數(shù)字圖像處理第1章緒論

數(shù)字圖像處理技術(shù)高等學(xué)校教材?計算機科學(xué)與技術(shù)龔聲蓉劉純平王強等編著總目錄

第1章緒論第2章數(shù)字圖像表示及其處理第3章圖像增強第4章圖像編碼與壓縮第5章圖像復(fù)原第6章圖像重建第7章圖像分割技術(shù)第8章圖像特征提取與分析第9章圖像匹配與識別第10章基于MATLAB數(shù)字水印系統(tǒng)設(shè)計第11章車輛牌照識別系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容數(shù)字圖像處理即計算機圖像處理，主要包括的內(nèi)容：幾何處理、算術(shù)處理、圖像增強、圖像復(fù)原、圖像重建、圖像編碼、圖像識別、圖像理解。幾何處理：主要包括坐標(biāo)變換，圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動等。算術(shù)處理：主要對圖像進(jìn)行加減乘除等運算圖像增強：主要是突出圖像中感興趣的信息，而減弱或去除不需要的信息，從而使有用的信息得到加強，便于區(qū)分或解釋。主要方法有直方圖增強、偽彩色增強法、灰度窗口等技術(shù)圖像復(fù)原：復(fù)原處理的目的是去除干擾和模糊，回復(fù)圖像的本來面目。如去噪處理，圖像噪聲包括隨機噪聲和相干噪聲，隨機噪聲表現(xiàn)為麻點干擾，相干噪聲表現(xiàn)為網(wǎng)紋干擾。去模糊也是復(fù)原處理的任務(wù)，這些模糊來自透鏡散焦，相對運動，大氣湍流，云層遮擋等，這些干擾可用維納濾波、逆濾波、同態(tài)濾波等方法加以去除。圖像重建：從數(shù)據(jù)到圖像的處理，如超聲CT，核磁共振等。三維重建是虛擬現(xiàn)實和科學(xué)可視化技術(shù)的基礎(chǔ)。圖像編碼：屬于信息論中信源編碼范疇，其主要宗旨是利用圖像信號的統(tǒng)計特性及人類視覺的生理學(xué)及心里學(xué)特性對圖像信號進(jìn)行高效編碼，即研究數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以解決數(shù)據(jù)量大的矛盾。很多編碼標(biāo)準(zhǔn)已制定：JPEG、H.261、H.263、MPEG1、MPEG2、MPEG4、MPEG7等。模式識別：模式識別方法大致有三種，即統(tǒng)計識別法，句法結(jié)構(gòu)模式識別法，模糊識別法圖像理解：由模式識別發(fā)展起來的方法。該處理輸入的是圖像，輸出的是一種描述。這種描述并不僅僅是單純的用符號作出詳細(xì)的描繪，而且要利用客觀世界的知識使計算機進(jìn)行聯(lián)想、思考及推論，從而理解圖像所表現(xiàn)的內(nèi)容。數(shù)字圖像處理、模式識別和計算機視覺參考書籍《數(shù)字圖像處理學(xué)》，阮秋琦編，電子工業(yè)出版社《數(shù)字圖像處理》，kenneth.R.Castleman著，朱志剛等譯，電子工業(yè)出版社《VC++數(shù)字圖像獲取處理及實踐應(yīng)用》，楊枝靈等編，人民郵電出版社參考書籍《VC++數(shù)字圖像處理》，何斌等編，人民郵電出版社《模式識別》，邊肇祺等編，清華大學(xué)出版社《圖像模式識別》，楊淑瑩等編，清華大學(xué)出版社《模式識別與智能計算》，楊淑瑩等編，電子工業(yè)出版社參考書籍《計算機視覺：一種現(xiàn)代的方法（影印版）》，福賽恩等著，清華大學(xué)出版社《OpenCV教程-基礎(chǔ)篇》，劉瑞禎等編著，北京航空航天大學(xué)出版社《基于openCv的計算機視覺技術(shù)實現(xiàn)》，陳勇勝等編，科學(xué)出版社《圖像工程》，章毓晉著，清華大學(xué)出版社第1章緒論

1.1數(shù)字圖像處理的發(fā)展1.2數(shù)字圖像處理的相關(guān)概念1.3數(shù)字圖像處理方法1.4數(shù)字圖像處理的主要研究內(nèi)容1.5數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實例圖像是人類獲取信息、表達(dá)信息和傳遞信息的重要手段。據(jù)統(tǒng)計，在人類接受的信息中，圖像等視覺信息所占的比重達(dá)到75%。數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為信息科學(xué)、計算機科學(xué)、工程科學(xué)、地球科學(xué)等諸多方面的學(xué)者研究圖像的有效工具。

