圖像處理課件

圖像處理課件第1頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四前言數(shù)字圖像處理（DigitalImageProcessing）是一門(mén)關(guān)于如何用計(jì)算機(jī)對(duì)圖象進(jìn)行處理的學(xué)科。本課程既講解基本原理和方法，也強(qiáng)調(diào)編程實(shí)踐（MATLAB實(shí)現(xiàn)）。教材：數(shù)字圖像處理及MATLAB實(shí)現(xiàn)，余成波編著，重慶大學(xué)出版社，2003參考書(shū)：DigitalImageProcessing,R.C.Gonzalez,PrenticeHall,2002.(中文版，阮秋琦譯，電子工業(yè)出版社)2.數(shù)字圖像處理，許錄平，科學(xué)出版社，20073.Matlab圖像處理與應(yīng)用，董長(zhǎng)虹等，國(guó)防工業(yè)出版社，20044.數(shù)字圖像處理學(xué)VisualC++實(shí)現(xiàn)，郎銳編，北京希望電子出版社，2002第2頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1.1.1圖像

圖像是自然界景物的客觀反映，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和人類(lèi)本身的重要源泉?！皥D”是物體反射或透射光的分布，它是客觀存在的，而“像”是人的視覺(jué)系統(tǒng)所接收的圖在人腦中所形成的印象或認(rèn)識(shí)。總之，凡是人類(lèi)視覺(jué)上能感受到的信息，都可以稱(chēng)為圖像。照片、繪畫(huà)、影視畫(huà)面是圖像；照相機(jī)、顯微鏡的光學(xué)成像也是圖像。漢字也可以說(shuō)是圖像的一種；圖形也屬于圖像的范疇。通過(guò)某些傳感器變換得到的電信號(hào)圖，如腦電圖、心電圖等也可看做是一種圖像。1.1圖像第1章圖像與計(jì)算機(jī)圖像處理第3頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

視頻(Video)：視頻圖像又稱(chēng)為動(dòng)態(tài)圖像、活動(dòng)圖像或者說(shuō)運(yùn)動(dòng)圖像。它是一組圖像在時(shí)間軸上的有序排列，是二維圖像在一維時(shí)間域上構(gòu)成的序列圖像。如NTSC制式電視30幀／秒，PAL制式是25幀／秒，電影則是24幀／秒。圖形(Graphics)：圖形是圖像的一種抽象，它反映圖像的幾何特征，例如點(diǎn)、線、面等。圖形是描述產(chǎn)生圖像中的點(diǎn)的過(guò)程和方法。除常見(jiàn)的靜態(tài)圖像以外，圖像還包含以下幾個(gè)重要內(nèi)容：第4頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四動(dòng)畫(huà)(Animation)：動(dòng)畫(huà)屬于動(dòng)態(tài)圖像的一種。它與視頻的區(qū)別在于視頻的采集來(lái)源于自然的真實(shí)圖像，而動(dòng)畫(huà)則是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生出來(lái)的圖像或圖形，是合成動(dòng)態(tài)圖像。動(dòng)畫(huà)包括二維動(dòng)畫(huà)、三維動(dòng)畫(huà)等多種形式。符號(hào)(Symbol)與文字(Character)：符號(hào)可以表示許多信息。符號(hào)包括各種描述量、數(shù)據(jù)、語(yǔ)言等。其中最重要的是數(shù)值、文字等有結(jié)構(gòu)的符號(hào)組。符號(hào)是用特定值表示的，如ASCII碼、中文國(guó)標(biāo)碼等。第5頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四什么是數(shù)字圖象？數(shù)字圖象是指由被稱(chēng)作象素的小塊區(qū)域組成的二維矩陣。對(duì)于單色即灰度圖象而言，每個(gè)象素的亮度用一個(gè)數(shù)值來(lái)表示，通常數(shù)值范圍在0到255之間，即可用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度。如下圖所示：第6頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四125,153,158,157,127,70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133,60,133,154,158,100,116,120,97,74,54,74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115,88,49,…………111,114,114,123,126,121,116,110,107,116,116,129,135,134,131,120,126,121,85,32,29,43,33,37,52,32,105,114,117,118,123,122,116,113,118,112,104,108,111,105,113,126,123,107,51,27,25,34,40,35,39,36,灰度圖象(128x128)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值矩陣（僅列出一部分(26x31)）

