數(shù)字圖像處理緒論 完整版

數(shù)字圖像處理緒論內(nèi)容提要:數(shù)字圖像處理的發(fā)展簡史圖像處理的任務(wù)基本的圖像處理系統(tǒng)圖像各種形式的表示1.1數(shù)字圖像處理及發(fā)展簡史1.1.1數(shù)字圖像與像素圖像是自然界景物的客觀反映。在數(shù)字圖像領(lǐng)域，將圖像看成是許多大小相同、形狀一致的像素組成。像素（pictureelement，簡稱pixel）一幅圖像可以用二維矩陣加以表示。圖1.1自然景物圖像(a)原圖(b)將原圖放大4倍圖像的數(shù)字化包括兩個主要步驟：離散和量化1.1.2圖像處理的發(fā)展簡史數(shù)字圖像處理首次成功地應(yīng)用在1964年美國宇航局噴氣推進實驗室（NASAJPL）對“徘徊者7號”探測器發(fā)來的幾千張月球照片的進行幾何校正、灰度變換、去除噪聲等處理考慮了太陽位置和月球環(huán)境的影響用計算機繪制了月球表面的照片。2005年1月14日，“惠更斯”探測器拍攝了“土衛(wèi)六”的圖像。

圖

土衛(wèi)六的地貌圖圖

陸地衛(wèi)星5號數(shù)字圖像在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)字圖像在生活中的廣泛應(yīng)用圖像理解和機器視覺中國的嫦娥登月工程攜帶干涉成像光譜儀、激光高度儀和CCD立體相機共同完成月球表面所能為立體影像的獲取工作。圖像處理過程：CCD立體相機圖像獲取——圖像傳輸——獲得位流數(shù)據(jù)——格式重整——圖像增強——幾何校正——圖像拼接1.2圖像處理的目的、任務(wù)與特點

1.2.1圖像處理的目的一般地，圖像處理中需要完成以下一個或幾個任務(wù)：（1）提高圖像的視覺質(zhì)量以提供人眼主觀滿意或較滿意的效果。（2）提取圖像中目標的某些特征，以便于計算機分析或機器人識別。（3）為了存儲和傳輸龐大的圖像和視頻信息，常常對這類數(shù)據(jù)進行有效的壓縮。（4）信息的可視化。（5）信息安全的需要。1.2.2圖像處理的任務(wù)圖像處理、圖像分析、圖像理解圖像處理的主要任務(wù)：圖像獲取與數(shù)字化圖像增強圖像恢復(fù)圖像重建圖像變換圖像編碼與壓縮圖像分割圖像增強對視覺不滿意額圖像進行改善，突出圖像中感興趣的部分。圖像復(fù)原對圖像退化的原因或過程有一定了解，通過理論推導(dǎo)或?qū)嶒灁?shù)據(jù)甚至可以建立退化的數(shù)學(xué)模型，那就可以用某種方法從降質(zhì)的圖像上恢復(fù)原始圖像。與圖像增強的區(qū)別：恢復(fù)需要考慮圖像降質(zhì)的原因，增強則不考慮。圖像重建根據(jù)不同視點或剖面的二維圖像數(shù)據(jù)建立三維圖像。圖像變換在空域中難以獲得和處理，計算量也大，這時可以考慮在變換域進行處理，如離散傅里葉變換、小波變換、余弦變換等。圖像編碼和壓縮為了方便存儲、傳輸和處理的需要，壓縮編碼是必須的。壓縮有失真和非失真圖像分割按一定規(guī)則將圖像分成若干個有意義或感興趣區(qū)域的過程。圖像融合利用多源信息進行決策，不同來源的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過處理最大限度地提取各自信道中有利信息，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，最后綜合成高質(zhì)量的圖像。1.2.3數(shù)字圖像處理的特點1．具有數(shù)字信號處理技術(shù)共有的特點。如：（1）處理精度高。（2）重現(xiàn)性能好。（3）靈活性高。2．?dāng)?shù)字圖像處理后的圖像可能是供人觀察和評價的，也可能作為機器視覺的預(yù)處理結(jié)果。3．?dāng)?shù)字圖像處理技術(shù)適用面寬。原始模擬圖像可以來自多種信息源，它們可以是可見光圖像，也可以是不可見的波譜圖像、超聲波圖像或紅外圖像。

圖胸部X光片圖像圖紅外熱像儀檢測的手4．?dāng)?shù)字圖像處理技術(shù)綜合性強。5．?dāng)?shù)字圖像處理與模擬方式處理圖像相比，也有一些不足之處，如（1）數(shù)字圖像處理的信息大多是二維或二維以上的多維信息，數(shù)據(jù)量巨大（2）數(shù)字圖像信號占用的頻帶較寬。（3）處理費時。1.3基本的圖像處理系統(tǒng)圖像處理系統(tǒng)包括圖像處理硬件和圖像處理軟件。1.3.1圖像處理硬件微機圖像處理硬件系統(tǒng)主要由圖像輸入設(shè)備、圖像運算處理設(shè)備（微計算機）、圖像存儲器、圖像輸出設(shè)備等組成。軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動及圖像處理開發(fā)工具等。較完整的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：由輸入設(shè)備、成像顯示記錄設(shè)備、數(shù)字圖像處理核心、交互控制單元等組成。1圖像輸入設(shè)備完成將模擬光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成模擬電圖像的過程。數(shù)字化圖像輸入設(shè)備還進一步將模擬電圖像進行數(shù)字化以便于存儲介質(zhì)存儲和計算機處理。2.圖像存儲器為了適應(yīng)圖像的大數(shù)據(jù)量要求，輸入圖像、輸出圖像以及中間結(jié)果圖像必須用大容量存儲介質(zhì)進行存儲。3.主機用于圖像處理的計算機。4．顯示器及圖像輸出設(shè)備圖像采集卡、顯示卡、高速圖像處理卡等。（1）圖像采集卡（2）高速圖像處理卡（3）顯示卡1.3.2圖像處理軟件1.圖像設(shè)備驅(qū)動程序2.操作系統(tǒng)：（1）IBMPC及兼容機一般使用MicrosoftWindows操作系統(tǒng)。（2）AppleMacintosh機一般使用MacOSX操作系統(tǒng)。（3）圖形工作站典型使用UNIX或XWINDOWS操作系統(tǒng)。3．圖像處理開發(fā)工具（1）VC++面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸?）MATLAB的圖像處理工具箱和第三方開發(fā)包，如Opencv等（3）圖像應(yīng)用軟件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee1.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

1.4.1數(shù)字圖像處理的應(yīng)用1．航天和航空技術(shù)方面的應(yīng)用2．生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用3．通信工程方面的應(yīng)用4．工業(yè)自動化和機器人視覺方面的應(yīng)用5．軍事和公安方面的應(yīng)用6．生活和娛樂方面的應(yīng)用1.4.2數(shù)字圖像處理的發(fā)展趨勢（1）上世紀末到本世紀初在圖像處理技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新熱點（2）“傳統(tǒng)的”圖像分割和圖像壓縮編碼等領(lǐng)域仍有研究的價值。（3）加強對視覺特性、心理學(xué)特性等的進一步研究，作為邊緣學(xué)科，圖像處理技術(shù)更應(yīng)該注意借鑒其他學(xué)科的理論、技術(shù)和方法，完善圖像處理的理論和技術(shù)體系。（4）在硬件