数字图像处理第零章课件

1、Digital Image Processing2015-09- 课程简介本讲内容一、课程基本情况二、课程的性质与任务三、教学目的与要求四、课程内容及学时分配五、教材、参考书及教学课件六、一、课程基本情况：28032120：数字图像处理/Digital Image Processing(DIP)：48+16/3.5 ：高数，概率，线代，数字信号处理，程序设计语言：数字媒体专业：机电与信息工程学院计算机系二、课程的性质与任务数字媒体专业必修课。数字图像处理是模式识别、计算机视觉、图像通讯、多媒体技术等学科的基础，是一门多学科交叉、和都很强的综合性课程，是数字媒体类专业学生的一门重要专业课程。三、

2、教学目的与要求通过学习使学生了解数字图像处理的；了解图像处理技术的特点、应用范围和现状；掌握图像处理的基本原掌握图像处理的基本原理和技术理和技术，、；学会设计图像处理应用系统的方法，为今后从事图像处理的研究和开发打下良好的基础。三、教学目的与要求本课程总授课48理论学时+16实验学时，在第五大学期开设，为数字媒体专业必修课程。本课程的特点是必须通过编程实践进行理论和算法的学习，在讲授课程时需要将理论和实践进行结合，并适当地安排编程作业实现图像处理的功能。本课程需要学生有具备数据结构与算法设计知识，有高级语言程序设计能力（主要以Matlab编程语言为主，同时希望富有余力的同学能够使用OpenCV

3、、Qt VC+编写Windows应用程序）。四、课程内容及学时分配课程内容课程内容理论课时理论课时实验课时实验课时备注备注第一章：概论42实验室：知行楼 511实验时间：？第二章：数字图像处理基础2第三章：空间图像增强106第四章：频域图像增强106第五章：图像复原62第六章：彩色图像处理42第八章：图像压缩4第九章：形态学处理42第十章：图像分割42合计合计4816+6五、教材、参考书及教学课件1Digital Image Processing, 3rd Edition，主编：Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods，出版社：电子工业出版社,出版或修订时间：2

4、010-01-012数字图像处理(第三版) ，主编：冈萨雷斯等著，阮秋琦等译，出版社：电子工业出版社,出版或修订时间： 2011.05-011数字图像处理（MATLAB版），冈萨雷斯，出版社： 电子工业出版社，出版或修订时间：20042OpenCV 2 计算机视觉编程手册，张静，出版社：科学出版社，出版日期：2013-07-01，ISBN：9787030375810五、教材、参考书及教学课件 西北大学-Fundamentals of Digital Image and Video Processing 杜克大学-图像和视频处理：从火星到医院再到好莱坞 洛桑联邦理工学院-Digital Sign

5、al Processing 英属哥伦毕业大学UBC-机器学习(Machine Learning)五、教材、参考书及教学课件六、学习方法及成绩评估课上理解，课下阅读，勤做笔记，动手实验学习评估：作业作业考勤考勤Project期末考试期末考试合计合计10%5%+5%活跃度20%60%100%考试形式：闭卷试卷形式：填空、选择、简答、计算、。Contents1. 基础知识简介a)什么是图像b)什么是数字图像c)什么是数字图像处理2. 数字图像处理的典型问题3. 数字图像处理的典型问题4. 科研立项相关的话题a a）什么是图像）什么是图像图像图像是人对视觉感知的物质。图像可以由光学设备获取，如照相机、

6、镜子、望远镜、显微镜等；也可以人为创作，如手工绘画。图像可以记录、保存在纸质媒介、胶片等等对光信号敏感的介质上。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIP有趣的图像有趣的图像基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPa a）什么是图像）什么是图像有趣的图像有趣的图像基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPa a）什么是图像）什么是图像有趣的图像有趣的图像基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIP

7、a a）什么是图像）什么是图像有趣的图像有趣的图像基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPa a）什么是图像）什么是图像有趣的图像有趣的图像基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPa a）什么是图像）什么是图像有趣的图像有趣的图像基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPa a）什么是图像）什么是图像人的视觉细胞人的视觉细胞基基 础础 知知 识简介识简介视锥细胞在中央凹分布密集，而在视网膜周边区相对较少。中央凹处的视锥细胞与双极细胞、神经节细

8、胞存在“单线联系”，使中央凹对光的感受分辨力高。视锥细胞主司昼光觉，有色觉，光敏感性差，但视敏度高。Section II. Introduction to DIPa a）什么是图像）什么是图像 视觉原理视觉原理有趣的图像有趣的图像基基 础础 知知 识简介识简介http:/ II. Introduction to DIPa a）什么是图像）什么是图像随着数字采集技术和信号处理理论的发展随着数字采集技术和信号处理理论的发展，越来越多的图像以数字形式存储。因而，有些情况下“图像”一词实际上是指。数字图像数字图像是用有限的数值像素数值像素表示的二维图像。二维图像。通常，像素像素在计算机中保存为二维整数

