數字圖像處理緒論

《數字圖像處理》課件哈爾濱工程大學計算機學院劉詠梅HEUEnglish2014課程簡介 計算機學院劉詠梅1.MilanSonka等.ImageProcessing,AnalysisandMachineVision(英文原版教材).人民郵電出版社，2002

2.岡薩雷斯.數字圖像處理(第二版).電子工業(yè)出版社,2003計算機學院劉詠梅教材和主要參考書數字圖像處理的基礎知識和相關學科計算機學院劉詠梅主要學習內容：第一章緒論第二章數字圖像處理的基本知識

（數字圖像及其性質）第三章圖像預處理方法

（圖像增強和圖像修復）第四章

圖像分割第五章

彩色圖像處理第六章圖像理解初步知識計算機學院劉詠梅聯(lián)系信息：計算機學院劉詠梅Chapter1IntroductionWhatisdigitalimageprocessingMaincontents(orfundamentalsteps)ofdigitalimageprocessingApplicationareasofdigitalimageprocessingRelateddisciplinesandfieldsThebriefdevelopmenthistoryofimageprocessingGlossary(importantconceptsrelated)計算機學院劉詠梅Digitalimageprocessingisconcernedwiththemanipulationandanalysisofpicturesorimagesbycomputers.Theterm,computervision,isusedinabroadsensetoincludeimagetransformation,imagecoding,enhancement,restoration,segmentationandunderstanding,aswellastheanalysisofthethree-dimensionaltime-varyingscences.Whatisdigitalimageprocessing?計算機學院劉詠梅什么是數字圖像處理？數字圖像處理是利用計算機對圖像信息進行加工處理，以滿足人的視覺、心理和實際應用的需求。Whyweusedigitalimageprocessing?計算機學院劉詠梅Visionallowsustoobtainabout75%information.Digitalimageisakindofimagerepresentationwhichcanbestoredandprocessedbyacomputer.Digitalimageshavealotofadvantages.數字圖像簡介圖像：用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產生視知覺的實體。數字圖像：是一種可以由計算機進行存儲和處理的圖像表示方式，一般以二維數組的形式表示圖像。數字圖像的類型：單幅

序列圖象，...靜止

運動圖象（視頻）,...2-D

3-D灰度

彩色、紋理圖象,...計算機學院劉詠梅數字圖像的表示2-D數組 f(x,y)

x，y：2-D空間X-Y中坐標點的位置；

f：代表圖象在(x,y)的性質F的數值；

f，x，y的值可以是任意實數，一般為整數； 性質F:可對應不同物理量， 例如，灰度圖象中用灰度表示。計算機學院劉詠梅圖像表示舉例計算機學院劉詠梅計算機學院劉詠梅易于控制處理效果圖像數據量龐大處理精度高再現性好處理費時處理的多樣性綜合性強System數字圖像處理的主要方法計算機學院劉詠梅數字圖像處理方法大致可分為兩大類：空域法和變換域法。1.空域法這種方法是把圖像看作是平面中各個像素組成的集合，然后直接對這－二維函數進行相應的處理?？沼蛱幚矸ㄖ饕邢旅鎯纱箢悾海?）鄰域處理法