1.1數(shù)字圖像處理的發(fā)展

數(shù)字圖像處理起源于20世紀(jì)20年代。當(dāng)時，人們通過Bartlane海底電纜圖片傳輸系統(tǒng)，從倫敦到紐約傳輸了一幅經(jīng)過數(shù)字壓縮后的照片，從而把傳輸時間從一周多減少到不到3小時。為了傳輸圖片，該系統(tǒng)首先在傳輸端進(jìn)行圖像編碼，然后在接收端用特殊打印設(shè)備重構(gòu)該圖片。該應(yīng)用已經(jīng)包含了數(shù)字圖像處理的知識，但還稱不上真正意義的數(shù)字圖像處理，因為它沒有涉及到計算機。第一臺可以執(zhí)行有意義的圖像處理任務(wù)的大型計算機出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代早期。1964年，位于加利福尼亞的美國噴氣推進(jìn)實驗室（JPL實驗室）處理了太空船“徘徊者七號”發(fā)回的月球照片，以校正航天器上電視攝像機中的各種類型的圖像畸變，標(biāo)志著圖像處理技術(shù)開始得到實際應(yīng)用。數(shù)字圖像處理技術(shù)在20世紀(jì)60年代末和20世紀(jì)70年代初開始用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測和天文學(xué)等領(lǐng)域。其后，軍事、氣象、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的發(fā)展也推動了圖像處理技術(shù)迅速發(fā)展。數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)融入到科學(xué)研究的各個領(lǐng)域，成為工程學(xué)、計算機科學(xué)、信息科學(xué)、生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)等各學(xué)科之間學(xué)習(xí)和研究的對象。1.2數(shù)字圖像處理的相關(guān)概念1.2.1數(shù)字圖像及其組成要素

圖像是對客觀對象的一種相似性的、生動的描述或表示。在其自然的形式下，圖像并不能直接由計算機進(jìn)行分析。從人眼的視覺特點看，圖像分為可見圖像和不可見圖像。其中可見圖像又包括生成圖和光圖像兩類。圖形側(cè)重于根據(jù)給定的物體描述模型、光照及想象中的攝像機的成像幾何，生成一幅圖或像的過程。光圖像側(cè)重于用透鏡、光柵和全息技術(shù)產(chǎn)生的圖像。通常所指的圖像是后一類圖像。按波段多少，圖像可分為單波段、多波段和超波段圖像。單波段圖像在每個點只有一個亮度值。多光譜圖像上每一個點不止一個特性。例如紅、綠、藍(lán)三波段光譜圖像或彩色圖像在每個點具有紅、綠、藍(lán)三個亮度值，這三個值表示在不同光波段上的強度，人眼看來就是不同的顏色。按圖像空間坐標(biāo)和明暗程度的連續(xù)性可分為模擬圖像和數(shù)字圖像。模擬圖像指空間坐標(biāo)和明暗程度都是連續(xù)變化的、計算機無法直接處理的圖像。數(shù)字圖像是一種空間坐標(biāo)和灰度均不連續(xù)的、用離散的數(shù)字表示的圖像。這樣的圖像才能被計算機處理。數(shù)字圖像：

數(shù)字圖像可以理解為圖像的數(shù)字表示，是時間和空間的非連續(xù)函數(shù)(信號)，是為了便于計算機處理的一種圖像表示形式。它是由一系列離散單元經(jīng)過量化后形成的灰度值的集合，即像素(Pixel)的集合。1.2.2圖像處理對圖像進(jìn)行一系列的操作以達(dá)到預(yù)期的目的的技術(shù)稱作圖像處理。圖像處理可分為模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理兩種方式。利用光學(xué)、照相和電子學(xué)方法對模擬圖像的處理稱為模擬圖像處理。目前，許多軍用、宇航的處理仍采用光學(xué)模擬處理。利用計算機對數(shù)字圖像進(jìn)行系列操作，從而獲得某種預(yù)期結(jié)果的技術(shù)稱為數(shù)字圖像處理，又稱計算機圖像處理。通常，也簡稱為圖像處理。