第7頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖像是一種空間信息，它具體地表明了事物的形態(tài)、位置和色彩等，以便人們進(jìn)行觀察、測(cè)量和識(shí)別。圖像包含了豐富的信息，它直觀地提供了景物的顏色、亮度、紋理、位置和形狀等。上述信息成為人們理解該圖像所表現(xiàn)的事物的基礎(chǔ)。圖像在人類(lèi)接收和傳遞信息中都起著重要的作用。因?yàn)閳D像比起聲音、文字信息有其突出的長(zhǎng)處，那就是圖像的直觀性、客觀性，它能原封不動(dòng)地將客觀事物的原形展現(xiàn)在眼前。而聲音、文字信息則是通過(guò)描述來(lái)表達(dá)事物，即屬于描述性的信息。會(huì)受到描述者的許多因素的影響，諸如主觀、片面、專(zhuān)業(yè)、情緒、狀態(tài)等都會(huì)使描述偏離客觀事物。1.1.2圖像信息的重要性第8頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖像信息的重要性還在于人們的視覺(jué)系統(tǒng)有著瞬間獲取圖像、分析圖像、識(shí)別圖像和理解圖像的能力。從視覺(jué)接受信息的角度看，可認(rèn)為圖像是空間客觀景物在眼球視網(wǎng)膜上形成的像。視覺(jué)系統(tǒng)和大腦具有高超的能力，能區(qū)分圖像中的物體與背景；能感知顏色、亮度、形狀、方向、位置、運(yùn)動(dòng)等信息的細(xì)微差別；能將有意義的信息綜合成一體；有很強(qiáng)的信息存儲(chǔ)能力；具有高效地進(jìn)行平行處理的能力等等。其實(shí)，人們?cè)谏詈头亲詣?dòng)化生產(chǎn)中，都離不開(kāi)用視覺(jué)獲取圖像和處理圖像。第9頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四人類(lèi)通過(guò)眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。約有75%的信息是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)獲取的。數(shù)字圖象處理是用數(shù)字計(jì)算機(jī)處理所獲取視覺(jué)信息的技術(shù)。第10頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.2

圖像技術(shù)及圖像的分類(lèi)

圖像技術(shù)在廣義上是各種與圖像有關(guān)的技術(shù)的總稱(chēng)。數(shù)字圖像，主要應(yīng)用的是計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)。這包括利用計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備進(jìn)行和完成的一系列工作。例如:圖像的采集、獲取、編碼(壓縮)、存儲(chǔ)和傳輸。圖像的合成、繪制和生成、圖像的顯示和輸出。圖像的變換、增強(qiáng)、恢復(fù)(復(fù)原)和重建、分割、目標(biāo)的檢測(cè)、表達(dá)和描述、特征的提取和測(cè)量。

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…1.2.1圖像技術(shù)第11頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖像處理是比較低層的操作，它主要在圖像像素級(jí)上進(jìn)行處理，處理的數(shù)據(jù)量非常大。圖像分析則進(jìn)入了中層，分割和特征提取把原來(lái)以像素描述的圖像轉(zhuǎn)變成比較簡(jiǎn)潔的對(duì)目標(biāo)的描述。圖像理解主要是高層操作，操作對(duì)象基本上是從描述中抽象出來(lái)的符號(hào)，其處理過(guò)程和方法與人類(lèi)的思維推理有許多類(lèi)似之處。第12頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第13頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(1)灰度分類(lèi)按灰度分類(lèi)有二值圖像(如圖文傳真、文字、圖表、工程圖紙等)和多灰度圖像。多層次灰度圖像按應(yīng)用的不同，有各種不同的灰度層次。如計(jì)算機(jī)打印機(jī)中有灰度層次的圖像，一般為16、25灰度級(jí)，工業(yè)電視、可視電話(huà)為64灰度級(jí)(6bit)，氣象數(shù)字圖像為7灰度級(jí)，廣播電視圖像為256灰度級(jí)(8bit)，醫(yī)學(xué)圖像一般為1024灰度級(jí)(10bit)。

