数字图像处理的相关论述课件

1、数字图像处理(matlab版)姚晋丽计算机科学与技术 2208教研室第1章 数字图像处理的相关论述1.1 课程介绍1.2 数字图像处理技术的发展1.3 数字图像处理技术的应用及实例1.4 数字图像处理的相关概念1.5 图像数字化技术1.6 数字图像的处理方法1.7 图像的统计特征1.8 matlab介绍1.1 课程介绍教材：“数字图像处理”（第一版），由张德丰编著，人民邮电出版社出版 参考教材：冈萨雷斯主编的“数字图像处理(MATLAB版)”，人民邮电出版社 谢凤英, 赵丹培编著，Visual C+数字图像处理，人民邮电出版社 数字图像处理网络课程 ，5(授课讲义,实验指导，ppt)课程目标：

2、 通过讲解图像处理的基本理论、基本算法、matlab在图像处理中的应用等，让学生了解该门学科的发展现状，学会如何应用计算机学科的知识解决实际的发展需求，为今后就业及深入的学习研究奠定基础。 授课方式： 2学时/周，共32学时，其中理论16学时，实验16学时（分单/双周）考核方式设计 采取阶段考核以及期末大作业的方式全学期分为3个阶段，分别为：基础知识阶段(概述、数学基础、图像频域变换、图像压缩、几何变换等)，图像质量增强阶段(图像增强、图像复原)，图像特征提取阶段(图像分割与边缘检测、图像特征提取等)总成绩(100%)=第一阶段(25%)+第二阶段(25%)+第三阶段(25%)+课程设计考核(

3、25%)阶段成绩(100%)=实验成绩(50%)+阶段作业成绩(50%)课程设计成绩(100%)=课程设计报告(50%)+matlab代码(50%)1.3 数字图像处理的发展1964年，位于加里福尼亚的美国喷气推进实验室(JPL)处理了太空船“徘徊者7号”发回的月球照片1970s:计算机断层扫描图象重建技术X射线成像原理： X射线成像是基于待成像物体各个组成部分的密度不同，对X射线的吸收不同,透射X射线强度不同，从而在乳胶片上成像的 /zhlshb/ct/lx.htm核磁共振成像（MRI ）正电子发射断层扫描成像技术（PET） 与CT，MRI等反应人体组织解剖信息不同，PET图像能够反映人体组

4、织、器官的功能和代谢情况1)遥感2)医学3)工业生产和质量控制4）图象信息通讯5）公共安全6）数据安全7）科学研究8）在信息技术中的应用1.4 数字图像处理的应用1.4 数字图像处理的应用实例伽马射线成像： 主要用途包括核医学和天文观测X射线成像 ：广泛用于医学诊断，工业和其他领域 紫外波段成像：应用于平板印刷技术、工业检测、显微镜方法、激光、生物图像以及天文观测等 微波波段成像： 典型应用是雷达红外波段：军事数字图像处理的相关概念图像：图像是一种在空间分布的二维信号两个变量 （X,Y) : 空间坐标，spatial coordinates函数值 F : 在空间的某个位置（点）的信号值，常称为

5、图像的强度Intensity，或灰度值 Gray Level(0-225)，对于彩色图像，该信号值为矢量(R,G,B)当X,Y和幅值F为有限的离散数值时，称该图像为数字图像数字图像：空间坐标离散，函数值离散，图象在计算机里的表示形式就是所谓的“数字图象”数字图像由有限的元素Element组成，称为像素pixel图像处理是指按照一定的目标，用一系列的操作来“改造”图像.图像信息：相对于语音信息（声音信息），一般将视觉信息也称为图象信息人类所接受的信息中，各种信息所占比例视觉信息听觉信息其他比例大于60%20%20%数字图像处理： 先用某种技术和手段将模拟图像信号数字化，然后用电子计算机对数字图像

6、进行分析和变换，达到预期的效果的技术总称.图像分类：根据图像的产生方法，图像可分为如下3类：(1)可见图像：视觉系统可以直接看见的图像，一般通过照相、手工绘制等传统方法获取(2)物理图像：反映的是物体的电磁波辐射能，包括可见光与不可见光图像，如光学图像，温度图像，压力图像，高度以及人口密度图像(3)数学图像：由连续函数或离散函数生成的抽象图像数字图像的获取数字图像一般可以通过以下3种途径获取。 （1）应用各种光电转换设备直接得到数字图像。 （2）直接由二维离散数字函数生成数字图像。 （3）将传统的可见图像经过数字化处理转换为数字图像。图像数字化过程（1）扫描（scanning）。扫描是按照一定

7、的先后顺序对一幅图像进行遍历的过程。（2）采样（sampling）。采样是指遍历过程中，在图像的每个像素位置上测量其灰度值，即亮度值。(将坐标值离散化（数字化）称为采样 ，要求坐标值为整数)（3）量化（quantization）。量化是将采样得到的灰度值通过模数转换等器件转换为离散的整数值。(将函数值离散化（数字化）称为量化，离散灰度级数L)计算机处理方法根据处理的难易分类: 低级别处理：滤噪、增强等(输入出的都是图像) 中级别处理：分割(输入是图像,输出是图像中提取的特征) 高级别处理：识别理解,执行与视界相关的识别函数 空域处理法 空域处理方法是指在空间域直接对数字图像进行处理。 空域处理

