版社RafaelC.Gonzalez,RichardE.Woods著，阮秋琦，阮宇智等譯，數(shù)字圖像處理（第二版），電子工業(yè)出版社RafaelC.Gonzalez，RichardE.Woods，StevenL.Eddins，DigitalImageprocessingUsingMATLAB

，電子工業(yè)出版社章毓晉，圖像處理和分析技術，高等教育出版社何斌等，VisualC++數(shù)字圖像處理（第二版），人民郵電出版社章毓晉，圖像處理和分析教程，人民郵電出版社李俊山等，數(shù)字圖像處理，清華大學出版社圖像實例(a)衛(wèi)星云圖

(b)風景圖片

圖像特點1直觀形象2易懂3信息量大2圖像分類按灰度分類：二值、多灰度

按色彩分類：單色、彩色

按運動分類：靜態(tài)、動態(tài)

按時空分布分類：二維、三維

3圖像和像素數(shù)字圖像是指由被稱作像素的小塊區(qū)域組成的二維矩陣。將物理圖像行列劃分后，每個小塊區(qū)域稱為像素（pixel）。每個像素包括兩個屬性：位置和亮度（或色彩）。對灰度圖像而言，每個像素的亮度用一個數(shù)值（即灰度值）來表示，通常數(shù)值范圍在0到255之間，即可用一個字節(jié)來表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度級別。Pictureelement3圖像和像素物理圖像及對應的數(shù)字圖像3圖像和像素圖1-1數(shù)字圖像3圖像和像素圖像數(shù)字化是將一幅畫面轉化成計算機能處理的形式——數(shù)字圖像的過程。

模擬圖像數(shù)字圖像正方形點陣具體來說，就是把一幅圖畫分割成如圖所示的一個個小區(qū)域（像元或像素），并將各小區(qū)域灰度用整數(shù)來表示，形成一幅數(shù)字圖像。它包括采樣和量化兩個過程。小區(qū)域的位置和灰度就是像素的屬性。數(shù)字圖像的兩個基本問題像素數(shù)目灰度值的度量本質問題：連續(xù)-》離散4像素間的基本關系N4(p)——像素(x,y)的4鄰域(x+1,y)，(x-1,y)，(x,y+1)，(x,y-1)ND(p)——像素(x,y)的對角鄰域(x+1,y+1)，(x+1,y-1)，(x-1,y+1)，(x-1,y-1)N8(p)——像素(x,y)的8鄰域

N4(p)+ND(p)4像素間的基本關系像素鄰域

4鄰域，記為N(p)對角鄰域，記為N(p)

8-鄰域，記為N(p)4像素間的基本關系V是用于定義連接性的灰度值集合

4連接：2個像素p和r在V中取值，且r在N4(p)中，則它們?yōu)?連接；8連接：2個像素p和r在V中取值，且r在N8(p)中，則它們?yōu)?連接；m連接(混合連接)：2個像素p和r在V中取值，且滿足下列條件之一，則它們?yōu)閙連接：r在N4(p)中；

r在ND(p)中且N4(p)∩N4(r)是空集，該集合是由p和r的在V中取值的4近鄰像素組成。4像素間的基本關系從具有坐標(x,y)的像素p到具有坐標(s,t)的像素q的通路（或曲線）是特定像素序列，其坐標為(x0,y0)，(x1,y1)，，(xn,yn)這里，(x0,y0)=(x,y)，(xn,yn)=(s,t)，并且像素(xi,yi)和(xi-1,yi-1)是連接的。在這種情況下，n是通路的長度。如果(x0,y0)=(xn,yn)，則通路是閉合通路。可以依據(jù)所用的連接類型定義4，8或m通路。

4像素間的基本關系4像素間的基本關系4像素間的基本關系5采樣與量化采樣

將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點的操作稱為采樣。采樣間隔的大小是個很重要的參數(shù)。

當對圖像進行實際的抽樣時，怎樣選擇各抽樣點的間隔是個非常重要的問題。關于這一點，圖像包含何種程度的細微的濃淡變化取決于希望反映圖像的程度。5采樣與量化圖像量化取樣點數(shù)和量化級數(shù)的選取條件：圖像有M*N個像素，每個像素有Q個灰度級別。取值規(guī)則：M、N和Q通?？偸侨?的整數(shù)次冪。Q=2b，若Q=256，則b=8，稱為圖像的8bit量化，或稱256級灰度。取值范圍：由于存在量化誤差，原則上b越大重建圖像失真越小。 對于人眼應用b取5-8； 而對于衛(wèi)星圖片等圖像分析應用b取8-12。5采樣與量化實際需要：

1）當圖像中有大面積灰度變化緩慢的平滑區(qū)域（如人臉），則b加大，M*N可變小。否則會出現(xiàn)假輪廓。

2）當復雜的圖像時（如球場觀眾），則b減小，M*N可加大。否則會丟失圖像細節(jié)。5采樣與量化圖像質量與采樣5采樣與量化圖像質量與量化6三種常見的圖像灰度級6三種常見的圖像灰度圖像(128x128)及其對應的數(shù)值矩陣（僅列出一部分(26x31)）

6三種常見的圖像彩色圖像可以用紅、綠、藍三元組的二維矩陣來表示。通常，三元組的每個數(shù)值也是在0到255之間，0表示相應的基色在該像素中沒有，而255則代表相應的基色在該像素中取得最大值，這種情況下每個像素可用三個字節(jié)來表示。彩色圖像(128x128)及其對應的數(shù)值矩陣（僅列出一部分(25x31)）