9、数组基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像数字图像数字图像可以许多不同的输入设备和技术生成，例如数码相机、数码摄像机、扫描仪、坐标测量机等等，也可以从任意的非图像数据合成得到，例如数学函数或者三维几何模型，三维几何模型是计算机图形学的一个主要分支，主要研究它们的变换算法。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是

10、数字图像）什么是数字图像数字图像种类：数字图像种类：彩色图像彩色图像 (Color Image)：彩色图像主要分为两种类型，RGB及CMYK。其中RGB的彩色图像是由三种不同颜色成分组合而成，一个为红色，一个为绿色，另一个为蓝色。而CMYK类型的图像则由四个颜色成分组成：青C、品M、黄Y、黑K。CMYK类型的图像主要用于印刷行业。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像YUV空间RGB空间数字图像种类：数字图像种类：二值图像二值图像: : 图像中每个像素的亮度值(Intensity)仅可以取自0或1的图像

11、，因此也称为1-bit图像。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像数字图像种类：数字图像种类：灰度图像，也称为灰阶图像: 图像中每个像素可以由0(黑)到255(白)的亮度值表示。0-255之间表示不同的灰度级。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像数字图像种类：数字图像种类：灰度图像，也称为灰阶图像: 图像中每个像素可以由0(黑)到255(白)的亮度值表示。0-255之间表示不同的灰度级。基基 础础 知知 识简介

12、识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像数字图像种类：数字图像种类：假彩色图像假彩色图像 多光谱图像（multi-spectral） Thematic 立体图像：立体图像是一物体由不同角度拍摄的一对图像，通常情况下我们可以用立体像计算出图像的深度信息。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像数字图像种类：数字图像种类：假彩色图像假彩色图像三维图像: 三维图像是由一组堆栈的二位图像组成。每一幅图像表示该物体的一个横截面。基基 础础 知知 识简

13、介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像数字图像种类：数字图像种类：假彩色图像假彩色图像三维图像: 三维图像是由一组堆栈的二位图像组成。每一幅图像表示该物体的一个横截面。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像TissueExciting Voltage数字图像格式：数字图像格式：目前比较流行的图像格式包括光栅图像格式BMP、GIF、JPEG、PNG等，以及矢量图像格式WMF、SVG等。大多数浏览器都支持GIF、JPG以及PNG图像的直接

14、显示。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPb b）什么是数字图像）什么是数字图像1. 数字图像处理，是对数字图像进行的加工和分析，使其满足视觉、心理以及其他要求的技术。2. 数字图像处理是信号处理在图像域上的一个应用。是信号处理的子类，另外与计算机科学、人工智能等领域也有密切的关系。基基 础础 知知 识简介识简介Section II. Introduction to DIPc c）什么是数字图像处理）什么是数字图像处理2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题几何变换几何变换（geometric transformation

15、s）：包括放大、缩小、旋转等。颜色处理颜色处理（color）：颜色空间的转化、亮度以及对比度的调节、颜色修正等。图像融合图像融合（image composite）：多个图像的加、减、组合、拼接。降噪降噪（image denoising）：研究各种针对二维图像的去噪滤波器或者信号处理技术。边缘检测边缘检测（edge detection）：进行边缘或者其他局部特征提取。分割分割（image segmentation）：依据不同标准，把二维图像分割成不同区域。图像编辑图像编辑（image editing）：和计算机图形学有一定交叉。图像配准图像配准（image registration）：比较或集成

16、不同条件下获取的图像。图像增强图像增强（image enhancement）：图像数字水印图像数字水印（image watermarking）：研究图像域的数据隐藏、加密、或认证。图像压缩图像压缩（image compression）：研究图像压缩。图像填充图像填充（image inpainting）Section II. Introduction to DIP几何变换几何变换（geometric transformations）：包括放大、缩小、旋转等。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题2. 2. 数字图像处

17、理的典型问题数字图像处理的典型问题图像融合图像融合（image composite）：多个图像的加、减、组合、拼接。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像滤波与去噪 (Image filtering and denoising): 输入噪声图像，去除图像中所包含的噪声信息，以利于图像的进一步分析和处理。 噪声类型 生成噪声：高斯噪声，椒盐噪声 真实噪声：相机采集图像时的真实噪声，类高斯，但方差较小，且具有空间不一致性。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型

18、问题数字图像处理的典型问题 图像滤波与去噪 (Image filtering and denoising): Section II. Introduction to DIP边缘检测边缘检测（edge detection）：进行边缘或者其他局部特征提取。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题边缘检测边缘检测（edge detection）：进行边缘或者其他局部特征提取。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题2. 2. 数字图像处理的典型问

19、题数字图像处理的典型问题 图像分割 (Image segmentation) 低层分割：将图像分割成为颜色或者纹理一致的小图像区域集合； 中层分割：将图像分割成为不同深度、不同物体所构成的图像区域集； 高层分割：将图像分割成为具有不同语义或目标的区域。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像分割 (Image segmentation) 低层分割：将图像分割成为颜色或者纹理一致的小图像区域集合； 中层分割：将图像分割成为不同深度、不同物体所构成的图像区域集； 高层分割：将图像分割成为具有不同语义或目标的区域。S