1.2.2圖像的分類(lèi)第14頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四黑白圖像

是指圖像的每個(gè)像素只能是黑或白，沒(méi)有中間的過(guò)渡，故又稱(chēng)為二值圖像。二值圖像的像素值為0或1。例如

第15頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四灰度圖像

灰度圖像是指每個(gè)像素由一個(gè)量化的灰度值來(lái)描述的圖像。它不包含彩色信息。

第16頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)色彩分類(lèi)

按照色彩分類(lèi)，可分為單色圖像和彩色圖像。單色圖像指只具有某一譜段的圖像，一般為黑白灰度圖；彩色圖像，包括真彩色、合成彩色、偽彩色等。

彩色圖像是指每個(gè)像素由R、G、B三原色像素構(gòu)成的圖像，其中R、G、B是由不同的灰度級(jí)來(lái)描述的。++第17頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(3)運(yùn)動(dòng)分類(lèi)圖像可分為靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像。靜態(tài)圖像包括靜止圖像和凝固圖像。每幅圖像本身都是一幅靜止圖像。凝固圖像是動(dòng)態(tài)圖像中的某一幀。動(dòng)態(tài)圖像的快慢以幀率量度，幀率反映了畫(huà)面運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。可以看出，動(dòng)態(tài)圖像實(shí)際上是由一幅幅靜態(tài)圖像按時(shí)間排列組成的。

(4)按時(shí)空分布分類(lèi)圖像可分為二維圖像和三維圖像。二維圖像即平面圖像，其數(shù)學(xué)表示為f(x,y)，f為光強(qiáng)，x,y為二維空間坐標(biāo)。三維圖像即立體圖像，其數(shù)學(xué)表示為f(x,y,z)，f為光強(qiáng)，x，y，z為三維空間坐標(biāo)。第18頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.3圖像系統(tǒng)的構(gòu)成1.3.1圖像系統(tǒng)的線性模型

由于h(x,y)是當(dāng)系統(tǒng)的輸入為δ函數(shù)或理想點(diǎn)光源時(shí)系統(tǒng)的輸出，是對(duì)點(diǎn)光源的響應(yīng)，因此也稱(chēng)為點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。當(dāng)輸入的單位脈沖函數(shù)延遲了α，β單位后，若有L[δ(x-α，y-β)]=h(x-α，y-β)成立，則稱(chēng)此系統(tǒng)為二維線性位移不變系統(tǒng)。實(shí)際中通常把傳輸或處理圖像信號(hào)的系統(tǒng)近似為二維線性位移不變系統(tǒng)。當(dāng)輸入為單位脈沖函數(shù)δ(x,y)時(shí)，輸出便為脈沖響應(yīng)第19頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1.3.2圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成

實(shí)際的圖像處理系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜、既包括硬件又包括軟件的系統(tǒng)。其工作過(guò)程如下：對(duì)象物反射的光在攝像單元被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(模擬信號(hào))，再由A／D轉(zhuǎn)換器把其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，被存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中，通過(guò)計(jì)算機(jī)接口送入計(jì)算機(jī)，做進(jìn)一步的處理。根據(jù)需要再輸出、控制。第20頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第21頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)照明方法

攝影的時(shí)候，給對(duì)象物照明用的光源、對(duì)象物以及攝像裝置三者之間的位置如圖1.4所示，其中(a)是背面照明方式、(b)為正面照明方式、(c)為斜射照明方式。第22頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第23頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1)CCD圖像傳感器CCD（ChargeCoupledDevices：電荷耦合器件）圖像傳感器由光電轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成，光電傳感單元的排列分為線陣排列和面陣排列兩種。圖像傳感器的工作原理是把光能量轉(zhuǎn)換為電荷，并且具有將轉(zhuǎn)換得到的電荷進(jìn)行存儲(chǔ)的能力，以及使電荷向輸出電極移動(dòng)的掃描能力。一維圖像傳感器（線陣式傳感器）結(jié)構(gòu)模型圖中，光電轉(zhuǎn)換部分是由PD1到PDm的m個(gè)單元構(gòu)成，輸出經(jīng)過(guò)門(mén)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)MOSFET與CCD連接在一起。(2)攝像單元第24頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(b)所示為二維CCD傳感器，它是由圖(a)中的線陣傳感器單元從CCD1到CCDnn個(gè)單元并列配置而成，并經(jīng)過(guò)一個(gè)合成其輸出的水平CCD移位寄存器，再經(jīng)過(guò)一個(gè)增幅放大器，得到圖像信號(hào)。第25頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2)CCD彩色攝像光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成

