专题四：RS的理论与应用研究

1、专题四：遥感的理论与应用研究遥感的理论与应用研究-数字图像处理技术的进展数字图像处理技术的进展 谭谭 超超 12345 发 展 历 程研研 究究 内内 容容 存存 在在 的的 问问 题题 应应 用用 特特 征征6 研研 究究 现现 状状 与与 展展 望望20C20a60a初60a末70a初70a中期 最早的应用之一是在报纸业,当时通过海底电缆从英国的伦敦到美国纽约采用数字压缩技术传输了第一幅数字照片。 此后，随着计算机技和VLSI (Very Large Scale Integration)的发展使得数字图像处理技术得以发展和不断成熟起来。80a末90a初21C一、发展历程20C20a60a初

2、60a末70a初70a中期一、发展历程 第一台可以执行有意义的图像处理任务的大型计算机出现，数字图像处理技术的诞生可追溯至这一时期这些机器的使用和空间项目的开发。 利用计算机技术改善空间探测器发回的图像的工作，始于1964年美国加利福尼亚的喷气推进实验室。当时由“旅行者7号”卫星传送的月球图像由一台计算机进行了处理，以校正航天器上电视摄像机中各种类型的图像畸变。80a末90a初21C20C20a60a初60a末70a初70a中期 进行空间应用的同时，数字图像处理技术开始用于医学图像、地球遥感监测和天文学等领域。 早在20世纪70年代发明的计算机轴向断层术(CAT)简称计算机断层(CT)是图像处

3、理在医学诊断领域最重要的应用之一 注：CT的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。80a末90a初21C一、发展历程20C20a60a初60a末70a初70a中期 随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理技术向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。 70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想80a末90a初21C一、发展历程20C20a60a初60a末70a初70a中期 人们开始将数字图像处理技术应用于地

4、理信息系统，研究海图的自动读入、自动生成方法。数字图像处理技术的应用领域不断拓展。80a末90a初21C一、发展历程20C20a60a初60a末70a初70a中期 数字图像处理技术有了突飞猛进的发展。自1986年以来，小波理论与变换方法迅速发展，它克服了傅里叶分析不能用于局部分析等方面的不足之处。 到目前为止，图像处理在图像通讯、办公自动化系统、地理信息系统、医疗设备、卫星照片传输及分析和工业自动化领域的应用越来越多80a末90a初21C一、发展历程文献发表年份与相应文献发表数量关系图文献发表年份与相应文献发表数量关系图20C20a60a初60a末70a初70a中期 随着计算机技术的飞速发展和

5、相关理论的不断完善，数字图像处理技术在许多应用领域受到了广泛地重视，并取得了重大的开拓性成就。 如航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等。80a末90a初21C一、发展历程二、研究内容二、研究内容 数字图像处理技术主要研究的内容主要研究的内容：图像数字化、图像的编码压缩、图像的增强与复原、图像分割、图像的变换、图像的描述、图像的分类（识别）。 图像的分割图像的分割：虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法, 但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此, 对图像分割的研究还在不断深入之中, 是目前图像处理中研究的热点之一。 图像的描述图像的描述：随着

6、图像处理研究的深入发展, 已经开始进行三维物体描述的研究, 提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。 图像的分类图像的分类：近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。 二、研究内容二、研究内容 图像分割图像分割：图像分割是将我们感兴趣的特征部分提取出来，做为后续图像识别、图像理解等的先导前提。由于图像本身蕴含信 息的复杂性，虽目前有很多图像分割的技术和理论，但没有适用于全部图像的方法。因而，该领域还有广阔的研究和发掘空间。 模式识别与形态学处理模式识别与形态学处理。对图像的模式进行有效识别，这是数字图像处理中出现的全新技术。目前常用的模式识别方式

7、包括模糊识别、句法结构识别等。对图像的形态学进行识别，这属于图像处理中一个独立的领域，可以实现对图像细节的分析，并可以对图像进行合理分割。 123缺乏统一的评价缺乏统一的评价标准，仅仅依靠标准，仅仅依靠视觉感受来比较各视觉感受来比较各种模型的优劣种模型的优劣缺乏先验知缺乏先验知识来支持系统识来支持系统三、存在的问题三、存在的问题最终提取边界很最终提取边界很大程度上依赖于大程度上依赖于 Trimap4图像提取系统图像提取系统的计算量比较大的计算量比较大 所谓所谓 Trimap，就是将图像中的像素归为，就是将图像中的像素归为 3 类：确定的前景、确定的背类：确定的前景、确定的背景和未知的区域，未知

8、区域中的像素既受到前景像素的影响，也受到背景和未知的区域，未知区域中的像素既受到前景像素的影响，也受到背景像素的影响。景像素的影响。注：注：四、制约因素四、制约因素1234处理处理宽频宽频带难带难度大度大维到三维到三维的转维的转换难度换难度大大5人为因素人为因素知识的知识的综合性综合性强，需强，需要掌握要掌握多方面多方面的知识的知识计算机的计算机的计算速度计算速度、存储容、存储容量要求高量要求高数字图像处理技术应用数字图像处理技术应用五、应用现状五、应用现状1、航天和航空技术方面的应用航天和航空技术方面的应用。 不仅应用于对月球、火星照片的处理, 还应用于飞机遥感和卫星遥感技术中。例如, LA

9、NDSAT 系列陆地卫星（2009）。 随后随后，月球探索、机器人火星登陆以及其他太空探索（2014）。2、通信工程方面的应用通信工程方面的应用。主要应用于声音、文字、图像和数据结合的多媒体通信。例如, 将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上传输（2009）。 随后，以音频、视频方式相组合的通信方式（手机可视通话、会议室的电视通话），并且通信画面清晰无损、彩色、实时性好（2014）。3、军事应用军事应用。主要用于导弹的精确末制导, 各种侦察照片的判读,具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统, 飞机、坦克和军舰模拟训练系统等。五、应用现状五、应用现状4、遥感中的应用遥感中的应用