其中包括：梯度運算、拉普拉斯算子運算、平滑算子運算和卷積運算。（2）點處理法

灰度處理，面積、周長、體積、重心運算等等。2.變換域法數字圖像處理的變換域處理方法是首先對圖像進行正交變換，得到變換域系數陣列，然后再施行各種處理，處理后再反變換到空間域，得到處理結果。這類處理包括：濾波、數據壓縮、特征提取等處理。Chapter1IntroductionWhatisdigitalimageprocessingMaincontents(orfundamentalsteps)ofdigitalimageprocessingApplicationareasofdigitalimageprocessingRelateddisciplinesandfieldsThebriefdevelopmenthistoryofimageprocessingGlossary(importantconceptsrelated)計算機學院劉詠梅圖像處理的基本內容/圖像處理應用的基本步驟AnillustrationchartofimageprocessingapplicationsinputpreprocessingImageaquisitionsegmentationRepresentation&descriptionKnowledgebase------------------------------------(imagetransform,imagecompression,imageencoding)Recognition&understandingresult計算機學院劉詠梅圖像獲取預處理分割表示和描述識別和理解圖像處理、圖像分析與理解圖像理解圖像分析圖像處理像素目標符號高層低層操作對象中層語義低高抽象程度大小數據量計算機學院劉詠梅數字圖像處理的目的：對圖象的增強以改善圖象視覺質量對退化圖象進行恢復以消除各種干擾的影響根據對場景的多個投影來重建該場景的圖象對圖象進行編碼以減少表達圖象的數據量，從而有利于存儲和傳輸對圖像進行變換，以方便運算和其他處理，例如傅里葉變換、離散余弦變換等計算機學院劉詠梅⑴ImageacquisitionHowtoacquireadigitalimageimagingsensor&digitizerAcamera,avedio,ascanner…

計算機學院劉詠梅圖像獲取圖像獲取的裝置為采集數字圖象，需要兩種裝置（器件）：

(1) 對某個電磁能量譜波段（如X射線、紫外線、可見光、紅外線等）敏感的物理器件，它能產生與所接受到的電磁能量成正比的（模擬）電信號；

(2) 數字化器，它能將上述（模擬）電信號轉化為數字（離散）的形式。計算機學院劉詠梅計算機學院劉詠梅圖像預處理Anexampleofimageenhancement

(contrastenhancement)計算機學院劉詠梅imageenhancementstudieshowtoenhancethequalityofanimageinacommonsense.圖像增強實例計算機學院劉詠梅Anexampleofimagerestoration

(Relativemotionbetweencameraandscene

)Imagerestorationcanrestoretheimageswhenknowingthereasonsofimagedegradation.圖像修復實例⑶ImagesegmentationPartitiontheimageintoconstituentregionsVeryformidabletaskAgoodfoundationforthelaterprocessingsuchasobjectrecognition.將一幅圖像分解為若干互不相交的區(qū)域非常難的一項任務為后續(xù)處理提供保障

計算機學院劉詠梅圖像分割ThepossiblesegmentationmethodsThresholding(Histogram)Edge-basedmethodsRegion-basedmethods……OptimalthresholdingCannyedgedetectionwatershedsK-meansclusteringN-cutSuperpixel……計算機學院劉詠梅三大類圖像分割方法具體分割方法⑷ImagerepresentationanddescriptionAsuitablerepresentationmethodfortheregionsFeatureextractionandfeatureselectionColor,shape,texture,spatialrelations…對圖像區(qū)域進行表示特征提取和特征選擇顏色特征、形狀特征、紋理特征、空間關系特征計算機學院劉詠梅圖像表示和描述

計算機學院劉詠梅圖像識別和理解Chapter1IntroductionWhatisdigitalimageprocessingMaincontents(orfundamentalsteps)ofdigitalimageprocessingApplicationareasofdigitalimageprocessingRelateddisciplinesandfieldsThebriefdevelopmenthistoryofimageprocessingGlossary(importantconceptsrelated)計算機學院劉詠梅數字圖像處理的應用領域計算機學院劉詠梅Applicationsofdigitalimageprocessing計算機學院劉詠梅遙感應用計算機學院劉詠梅Remotesensing計算機學院劉詠梅地球測繪天氣預報作物估產1計算機學院劉詠梅軍事偵察導彈末制導軍事偵察Remotesensing2醫(yī)學應用計算機學院劉詠梅計算機學院劉詠梅Medicine在醫(yī)學中的應用病理分析儀CT圖像X光片生物特征識別應用計算機學院劉詠梅計算機學院劉詠梅Biologicalfeaturerecognition指紋掌紋虹膜語音筆跡人臉生物特征識別計算機學院劉詠梅Industrialautomation工業(yè)自動化機器人車牌識別紙幣鑒定1計算機學院劉詠梅2Industrialautomation棉花分揀無損探傷工業(yè)自動化計算機學院劉詠梅