對(duì)象物反射的光通過(guò)透鏡和光學(xué)低通濾波器之后由三棱鏡把光分為RGB三原色，再由3個(gè)CCD圖像傳感器把紅R、綠G、藍(lán)B的光信號(hào)變換為3個(gè)電信號(hào)。第26頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)圖像的數(shù)字化

—般的圖像都是模擬圖像，即圖像上的信息是連續(xù)變化的模擬量。對(duì)于模擬圖像只能采用模擬處理方式進(jìn)行處理，例如按光學(xué)原理用透鏡將照片放大。只有將連續(xù)的模擬信號(hào)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)，或者說(shuō)將模擬圖像變換為數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)方能接受。為此，常將計(jì)算機(jī)圖像處理稱(chēng)為數(shù)字圖像處理。

所謂采樣指的是空間坐標(biāo)的離散化，即將圖像平面分割成離散點(diǎn)的集合，就是把一幅連續(xù)圖像在空間上分割成M×N個(gè)網(wǎng)格。圖像的數(shù)字化方法，包括兩個(gè)方面：采樣和量化。第27頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四采樣使連續(xù)圖像在空間上離散化，但采樣點(diǎn)上圖像的亮度值還是某個(gè)幅度區(qū)間內(nèi)的連續(xù)分布。把采樣點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的亮度連續(xù)變化區(qū)間轉(zhuǎn)換為單個(gè)特定數(shù)碼的過(guò)程，稱(chēng)為量化，即樣點(diǎn)亮度的離散化，或者叫做像素的灰度離散化。

為了方便計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，有限個(gè)離散值的個(gè)數(shù)常用2n表示，這個(gè)過(guò)程是把每一個(gè)離散樣本的連續(xù)灰度只分成有限多的層次，稱(chēng)分層量化。把原圖像灰度層次從最暗至最亮均勻分為有限個(gè)層次成為均勻量化，如果采用不均勻分層就稱(chēng)為非均勻分層量化。

但是，用有限個(gè)離散灰度值來(lái)表示無(wú)窮多個(gè)連續(xù)灰度的量時(shí)，必然產(chǎn)生誤差，這種誤差稱(chēng)為量化誤差（也稱(chēng)為量化噪聲）第28頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.4圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)1.4.1人類(lèi)的視覺(jué)

視覺(jué)所感受到的圖像可看做是三維光輻射場(chǎng)對(duì)人眼的影響。目前，在語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像三種主要的通信方式中，圖像通信起到主要作用。聽(tīng)覺(jué)獲取的是時(shí)間信息，視覺(jué)獲取的是時(shí)空信息；在相同條件下，常規(guī)的視頻圖像的數(shù)據(jù)量比語(yǔ)音的數(shù)據(jù)量大600-2500倍。視覺(jué)信息是人類(lèi)從外界獲取信息的主要方式。第29頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.4.2人類(lèi)視覺(jué)局限性和機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)生的必然性人的視覺(jué)系統(tǒng)可看成是一種神奇的、高度自動(dòng)化的生物圖像處理系統(tǒng)，但是，還存在許多不足之處。3)缺乏持久性：長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)進(jìn)行相同的視覺(jué)處理，人們就會(huì)感到單調(diào)、疲勞、厭倦、甚至遺忘，以致效率降低或者判別錯(cuò)誤。