圖像處理的內(nèi)容相當(dāng)豐富，包括狹義的圖像處理、圖像分析與圖像理解。狹義的圖像處理著重強調(diào)在圖像之間進(jìn)行的變換，是一個從圖像到圖像的過程，是比較低層的操作。狹義的圖像處理主要滿足對圖像進(jìn)行各種加工，以改善圖像的視覺效果，或?qū)D像進(jìn)行壓縮編碼以減少所需存儲空間或傳輸時間，達(dá)到傳輸通路的要求。特點：主要在像素級進(jìn)行處理，處理的數(shù)據(jù)量非常大。1.2.3圖像分析圖像分析主要是對圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測和測量，從而建立對圖像的描述。圖像分析主要研究用自動或半自動裝置和系統(tǒng)，從圖像中提取有用的測度、數(shù)據(jù)或信息，生成非圖像的描述或者表示。圖像分析的內(nèi)容分為特征提取、符號描述、目標(biāo)檢測、景物匹配和識別等幾個部分。特點：是一個從圖像到數(shù)據(jù)的過程，可以看作是中層處理。1.2.4圖像理解圖像理解是在圖像分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的相互聯(lián)系，并得出對圖像內(nèi)容含義的理解以及對原來客觀場景的解釋，從而指導(dǎo)和規(guī)劃行動。圖像理解有時也叫景物理解。圖像理解主要是高層操作，其處理過程和方法與人類的思維推理有許多類似之處。1.2.5與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系數(shù)字圖像處理是一門新的交叉學(xué)科。它與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)等許多學(xué)科可以相互借鑒。從它的研究范圍來看，它與模式識別、計算機視覺、計算機圖形學(xué)等多個專業(yè)又互相交叉。宏觀世界圖像圖像數(shù)據(jù)(人)符號新技術(shù)新理論新工具圖像處理模式識別圖像分析計算機視覺計算機圖形學(xué)圖像理解圖像理解(轉(zhuǎn)換)圖像處理與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和區(qū)別1.3數(shù)字圖像處理方法數(shù)字圖像的處理方法種類繁多，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以得到不向的分類結(jié)果。根據(jù)對圖像作用域的不同，數(shù)字圖像處理方法大致可分為兩大類，即：空域算法和變換域算法。1.3.1空域處理方法空域處理方法是指在空間域內(nèi)直接對數(shù)字圖像進(jìn)行處理。在處理時，既可以直接對圖像各像素點進(jìn)行灰度上的變換處理，也可以對圖像進(jìn)行小區(qū)域模板的空域濾波等處理，以充分考慮像素鄰域像素點對其的影響?？沼蛱幚矸ㄖ饕袃纱箢悾?1)鄰域處理法(2)點處理法1.3.2變換域處理方法變換域處理方法首先主要是通過傅立葉變換、離散余弦變換、沃爾什變換或是比較新的小波變換等變換算法，將圖像從空間域變換到相應(yīng)的變換域，得到變換域系數(shù)陣列，然后在變換域中對圖像進(jìn)行處理，處理完成后再將圖像從變換域反變換到空間域，得到處理結(jié)果。1.4數(shù)字圖像處理的主要研究內(nèi)容1.4.1圖像變換1.4.2圖像增強1.4.3圖像編碼與壓縮1.4.4圖像復(fù)原1.4.5圖像重建1.4.1圖像變換圖像變換是圖像處理和圖像分析的一個重要分支，它將圖像從空間域變換到另一個域，然后在變換域?qū)D像進(jìn)行處理和分析。圖像變換是許多圖像處理和分析技術(shù)的基礎(chǔ)，是圖像增強和復(fù)原的基本工具，也是圖像特征提取的重要手段。常用的圖像變換有傅立葉變換、DCT變換，小波變換等。1.4.4圖像復(fù)原圖像復(fù)原也叫圖像恢復(fù)。其目的是找出圖像降質(zhì)的起因，并盡可能消除它，使圖像恢復(fù)本來面目。常用的恢復(fù)有糾正幾何失真、從已知圖像信號和噪聲的統(tǒng)計特性入手，用Wiener濾波等方法來改善信噪比等。1.4.3圖像編碼與壓縮圖像編碼就是利用圖像信號的統(tǒng)計特性及人類視覺的生理學(xué)和心理學(xué)特性對圖像信號進(jìn)行高效編碼，以解決數(shù)據(jù)量大的矛盾。圖像編碼的目的有三個：①盡量減少表示數(shù)字圖像時需要的數(shù)據(jù)量。②降低數(shù)據(jù)率以減少傳輸帶寬；③壓縮信息量,便于特征抽取，為識別作準(zhǔn)備。根據(jù)解壓重建后的圖像和原始圖像之間是否具有誤差，圖像編碼壓縮分為無誤差編碼和有誤差編碼兩大類。根據(jù)編碼方法作用域不同，圖像編碼分為空間域編碼和變換域編碼兩大類。1.4.2圖像增強圖像增強是指根據(jù)一定的要求，突出圖像中感興趣的信息，而減弱或去除不需要的信息，從而使有用信息得到加強的信息處理方法。根據(jù)增強處理過程所在的空間不同，圖像增強技術(shù)可分為基于空間域的增強方法和基于頻率域的增強方法兩類。圖像增強主要方法有直方圖增強、空域濾波法、頻率域濾波法以及彩色增強法等。1.4.5圖像重建重建處理則是從數(shù)據(jù)到圖像的處理。也就是說輸入的是某種數(shù)據(jù)，而處理結(jié)果得到的是圖像