曲阜师范大学图像信息处理课件第1章 导论

数字图像处理曲阜师范大学刘振Emai：zhen@Tel勉永远都不要丢失自己的激情和梦想！死记硬背也许能让你通过大学4年，但会毁掉你接下来的40年！！——印度电影《三个大傻大闹宝莱坞》课程设置考核方式：考查课卷面分数：50分，占总评成绩：50%平时成绩：20分，占总评成绩：20%作业实验：30分，占总评成绩：30%注不及格条件：全学期点名6-8次，若旷课3次---不及格作业3-4次作业，若2次以上未作---不及格期末考试不参加参考教材：1.朱虹，数字图像处理基础[M]，科学出版社2.冈萨雷斯,数字图像处理[M],电子工业出版社引言要解决的问题：什么是数字图像处理？这门课的精髓是什么？这门课与我们专业的关系？数字图像处理的应用前景？数字图像处理：所属学科：测绘学（一级）；摄影测量与遥感学（二级）；1.1数字图像处理的概念图像的概念图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的写真或描述，是一种不完全不精确的描述。仅从图像无法判断气温、降雪量、交通，因此图像是不完全、不准确的描述1.1数字图像处理的概念图像的类别物体图像数学函数不可见的物理图像可见的图像光图像照片、图与画1.1数字图像处理的概念可见光成像和不可见光成像1.1数字图像处理的概念图像分类物理图像：物质或能量的实际分布虚拟图像：采用数学的方法，将由概念形成的物体（不是实物）进行表示的图像数字图像：用一个数字阵列来表示的图像，其描述是指如何用一个数值的方式来表示图像

（可以是物理图像，也可以是虚拟图像）数字图像的最小单位是像素（pixel）1.2本科内容及与其他学科关系数字图像处理内容它是研究图像的获取、传输、存储，变换、显示、理解与综合利用的一门崭新学科。根据抽象程度不同可分为三个层次：狭义图像处理、图像分析和图像理解。

图像分析图像理解狭义处理高低抽象程度高层低层中层语义数据量操作对象小大符号象素目标数字图像的研究领域狭义的数字图像处理1.从图像到图像的处理图像到图像的处理2.图像分析：从图像到非图像的一种表示3.计算机视觉：图像理解能够理解自然景物的系统，为机器设备或机器人提供眼睛的功能1.2与其他学科关系图像图像数据符号人客观世界计算机图形学图像理解图像分析模式识别狭义图像处理计算机视觉计算机图形学用计算机将由概念或者数学描述所表示的虚构物体图像进行处理和显示的过程1.3数字图像处理系统概述一个通用的图像处理系统构成，主要分为采集、显示、存储、通信、处理和分析5个模块。图像采集模块常见的图像采集的设备如数码摄像机、数码相机、扫描仪、采集卡、摄像头、遥感仪、CT机等。采集装置包括两个部件：光敏感器件模/数转换装置扫描仪采集卡摄像头CT机图像显示模块常见的图像显示的设备有显示器（包括CRT和LCD）、打印机、绘图仪、显卡、胶片记录仪等。打印机绘图仪图像存储模块常见的图像存储的设备有磁盘、硬软盘、磁带、光盘等,还有现在用于数码相机和手机的存储卡，包括CF卡、SD卡、MMC卡、TF卡等。图像数据量庞大，除了大容量磁盘外，MO(磁光存储器)、CD、DVD等光学存储装置以及SAN、NAS等网络存储系统，为存储海量图像数据提供了极好的支持。磁带CF卡NAS/SAN网络存储设备图像通信模块图像通信就是把图像传送到远方终端。按传输图像种类分为：静止图像通信，如电报、传真和图文电视等活动图像通信，如电视、可视电话等。计算机以微机或工作站为主，配以图像卡和外设构成微型图像处理系统采用大型机图像处理和分析模块包含内容图像恢复和重建

图像增强图像编码

图像分割

图像描述和表达

图像变换

将图像转换为变换域的处理。主要研究如何突出图像中所感兴趣的部分。针对图像退化原因建立模型，以滤波恢复或重建图像。主要用于减少数据量，以便存储和传输。提取图像中有意义的区域。是图像识别和理解的必要前提。图像处理1.4数字图像处理的特点及其应用数字图像处理的特点：精度高

对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特、8比特还是其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必须对装置进行大幅度改进。再现性好