計算機學院劉詠梅Cultureandart圖像合成3D電影室內設計Chapter1IntroductionWhatisdigitalimageprocessingMaincontents(orfundamentalsteps)ofdigitalimageprocessingApplicationareasofdigitalimageprocessingRelateddisciplinesandfieldsThebriefdevelopmenthistoryofimageprocessingGlossary(importantconceptsrelated)計算機學院劉詠梅計算機學院劉詠梅Related

disciplinesandfieldsMathematicsDigitalsignalprocessingComputergraphicsPatternrecognitionArtificialintelligenceElectronicsPsychophysiology圖像處理與圖像處理相關的學科數學人工智能模式識別心理生理學計算機圖形學電子學數字信號處理計算機學院劉詠梅DigitalimageprocessingDigitalsignalprocessingThetraditionalsignalprocessingtechnologiesprocesstheonedimensionalsignals.Imagesaretwodimensionalsignals.Sowecanregardtheimageprocessingasanextensionofthetraditionalsignalprocessing.

數字圖像處理與數字信號處理的區(qū)別和聯(lián)系？數字圖像處理

數字信號處理傳統(tǒng)的信號處理技術一般處理一維信號。圖像可以看做是二維信號。因此，我們可以把圖像處理看做是傳統(tǒng)信號處理技術的擴展。計算機學院劉詠梅數字圖像處理計算機圖形學計算機圖形學研究物體和景物的數字建模，可看做是一個從無到有的過程。而數字圖像處理正相反，它研究如何從圖像本身抽取到相關信息，以理解和識別圖像。

數字圖像處理與計算機圖形學的區(qū)別和聯(lián)系？DigitalimageprocessingComputergraphicsComputergraphicsresearchesinthedigitalmodelingofthescenesandtheobjectsinthem.Itcanbeseenasaprocessfromnothingtosomethingwhileimageprocessingisviseversa.Imageprocessingstudieshowtoextracttherelatedinformationfromtheimageitselfforimageunderstandingandrecognition.計算機學院劉詠梅DigitalimageprocessingComputervision數字圖像處理和計算機視覺Imageprocessingisapartofresearchcontentincomputervision.Theaimofcomputervisionistoduplicatetheabilityofhumanvisionusingmachines.Itcanberegardedasaresearchfieldofartificialintelligence.Socomputervisionalsocanbecalledmachinevision.Chapter1IntroductionWhatisdigitalimageprocessingMaincontents(orfundamentalsteps)ofdigitalimageprocessingApplicationareasofdigitalimageprocessingRelateddisciplinesandfieldsThebriefdevelopmenthistoryofimageprocessingGlossary(importantconceptsrelated)計算機學院劉詠梅Introductionofimageprocessinghistory

(1)In1921/fromLondontoNewYork/transportthenewspicturesbythemarinecables(2)Thecomputertechniquesprovidedthesupportsforthedevelopmentofimageprocessinginthefollowingseveraldecades.計算機學院劉詠梅1本圖片引自《數字圖像處理》岡薩雷斯Introductionofimageprocessinghistory

(3)In1964/JPL(JetPropulsionLab)/successfullyprocesstheremotesensingpicturesofthemoon(4)In1969/NASA/moonexplorationplan/promotethedevelopmentofimageprocessing計算機學院劉詠梅2本圖片引自《數字圖像處理》岡薩雷斯Introductionofimageprocessinghistory

(5)Inthelate1960’stheimageprocessinghadalreadybecomeanindependentnewdiscipline.(6)Thetheoremsoftheimageprocessingweregreatlygrowinginthe1970’s.(7)Nowtheapplicationsofimageprocessingareextendedtoallthefieldsofdailylife.Buttherearestillmanyopenproblemsinit.計算機學院劉詠梅3Chapter1IntroductionWhatisdigitalimageprocessingMaincontents(orfundamentalsteps)ofdigitalimageprocessingApplicationareasofdigitalimageprocessingRelateddisciplinesandfieldsThebriefdevelopmenthistoryofimageprocessingGlossary(importantconceptsrelated)計算機學院劉詠梅Glossary計算機學院劉詠梅Scene場景Image圖像Digitalimage數字圖像Digitalimageprocessing數字圖像處理Pixels像素Gray-level灰度級