10、。遥感图像处理的用处越来越大，并且其效率和分辨率也越来越高。它被广泛应用应用于土地测绘、资源调查、气象监测、环境污染监督、农作物估产、军事侦察等领域。目前目前遥感技术已经比较成熟，但是还必须解决其数据量庞大、处理速度慢的缺点（缺点（2010）。 随后随后，地下矿物的勘探、自然灾难预测（2015）。5、医学中的应用医学中的应用。在医学领域利用图像处理技术可以实现无痈、安全方便的诊断和治疗。其中最突出的临床应用就是超声、核磁共振、CT技术等（2010）。 随后随后，X射线技术，还有利用显微图像的细胞分析、遗产序列分析等 以及3维立体定向放射治疗等诊断技术都广为应用（2014）。6、交通中的应用交通

11、中的应用。主要应用在：事故多发路段的车速检测系统，道路收费站收费系统，以及某路段的汽车流量信息统计系统等等（2010）。 交通监控系统中车辆定位和车牌识别、电子不停车收费系统（2015）。五、应用现状五、应用现状7、安全领域中应用安全领域中应用。利用图像处理的模式识别等技术，可以应用在监控、指纹识别、脚印识别，运动目标的图像自动跟踪等（2010）。 8、工业生产中应用工业生产中应用。主要应用在：产品的无损检测，表面和外观的自动检查和识别，装配和生产线的自动化，弹性力学照片的应力分析，流体力学图片的阻力和升力分析，以及最值得注意的“计算机视觉计算机视觉”（2010）。 随后随后，涉及自动化及产品

12、质量检验中更是大有可为，可用于工业探伤、铁路选线、产品质量检测等（2015）。9、文体科教领域文体科教领域。主要应用有影视剧动画制作、特效制作、场景仿真与拼接、造型设计，体育方面可以对运动姿势进行细化分解及比赛细节回放和分析等。 随后随后，在发型设计、服装设计以及文物图像资料修复方面（2015）。五、应用现状五、应用现状10、电子商务发面电子商务发面。电子商务是一个新兴领域，大家对网上购物、网银支付、电子钱包都不陌生，数字图像处理在其中主要起身份验证、产品防伪的作用。例如身份识别是依靠人体的身体特征（指纹和DNA）以及签名的动作、行走的步态、击打键盘的力度等个人的行为特征（2015）。11、机

13、器人视觉机器人视觉。作为智能机器人的重要感觉器官，机器视觉主要用于三维景物的理解和识别，目前正处于开放研究当中。在军事侦察、危险环境，邮政、医院和家庭服务，装配线工件识别和定位等方面都有广泛的应用。热门应用领域基于互联网的图像系统基于互联网的图像系统 数字图像处理的热门应用领域包括印刷制版，电视，多媒体，互联网，DRM，电影特技，游戏，动画制作，数字相机，虚拟现实，电子商务，宽带应用，DAM等。 这里主要介绍基于互联网的图像系统。热门应用领域基于互联网的图像系统基于互联网的图像系统 1、解决图像数据大与网络带宽窄的问题，将网络变成一个解决图像数据大与网络带宽窄的问题，将网络变成一个快速传递图象

14、的系统。快速传递图象的系统。 柯达联合LivePicture、微软、惠普公司开发了一种专门用于数字照相的图像格式FlashPix(.fpx)，能通过自己的浏览器访问网上的FlashPix图象并且打印它们，打印出的图象质量就如同从CD上得到的一样好。 同时，你可以点出一个FlashPix图象，利用工具使它缩小、放大、摇镜头或剪贴，所有这些命令的切换只需很短的时间。可以预见不远的将来，FlashPix的应用将大大缓解网络的高清图像的传递问题热门应用领域基于互联网的图像系统基于互联网的图像系统 2、解决与信息安全、版权保护相关的图像问题解决与信息安全、版权保护相关的图像问题 。 随着因特网在各个应用

15、领域的蔓延，多媒体数字作品（图像、视频、音频等）纷纷以网络形式发表这些作品的版权保护就成为一个迫切而又比较困难的问题。数字水印(watermark)是解决这一问题的有效办法是解决这一问题的有效办法。 3、解决静止、活动图像的存储与检索的问题解决静止、活动图像的存储与检索的问题 。 当我们的数字图像数量很多时，如何快速有效地找到需要的数字图像是一项有挑战性的工作。采用基于内容的图像检索方法。新领域 近年来，人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或图像理解或计算机视觉计算机视觉。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，但它本身是一个比较难的

16、研究领域，存在不少困难，由于人类本身对自己的视觉过程还了解较少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域。六、发展趋势六、发展趋势1向着高速高速高分辨率高分辨率立体化立体化多媒体多媒体智能化智能化标准化标准化方向发展2进一步加强软件研究、软件研究、开发新的软开发新的软硬件图像处硬件图像处理方法理方法3加强基础学科、基础学科、边缘学科边缘学科的研究工作，促进数字图像处理数字图像处理技术技术的进一步发展六、发展趋势六、发展趋势456逐步完善数数字图像处理字图像处理科学自身的科学自身的理论体系理论体系图像、图形图像、图形相结合朝着相结合朝着三维成像或三维成像或多维成像多维成像的方向发展理论与新理论与新算法算法研究六、发展趋势六、发展趋势78虚拟现实虚拟现实9图像处理芯片化芯片化机器人视觉机器人视觉数字图像处理与遥感影像处理的区别于联系数字图像处理与遥感影像处理的区别于联系1、共同