2)局限性：人的視覺(jué)系統(tǒng)也有它的局限性。因?yàn)橹荒芸吹轿矬w表面，不能看到物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。1)主觀性：人類(lèi)屬于主觀動(dòng)物，在大腦處理圖像過(guò)程中難免帶有主觀片面性。4)模糊性：視覺(jué)系統(tǒng)的圖像處理是一種模糊處理，對(duì)處理結(jié)果很少能進(jìn)行定量描述。第30頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)圖像處理是一種能夠部分模擬人的視覺(jué)系統(tǒng)，而又能部分超越它的性能的新興技術(shù)。第31頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第32頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第33頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.4.3圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法對(duì)于圖像處理系統(tǒng)，衡量它的重要指標(biāo)就是圖像的質(zhì)量。圖像質(zhì)量的含義包括兩方面內(nèi)容：一是圖像的逼真度(被評(píng)價(jià)圖像與原標(biāo)準(zhǔn)圖像的偏離程度)；一是圖像的可懂度(指圖像能向人或機(jī)器提供信息的能力)。主要的評(píng)價(jià)方法有：(1)圖像的主觀評(píng)價(jià)這種方法就是通過(guò)人來(lái)觀察圖像，對(duì)圖像的優(yōu)劣做出主觀評(píng)定，然后對(duì)評(píng)分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均得出評(píng)價(jià)結(jié)果。這種評(píng)價(jià)出的圖像質(zhì)量與觀察者的特性及觀察條件等因素有關(guān)。第34頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)圖像的客觀評(píng)價(jià)

盡管質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)是最權(quán)威的方式，但是在一些研究場(chǎng)合，或者由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，也希望對(duì)圖像有一個(gè)定量的客觀描述。圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)由于著眼點(diǎn)不同而有多種方法，這里介紹的是一種經(jīng)常使用的所謂的逼真度測(cè)量。對(duì)于彩色圖像逼真度的定量表示是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)前，對(duì)灰度圖像逼真度的定量表示應(yīng)用較多。對(duì)于連續(xù)圖像，設(shè)f(x,y)為定義在矩形區(qū)域 的連續(xù)圖像，其降質(zhì)圖像為，它們之間的逼真度可用歸一化的互相關(guān)函數(shù)K來(lái)表示：第35頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四歸一化的互相關(guān)函數(shù)：第36頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四其中，運(yùn)算符Q[·]表示在計(jì)算逼真度前，為使測(cè)量值與主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果一致而進(jìn)行的某種預(yù)處理（如對(duì)數(shù)處理、冪處理等）。對(duì)于數(shù)字圖像，設(shè)f(j,k)為原參考圖像，為其降質(zhì)圖像，逼真度可定義為歸一化的均方誤差值NMSE：第37頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四對(duì)于數(shù)字圖像，另外還有一種常用的方法即峰值均方誤差PMSE：其中，A為Q[f(j,k)]的最大值，實(shí)際應(yīng)用中，還常采用簡(jiǎn)單的形式Q[f]=f。此時(shí)，對(duì)于8bit精度的圖像，A＝255；M、N為圖像尺寸。峰值信噪比PSNR:第38頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.5數(shù)字圖像處理的基本概念

1．5．1基本處理過(guò)程數(shù)字圖像信息可看成是一個(gè)二維數(shù)組f(i，j)，對(duì)它處理的基本過(guò)程按照由左到右，由上到下的順序進(jìn)行并在掃描過(guò)程中逐點(diǎn)對(duì)各像素進(jìn)行幀處理。這樣的掃描過(guò)程稱(chēng)為順向掃描。與此相對(duì)的就是由下到上，由右到左的逆向掃描。第39頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1．5．2基本運(yùn)算形式(1)點(diǎn)運(yùn)算在對(duì)圖像各像素進(jìn)行處理時(shí)，只輸入該像素本身灰度的運(yùn)算方式稱(chēng)為點(diǎn)運(yùn)算。輸入圖像F上某像素的灰度為f(i,j)，現(xiàn)采用點(diǎn)運(yùn)算方式作某種p處理，得到輸出圖像G上該像素的灰度為g(i,j)，即g(i,j)=p(f(i,j))對(duì)圖像作點(diǎn)運(yùn)算處理時(shí)各象素間不發(fā)生關(guān)系，各象素的處理是獨(dú)立進(jìn)行的。第40頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第41頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)領(lǐng)域運(yùn)算