Spatialresolution空間分辨率Imagedigitizing圖像數字化Sampling采樣Quantization量化12345678910SceneSceneissomethingseenbyaviewer,orwhattheviewerisseeing.Sceneisahigh-levelsemanticconceptdescriptionforanimage.(e.g.road,coast,forest,city,…)計算機學院劉詠梅場景是一個觀察者所看到的東西。場景是對圖像的一種高層的語義概念描述，如道路、海岸、森林、城市等場景。場景本圖片引自標注圖像庫Corel5KImageImageistherepresentationofvisualscenes.Imagecanbeclassifiedintoanalogimageanddigitalone.計算機學院劉詠梅圖像是對視覺景物的描述。圖像可以分為模擬圖像和數字圖像。圖像本圖片引自標注圖像庫Corel5KDigitalimageDigitalimageisakindofimagerepresentationwhichcanbestoredandprocessedbyacomputer.Adigitalimageisusuallyrepresentedbyatwodimentionalmatrix.計算機學院劉詠梅數字圖像是一種可以由計算機進行存儲和處理的圖像表示方式。數字圖像一般以二維數組的形式表示圖像。數字圖像本圖片引自標注圖像庫Corel5KDigitalimageprocessingDigitalimageprocessingisthemanipulationandanalysisofthedigitalimagesbycomputers.Digitalimageprocessingisthemethodsandtechnologiesofnoiseremoval,enhancement,restoration,segmentationandfeatureextractionforthedigitalimages.計算機學院劉詠梅數字圖像處理是利用計算機對數字圖像進行處理和分析。數字圖像處理是對圖像進行去噪、增強、復原、分割、提取特征等處理的方法和技術的總稱。數字圖像處理PixelPixelisthesmallestunitofadigitalimage.Theword‘pixel’isconstructedbythefollowingwords:‘picture’and‘element’.計算機學院劉詠梅像素是數字圖像的基本單位。像素“pixel”是由picture(圖像)和element(元素)這兩個英文單詞的字母連接組成。像素Gray-levelGray-levelrepresentsthebrightnessorintensityofthepositionwherethepixelis.Themethodoflineargray-leveltransformationsisusedtoenhancethecontrastofthepicture.

計算機學院劉詠梅灰度級描述了像素點所在位置的亮度級別。利用線性灰度級變換方法可以提高圖象對比度?；叶燃塖patialresolutionSpatialresolutionrepresentsthefinenessofspatialcoordinatediscretenessthatcanbedistinguishedinanimage.Spatialresolutionisusuallyutilizedtodescribehowmanypixelsareemployedtocompriseadigitalimage.

計算機學院劉詠梅空間分辨率描述了圖像空間坐標的細化程度?？臻g分辨率通常指一幅圖像中包含多少個像素點?？臻g分辨率ImagedigitizingImagedigitizingisaprocessofthetransitionfromanalogimagestodigitalones.Imagedigitizingisusuallyrepresentedbyadiscretesetofitspointsforananalogimage.

計算機學院劉詠梅圖像數字化是將模擬圖像轉化為數字圖像的過程。圖像數字化通常將模擬圖像表示為一組離散點的集合。圖像數字化本圖片引自《數字圖像處理》岡薩雷斯SamplingSamplingistheprocessofthediscretionforthespatialcoordinatesofanimage.Acontinuousimagefunctioncanbechangedintoadiscreteimagefunctionbysampling.

計算機學院劉詠梅采樣是對圖像坐標的空間離散化過程。通過采樣，一個連續(xù)圖像函數可以變換為一個離散圖像函數。采樣QuantizationQuantizationistheprocessofdiscretionforthegray-levelsofpixelsinandiscreteimagefunction.Acontinuoussetofvalues