8、法主要有以下两大类。 邻域处理法是对图像像素的某一邻域进行处理的方法。 1邻域处理法 点处理法是指对图像像素逐一处理的方法。 2点处理法邻域（Neighbors）像素4邻域 N4（p）：（x+1,y）,（x-1,y）,（x,y+1）,（x,y-1）像素对角4邻域（x-1,y-1）,（x-1,y+1）,（x+1,y-1）,（x+1,y+1）欧氏(Euclidean)距离： 根据这个距离量度，与(x，y)的距离小于或等于某个值d的象素都包括在以(x，y)为中心以d为半径的圆中。 变换域处理法 数字图像处理的变换域处理方法首先是通过傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换或是比较新的小波变换等变换算法，

9、将图像从空间域变换到相应的变换域，得到变换域系数阵列，然后在变换域中对图像进行处理，处理完成后再将图像从变换域反变换到空间域，得到处理结果。 1.7 图像的统计特征图像的基本统计分析量数字图像的直方图图像间相关性图像的基本统计分析量1图像的信息量 k:灰度值数量p1,p2,p3 各灰度值出现的概率信息量表示一幅图像所含信息的多少2图像灰度平均值 图像灰度众数是指图像中出现次数最大的灰度值。4图像灰度中值 图像灰度中值是指数字图像全部灰度级中处于中间的值，当灰度级数为偶数时，则取中间的两个灰度值的平均值。3图像灰度众数5图像灰度方差6图像灰度值域数字图像的直方图 数字图像处理中也常常应用灰度直方

10、图表示直方图是指图像中所有灰度值出现的次数或频率。图像的有关特征信息。 灰度1协方差2相关系数matlab 介绍M文件的编辑调试 MATLAB的程序文件和脚本文件通常保存成扩展名为.m的文件，称之为M文件。 图1-11 M文件的编辑器和调试器1.7.6 图像读取与显示 1图像的读取 函数imread()用来读取图像，把图像数据读出以后，可以赋给一个变量。 2图像数据的调用 既然图像数据是存储在数组中，那么调用图像数据就变成了操作数组元素。 函数imshow()用来显示图像。3图像的显示1.7.8 MATLAB图像处理应用示例 1MATLAB的打开图1-15 MATLAB启动后的窗口界面2图像输

11、入到计算机3更改Current Directory目录图1-16 修改后的当前目录4打开编辑窗口编写程序图1-17 在编辑窗口中输入的源程序5保存并运行6保存运行结果图1-18 rice.png直方图显示结果三维绘图命令三维曲线plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,xn,yn,zn,选项n) 当x,y,z是同维向量时，则x,y,z 对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。 例：x=sint,y=cost ,z=t*sint*cost 其中 t(0,2*pi)三维曲面 在MATLAB中，利用mesh

12、grid函数产生平面区域内的网格坐标矩阵 ，格式为：x=a:d1:b; y=c:d2:d;X,Y=meshgrid(x,y);矩阵X的每一行都是向量x，行数等于向量y的元素的个数，矩阵Y的每一列都是向量y，列数等于向量x的元素的个数 绘制三维曲面的函数 surf函数和mesh函数的调用格式为：mesh(x,y,z,c)surf(x,y,z,c)一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。x,y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。meshc (x,y,z)带等高线的三维网格曲面函数 meshz(x,y,z)带底座的三维网格曲面函数 例绘制三维曲面图z=sin(x

13、+sin(y)-x/10 x ,y(0,4*pi)在xy平面内选择区域x -8,8，y -8,8，绘制三维曲面并比较z=sin(sqrt(x2+y2)/ sqrt(x2+y2)标准三维曲面 sphere函数的调用格式为：x,y,z=sphere(n)cylinder函数的调用格式为：x,y,z= cylinder(R,n)peaks 函数，称为多峰函数，常用于三维曲面的演示。其他三维曲面函数条形图、杆图、饼图和填充图等特殊图形 bar3、stem3、pie3 和fill3 1. 读取图像： f = imread(filename);（1）支持的格式为：tiff、jpeg、gif、bmp、png

14、、xwd。（2）若命令行中没有加分号，则matlab将立即显示该行中指的运算结果。（3）m,n = size(f); 将返回图像f 的行数m，列数n。（4）whos f; 显示一个数组的附加信息（变量名、尺寸、字节数），有无分号都一样。2. 显示图像：imshow(f, G);（1）f为图像，G为显示该图像的灰度级数。默认为256。（2）imshow(f, low, high); 所有=high的值都显示为白色，两者之间将以默认的级数显示为中等亮度值。（3）imshow(f, ); 将low设置为数组f的最小值，high设置为最大值，对显示动态范围较小会哦有正负值的图像很有用。（4）figur

15、e, imshow(f); 将保留前面显示的图像不被覆盖3. 保存图像：imwrite(f, filename)（1）imwrite(f, filename, tif); 将图像f写为tiff格式且命名为filename的文件。（2）imwrite(f, filename.jpg, quality, q); q在0100之间，q越小，图像退化越严重。（3）imfinfo filename.jpg; 可以显示图像filename.jpg 的详细信息。4. 数据类间的转换： B = dataname(A) 例如：b = im2uint8(a);MATLAB中读入图像的数据类型是uint8，而在矩阵中使用的数据类型是double。可以通过语句b = im2uint8(a);把图像数组a转换成double精度类型；如果不转换，在对uint8进行加减时会产生溢出，可能提示的错误为：Function * is not defined for values of class uint8 im2double(a):将图像数组转换成double精度类型 im2uint8(a):将图像数组转换成u