在對(duì)圖像各像素進(jìn)行處理時(shí)，不僅輸入該像素本身的灰度，還要輸入以該像素為中心的某局部區(qū)域(即領(lǐng)域)中的一些像素的灰度進(jìn)行運(yùn)算的方式，稱(chēng)為領(lǐng)域運(yùn)算。將處理的像素f(i,j)寫(xiě)作，該像素的處理結(jié)果寫(xiě)作。設(shè)像素組成像素的領(lǐng)域；

此時(shí)對(duì)輸入圖像各像素所進(jìn)行的處理就是領(lǐng)域運(yùn)算。第42頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四領(lǐng)域運(yùn)算有：平滑、濾波、邊緣檢測(cè)、細(xì)化等Lena：edge：如：邊緣檢測(cè)第43頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

并行運(yùn)算指的是對(duì)圖像上各象素同時(shí)進(jìn)行相同處理的運(yùn)算方式。這種運(yùn)算方式處理速度快，但只能用于處理結(jié)果與處理順序無(wú)關(guān)的場(chǎng)合。點(diǎn)運(yùn)算處理中，由于各象素的處理與其他象素?zé)o關(guān)，因而可采用并行運(yùn)算方式。對(duì)于領(lǐng)域運(yùn)算的處理能否采用并行方式則不能一概而論。領(lǐng)域運(yùn)算的處理可分為兩種情況，一種情況是盡管各像素的處理與領(lǐng)域像素發(fā)生了關(guān)系，但是這種關(guān)系和處理順序無(wú)關(guān)，不論采用何種處理順序，其結(jié)果是不變的，因此可以采用并行運(yùn)算。(3)并行運(yùn)算第44頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

另一種情況如圖1．11所示，圖中f，g分別代表輸入、輸出圖像的灰度，對(duì)輸入圖像像素f0

進(jìn)行領(lǐng)域運(yùn)算的d處理，得到輸出結(jié)果g0。d處理的特點(diǎn)是運(yùn)算中采用了領(lǐng)域中像素的灰度輸出值，如圖1．11(a)中的g1,g2,g3,g4

(順向掃描)或圖1．11(b)中的g5,g6,g7,g8(逆向掃描)，而不是原灰度。這里對(duì)各像素進(jìn)行處理是在領(lǐng)域中的部分像素已經(jīng)被處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，不同的處理順序?qū)?huì)得到不同的處理結(jié)果。顯然，這類(lèi)領(lǐng)域處理不能采用并行運(yùn)算形式。第45頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第46頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)串行運(yùn)算串行運(yùn)算是相對(duì)于并行運(yùn)算而言的，指的是在圖像上按照規(guī)定的順序逐個(gè)對(duì)像素進(jìn)行處理的運(yùn)算形式。圖1.11所示的領(lǐng)域運(yùn)算形式就是串行運(yùn)算的典型實(shí)例，若d處理內(nèi)容為將該像素領(lǐng)域中已處理的4個(gè)像素的灰度輸出值分別加1后，取最小值作為該像素的輸出值，那么，當(dāng)采用順向掃描時(shí)(圖1.11(a))，d處理運(yùn)算式為：

當(dāng)采用逆向掃描時(shí)(圖l.11(b))，d處理運(yùn)算式為：

第47頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

可以說(shuō)，凡是對(duì)像素的處理在領(lǐng)域像素處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行的處理方法，都必須采用串行運(yùn)算形式，并同時(shí)規(guī)定處理順序。