20、ection II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像分割 (Image segmentation) 低层分割：将图像分割成为颜色或者纹理一致的小图像区域集合； 中层分割：将图像分割成为不同深度、不同物体所构成的图像区域集； 高层分割：将图像分割成为具有不同语义或目标的区域。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像分割 (Image segmentation)Section II. Introduction to DIPChang, H. an

21、d D.Y. Yeung, Robust path-based spectral clustering. Pattern Recognition, 2008. 41(1): p. 191-203.2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像分割 (Image segmentation)Section II. Introduction to DIPChang, H. and D.Y. Yeung, Robust path-based spectral clustering. Pattern Recognition, 2008. 41(1): p. 191-203.图像配准图像配

22、准（image registration）：比较或集成不同条件下获取的图像。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题图像增强图像增强（image enhancement）：Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题图像恢复图像恢复（image restoration）：Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题图像恢复图像恢复（image restoration）：S

23、ection II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题图像数字水印图像数字水印（image watermarking）：研究图像域的数据隐藏、加密、或认证。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题图像压缩图像压缩（image compression）：Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题图像修复图像修复：Section II. Introduction to DIP2. 2.

24、 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题视频着色视频着色（image compression）：Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像填充（Image inpainting） 原本出现于艺术家手工修复艺术作品的污损或划痕部分，主要任务是通过数学模型和计算机算法，将图像中的缺失部分（由于污损、划痕、图像编辑、文字等造成的缺损）自动填充完整。Section II. Introduction to DIPSection II. Introduction

25、to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像超分辨率（Super-resolution） 图像的超分辨率重建问题是指：给定低分辨率图像，如何重建出相应的高分辨图像;挑战：挑战：目前可以很好实现图像边缘的超分辨率，但无法完美实现纹理的超分辨率。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像去模糊（Image deblur） 去除图像中的模糊现象。图像在拍摄过程中，由于成像过程中相机或者拍摄物体的运动所产生的模糊现象。常常发生于在低光照

26、条件下降低快门速度拍照。模糊图像去除模糊后的图像（包括模糊核）注：目前，家用相机和单反相机仍然受到模糊的影响，去模糊问题还远远没有解决。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像去模糊（Image deblur） 去除图像中的模糊现象。图像在拍摄过程中，由于成像过程中相机或者拍摄物体的运动所产生的模糊现象。常常发生于在低光照条件下降低快门速度拍照。Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像去模糊（Image deblur）Secti

27、on II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问题数字图像处理的典型问题 图像特征提取、表达与分类(Feature extraction, representation and classification) 特征提取：提取将图像的低层特征，例如角点、纹理、边缘等，具有高维性。 特征表达：将高维图像特征抽象、压缩表示为固定维数的特征向量。 图像分类：基于图像特征向量，利用模式识别算法实现图像分类。cowshouseairplanepeople特征提取特征表达分类算法Section II. Introduction to DIP2. 2. 数字图像处理的典型问

28、题数字图像处理的典型问题 视频处理 (Video processing) 图像处理中的所有问题均对应着相应视频处理问题：视频去噪、填充、超分辨率、分割与理解 与图像处理的不同之处：视频相邻帧之间的强相关性为解决视频处理问题提供的新的信息。因此视频处理结果相对于单帧图像处理效果更好。Section II. Introduction to DIP3. 3. 数字图像处理的典型应用数字图像处理的典型应用光学字符识别光学字符识别生物特征识别生物特征识别医疗影像处理医疗影像处理车牌识别车牌识别视频监控视频监控汽车辅助驾驶汽车辅助驾驶Section II. Introduction to DIP光学字符识

29、别光学字符识别Section II. Introduction to DIP3. 3. 数字图像处理的典型应用数字图像处理的典型应用生物特征识别生物特征识别Section II. Introduction to DIP3. 3. 数字图像处理的典型应用数字图像处理的典型应用医疗影像处理医疗影像处理Section II. Introduction to DIP3. 3. 数字图像处理的典型应用数字图像处理的典型应用 图象输入图象输入 二维图象预处理二维图象预处理 图象分割与提取图象分割与提取 三维重建三维重建 （CT/MRICT/MRI） （滤波、插值）（滤波、插值） （自动分割、手工勾画）（自动分割、手工勾画） （MCMC、MTMT表面重建）表面重建） 病变体投影轮廓病变体投影轮廓 照射射束设置照射射束设置 效果显示效果显示 几何操作几何操作（由此计算光栅廓线）（由此计算光栅廓线） （放射治疗规划）（放射治疗规划） （ 颜色、半透明）颜色、半透明） （剖切、手术开窗）（剖切、手术开窗） 医学图象三维重建流程示意图医学图象三维重建流程示意图Section II. Introduction to DIP3. 3. 数字图像处理的典型应用数字图像