6三種常見的圖像6三種常見的圖像索引圖像調色板（palette）：圖像的色彩索引表。若圖像的色彩數(shù)遠小于全色彩數(shù)時，當每個像素的值用色彩索引表的位置表示就可以大大節(jié)約存儲空間。6三種常見的圖像索引圖像7數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的基本組成結構數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像數(shù)字化設備、圖像處理計算機和圖像輸出設備組成。圖像數(shù)字化設備：掃描儀、數(shù)碼相機、攝象機與圖像采集卡等圖像處理計算機：PC、工作站等（通常將存儲設備也包括在內）圖像輸出設備：打印機、繪圖儀等8數(shù)字圖像處理目的1.提高圖像的視感質量，以達到賞心悅目的目的。2.提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，便于計算機分析。3.對圖像數(shù)據(jù)進行變換、編碼和壓縮，便于圖像的存儲和傳輸。8數(shù)字圖像處理應用數(shù)字圖像處理日益普及數(shù)字化設備越來越多；計算機處理能力越來越強；存儲設備的發(fā)展；8數(shù)字圖像處理應用_視覺監(jiān)控視覺監(jiān)視、公安：銀行防盜，人臉識別等。8數(shù)字圖像處理應用_工業(yè)檢測工業(yè)檢測與測量：公路路面破損圖像識別網(wǎng)裂龜裂8數(shù)字圖像處理應用_高精度制導軍事偵察、高精度制導Chinese_embassy193間諜衛(wèi)星和標準導彈8數(shù)字圖像處理應用_醫(yī)療診斷醫(yī)療診斷：CT技術，癌細胞識別等。8數(shù)字圖像處理應用_通訊通訊：可視電話，視頻點播等。8數(shù)字圖像處理應用_公共服務影視業(yè)、娛樂、公眾服務：廣告，基于內容檢索等。8數(shù)字圖像處理發(fā)展方向（1）在進一步提高精度的同時著重解決處理速度問題（2）加強軟件研究、開發(fā)新的處理方法。（3）加強邊緣學科的研究工作。（4）加強理論研究，形成圖像處理科學自身的理論體系9數(shù)字圖像處理的主要內容不管圖像處理是何種目的，都需要用計算機圖像處理系統(tǒng)對圖像數(shù)據(jù)進行輸入、加工和輸出，因此數(shù)字圖像處理研究的內容主要有以下8個部分：

1)圖像獲取、表示和表現(xiàn)該過程主要是把模擬圖像信號轉化為計算機所能接受的數(shù)字形式，以及把數(shù)字圖像顯示和表現(xiàn)出來（如打印）。這一過程主要包括攝取圖像及數(shù)字化等幾個步驟。

9數(shù)字圖像處理的主要內容2)圖像復原

當造成圖像退化（圖像品質下降）的原因已知時，復原技術可以對圖像進行校正。圖像復原最關鍵的是對每種退化都需要有一個合理的模型。退化模型和特定數(shù)據(jù)一起描述了圖像的退化，因此，復原技術是基于模型和數(shù)據(jù)的圖像恢復，其目的是消除退化的影響，從而產生一個等價于理想成像系統(tǒng)所獲得的圖像。

9數(shù)字圖像處理的主要內容3)圖像增強

圖像增強是對圖像質量在一般意義上的改善。當無法知道圖像退化有關的定量信息時，可以使用圖像增強技術較為主觀地改善圖像的質量。有時可能需要徹底改變圖像的視覺效果，以便突出重要特征的可觀察性，使人或計算機更易觀察或檢測。在這種情況下，可以把增強理解為增強感興趣特征的可檢測性，而非改善視感質量。9數(shù)字圖像處理的主要內容4)圖像分割

把圖像分成區(qū)域的過程就是圖像分割。圖像中通常包含多個對象，圖像處理為達到識別和理解的目的，幾乎都必須按照一定的規(guī)則將圖像分割成區(qū)域，每個區(qū)域代表被成像的一個物體。9數(shù)字圖像處理的主要內容5)圖像壓縮編碼

數(shù)字圖像的特點之一是數(shù)據(jù)量龐大。因此在實際應用中圖像壓縮是必需的。圖像編碼主要是利用圖像信號的統(tǒng)計特性及人類視覺的生理學及心理學特性，對圖像信號進行高效編碼，即研究數(shù)據(jù)壓縮技術，目的是解決數(shù)據(jù)量大的矛盾。一般來說，圖像編碼的目的有三個：①減少數(shù)據(jù)存儲量；②降低數(shù)據(jù)率以減少傳輸帶寬；③壓縮信息量，便于特征提取，為后續(xù)識別作準備。

9數(shù)字圖像處理的主要內容6)圖像處理中的頻域變換

數(shù)字圖像處理的方法主要分為:一是空域法,二是頻域法.把圖像變換到頻率域可以從另一個角度來分析圖像的特性，以便更準確地處理它.在頻域處理法中最為關鍵的預處理便是變換處理.目前,在圖像處理技術中,頻率域變換正被廣泛地運用于圖像的特征提取,圖像增強，圖像復原以及圖像的變換編碼等領域中.9數(shù)字圖像處理的主要內容7)目標表達與描述通過圖像分割把圖像空間分成一些有意義的區(qū)域，然后采用不同于原始圖像的適當形式將目標表示出來，并對目標特征進行描述，再對圖像進行分析和理解處理圖像分割的結果要么是區(qū)域內的像素的集合，要么是位于區(qū)域邊界上的像素的集合，所以對圖像中目標的表達方法分為區(qū)域表達和邊界表達，對目標的描述一般也分為對邊界的描述和對區(qū)域的描述9數(shù)字圖像處理的主要內容8）形態(tài)學以形態(tài)為基礎對圖像進行分析的一類數(shù)學工具。 基本思想是用具有一定形態(tài)的結構元素，去量度和提取圖像中的對應形狀，以達到對圖像分析