(5)迭代運(yùn)算反復(fù)多次進(jìn)行相同處理的運(yùn)算，稱(chēng)為迭代運(yùn)算。迭代運(yùn)算常用于一次運(yùn)算不能達(dá)到處理目的的情況。迭代運(yùn)算的反復(fù)次數(shù)可以在處理前設(shè)定，也可在處理過(guò)程中根據(jù)是否達(dá)到處理目的由計(jì)算機(jī)自動(dòng)判別后確定。第48頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(6)窗口運(yùn)算圖像的信息量很大，為減少處理時(shí)間，在可能的情況下，常常采用窗口運(yùn)算來(lái)替代全圖像運(yùn)算。所謂窗口運(yùn)算是指對(duì)圖像特定的矩形區(qū)域進(jìn)行某種運(yùn)算的形式。一般，矩形區(qū)域由矩形左上角S點(diǎn)的坐標(biāo)(a，b)和矩形所包含的行數(shù)m和列數(shù)n確定。矩形區(qū)域可以是圖像中存在某對(duì)象物的位置，也可以是圖像中具有代表性特征的區(qū)域。第49頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(7)模板運(yùn)算對(duì)圖像中特定形狀的區(qū)域進(jìn)行某種運(yùn)算的方式稱(chēng)為模板運(yùn)算。這里的模板就是指特定形狀的區(qū)域，它常常是與圖像中存在的對(duì)象物有相同特征的一個(gè)局部的子圖像。圖1.13(a)中是一幅對(duì)象物為洋蔥的圖像，而模板(圖1.13(b))就是一個(gè)與對(duì)象物完全一樣的子圖像。通過(guò)對(duì)圖像上各像素的模板運(yùn)算，可以找到圖像上與模板特征相同的對(duì)象物的存在位置。第50頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第51頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(8)幀運(yùn)算通常一幅完整的圖像被稱(chēng)為一幀，在兩幅或多幅圖像之間進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生一幅新圖像的處理稱(chēng)之為幀運(yùn)算。幀運(yùn)算可看成是一種圖像合成處理。運(yùn)算時(shí)，將兩幅或多幅圖像中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)用位邏輯運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算方法進(jìn)行合成。合成函數(shù)的種類(lèi)很多，圖1.14是用算術(shù)減(Subtract)將含有米粒的攝影和米粒兩幅圖像的幀運(yùn)算的實(shí)例。將圖1.14(a)圖像與圖1.14(b)圖像中對(duì)應(yīng)像素的灰度相減，得到圖1.14(c)圖像，即得到攝像圖像。第52頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第53頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖1.15是用邏輯運(yùn)算“異或”(XOR)進(jìn)行微小結(jié)構(gòu)的測(cè)試實(shí)例。所謂“異或”運(yùn)算，其數(shù)學(xué)含意是當(dāng)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)位上的值相同時(shí)，該位的運(yùn)算結(jié)果為0，不同時(shí)為1。本例中的圖像是二值圖像，像素的灰度只是一位二進(jìn)制數(shù)，即白色的灰度為1，黑色的為0。當(dāng)兩幅圖像進(jìn)行“異或”運(yùn)算后，可得到兩幅圖像中灰度不同的像素的集合，即圖像的微小結(jié)構(gòu)(圖1.15(c))。

圖像處理中的幀運(yùn)算還有算術(shù)加、邏輯“或”、邏輯“與”等多種。第54頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第55頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(1)圖像輸入圖像處理的第一步，是獲取處理對(duì)象的可見(jiàn)模擬圖像，并將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字圖像，再輸入計(jì)算機(jī)。(2)圖像存儲(chǔ)與檢索為了保存、處理或者傳遞圖像信息，需要將原圖像或經(jīng)過(guò)處理的圖像信息在計(jì)算機(jī)中按某種規(guī)律存儲(chǔ)，必要時(shí)可以方便地找到它們，即進(jìn)行圖像的檢索。1.6.1基本內(nèi)容1.6數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容和特點(diǎn)第56頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(3)圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是一種將輸入圖像變換成便于獲取所需信息的狀態(tài)的各種處理的總稱(chēng)，也可理解為一種改善圖像品質(zhì)的處理內(nèi)容。例如噪聲(即各種干擾信號(hào))減弱、對(duì)比度改善、變形修正、模糊消除等都屬于圖像增強(qiáng)的內(nèi)容。由于種種原因，圖像的品質(zhì)常常是不理想的，因此圖像增強(qiáng)成為圖像處理中的重要環(huán)節(jié)。(4)圖像特征提取通過(guò)圖像信息去測(cè)量、識(shí)別或理解其中的對(duì)象物，依賴(lài)于一些能表征對(duì)象物的圖像物征，如線、邊緣、區(qū)域、形狀、顏色、紋理等等。通過(guò)各種處理方法，將包含圖像信息中的必要的特征顯露出來(lái)，并加以量化的處理稱(chēng)之為圖像的特征提取。

第57頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四醫(yī)學(xué)圖象第58頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(5)圖像識(shí)別與理解

圖像識(shí)別可以理解為利用提