不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中，就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性。1.4数字图像处理的特点及其应用数字图像处理的特点：通用性、灵活性强对可见图像和不可见光图像（如X光图像、热红外图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设备规模和精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样进行处理，这就是数字处理图像的通用性。另外，改变处理图像的计算机程序，可对图像进行各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。生物医学领域应用三维快速血管造影成像头部CT主要应用如X射线层析摄影(CT)、核磁共振(MRI)、超声成像、血管造影、细胞和染色体自动分类等。这些技术和设备大大提高了治疗诊断水平，减轻了病人的痛苦。Gamma射线成像示例超声波成像示例遥感和航空测量遥感：主要用于资源、矿藏勘探、国土规划、高速公路选线、灾害调查、农作物估产、气象预报以及军事目标监视等。气象卫星云图土地变化监测图云南省大理州森林火灾的遥感图3.工业应用该领域的应用从70年代起取得了迅速的发展，主要有产品质量检测、生产过程的自动控制、CAD／CAM等。工业应用—智能交通：

智能交通控制汽车牌照识别系统图4.军事公安军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动灭火器的控制及反伪装等等都需要用到图像处理技术；公安部门的现场照片、指纹、虹膜、面部、手迹、印章等的处理和辨识也要借助图像处理。导弹制导指纹门锁1）生物认证（Biometrics）利用人类自身的特征来进行身份认证。2）生物特征人类自身的特征统称为生物特征。生物特征=生理特征+行为特征生理特征是与生俱来，如人脸、指纹、掌纹、虹膜、DNA、......；行为特征后天形成，如笔迹、步态、声音生物认证新技术人脸识别热门、新兴技术室外远距离识别：人脸+步态＋→基于生理学的人脸识别从热红外图像提取人脸血管信息进行识别（休斯顿大学，2007）人脸动（静）脉分布5.图像通信常见的数字图像和数字视频设备如可视电话、会议电视、卫星电视、数字电视、高清晰度电视、VCD、DVD等会议电视终端可视电话卫星电视接收器二、数字图像处理的应用6.机器视觉机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人，邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件识别、定位，太空机器人的自动操作等。

ASIMO踢球ASIMO上楼梯数字图像处理应用领域（阅读）1）生物医学中的应用：(1)显微图像处理；(2)DNA(脱氧核糖核酸)显示分析；(3)红、白血球分析计数；(4)虫卵及组织切片的分析；(5)癌细胞识别；(6)染色体分析；(7)DSA(心血管数字减影)及其他减影技术；(8)内脏大小形状及异常检查；

遥感航天中的应用(1)

军事侦察、定位、引导、指挥等应用；(2)多光谱卫星图像分析；(3)地形、地图、国土普查；(4)地质、矿藏勘探；(5)森林资源探查、分类、防火；(6)水利资源探查，洪水泛滥监测；(7)海洋、渔业方面如温度、渔群的监测预报；(8)农业方面如谷物估产、病虫害调查；(9)自然灾害、环境污染的监测；(10)气象、天气预报图的合成分析预报；(11)天文、太空星体的探测及分析；(12)交通、空中管理、铁路选线等。工业应用(1)CAD和CAM技术用于模具、零件制造、服装、印染业；(2)零件、产品无损检测，焊缝及内部缺陷检查；(3)流水线零件自动检测识别(供装配流水线用)；(4)邮件自动分拣、包裹分拣识别；(5)印制板质量、缺陷的检查；(6)生产过程的监控；(7)交通管制、机场监控；(8)纺织物花型、图案设计；(9)密封元器件内部质量检查；(11)标识、符号识别如超级市场算账、火车车皮识别；(12)支票、签名、文件识别及辨伪；(13)运动车、船的视觉反馈控制。军事、公安领域中的应用(1)巡航导弹地形识别；(2)指纹自动识别；(3)罪犯脸形的合成；(4)雷达地形侦察；(5)遥控飞行器的引导；(6)目标的识别与制导；(7)警戒系统及自动火炮控制；(8)反伪装侦察；(9)手迹、人像、印章的鉴定识别；(10)过期档案文字的复原；(11)集装箱的不开箱检查。与印刷相关原稿图像获取（多光谱图像、融合拼接）产品缺陷质量检测（配准、脏点）防伪印刷（数字水印、微结构图案）三维立体印刷（光栅图像生成）印版图案检测与油墨预置（CPC3）桌面软打样（色彩管理）褪变色原稿的颜色复原分色与加网算法、色域转换印章真伪鉴别……第44页印刷缺陷检测系统——色偏检测色偏标准色偏检测第45页印刷缺陷检测系统——刀丝检测刀丝刀丝检测