第1章 绪论(附：工程应用简介)2010

数字图像处理及分析

DigitalImageProcessing王培珍安徽工业大学电气信息学院

E-mail:pzhwang@主教材[美]RefaelC.Gonzalez&RichardE.Woods．数字图像处理（第二版）．阮秋琦，阮宇智，等译．北京：电子工业出版，2003参考读物[1]张弘，数字图像处理与分析，机械工业出版社，2007

．[2]K.R.Castleman．DigitalImageProcessing．清华大学出版社，2002[3]章毓晋．图像工程．清华大学出版社，2006[4]夏良正．数字图像处理．东南大学出版社，1999[5]徐建华编著，图像处理与分析，科学出版社，1992[6]王润生编著，图像理解，国防科技大学出版社，1995[7][美]桑克(MilanSonka)，VaclavHlavac，RogerBoyle著，图像处理、分析与机器视觉，人民邮电出版社

2003[8]阮秋琦编著，数字图像处理学（第二版），电子工业出版社,2007第1章绪论1.1数字图像的基本概念1.2数字图像处理1.3相关学科和领域1.4数字图像处理的主要应用与发展趋势1.5工程应用简介1.1数字图像的基本概念图：反射光或透射光的分布，或自身发出的能量(客观)像：人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识，是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的写真或描述。（主观）观察系统使用的光波段：可见光、红外、X射线、微波、超声波、射线等图像：静止——文字、图片等运动——飞行物、心脏图

物体图像数学图像不可见的物理图像可见的图像光图像照片、图与画如红外、遥感图像数学函数分类（Castleman）400nm700nm紫外光红外光546.1nm435.8nm780nm单波段、多波段和超波段图像三种典型地物的波谱反射特性

色彩：黑白、彩色1.1

数字图像的基本概念1.1数字图像的基本概念模拟图像（Analogimage）用连续函数来描述(光照位置和光照强度均为连续变化的)数字图像（Digitalimage)可用矩阵或数组来描述,

像素或像元的属性：空间位置和灰度由连续的模拟图像采样和量化而得，基本单位是像素，是像素的集合整数坐标和整数灰度值1.1数字图像的基本概念图像是人类信息获取的重要手段数字图像的分辨率逐步提高数字图像可以充分利用现代化的数字通讯和信息传输技术数字图像可以长期保存和永不失真1.2.1图像处理的基本概念1.2.2数字图像处理的基本特点1.2.3数字图像处理的主要研究内容1.2数字图像处理

图像处理:

是对图像信息进行加工处理，以满足人的视觉心理和实际应用的需求图像处理方法：光学方法、电子学方法1.2.1

数字图像的基本概念1.2.1图像处理的基本概念模拟图像处理(Analogimageprocessing)：包括光学处理（利用透镜）和电子处理，如：照相、遥感图像处理、电视信号处理等，电视图像是模拟信号处理的典型例子，它处理的是活动图像，25帧/秒。优点：速度快，一般为实时处理，理论上讲可达到光的速度，并可同时并行处理。缺点：精度较差，灵活性差，很难有判断能力和非线性处理能力。

数字图像处理(DigitalImageprocessing)：亦称计算机图像处理，指将图像信号转换成数字格式并利用计算机对数据进行处理的过程。

优点：精度高，内容丰富，可进行复杂的非线性处理，灵活的变通能力，一只要改变软件就可以改变处理内容。1.2.1图像处理的基本概念发展简史：20世纪20年代，纽约－伦敦海底电缆传输数字化的新闻图片。数字压缩技术：1星期减少到3小时1921年电报打印机采用特殊字符在编码纸带打印。输出设备从专用到通用再到专用。1929年从伦敦到纽约15级色调通过电缆传递照片。从早期5个灰度到15灰度。采用了数字压缩技术.现在的网络、移动通信再次历经这个过程。1922年两次穿越大西洋，穿孔纸得到图像。图像通信系统信源编码和信道编码。1.2.1图像处理的基本概念1964年美国喷气推进实验室（JPL）正式使用数字计算机对“徘徊者7号”（Ranger7)太空船送回的四千多张月球照片进行了处理（校正畸变），效果显著，标志着图像处理技术开始得到实际应用。60年代末，数字图像处理这门新兴学科正式诞生。美国航天器传送的第一张月球照片，1964年7月31日9:09（东部白天时间）在光线影响月球表面17分钟摄取的图像。1.2.1图像处理的基本概念70年代，CT（断层技术）的发明，血球自动分类仪的商业化CT发明获得1979年诺贝尔医学奖。X射线（1895年发现）1901年物理学奖。1.2.1图像处理的基本概念1.2.2数字图像处理的基本特点信息量大图像数据量庞大，一幅1024×1024不经压缩的真彩色图像，数据量达3MB（即1024×1024×8bit×3=24Mb），X射线照片一般用64～256Kb的数据量，一幅遥感图像为3240×2340×4＝30Mb占用的频带较宽：电视图像的带宽5～6MHz，而语言带宽4KHz，频带越宽，技术实现难度越大像素相关性大：压缩潜力大评价受人的影响大处理的多样性，设计不同的图像处理程序，可以实现各种不同的处理目的通用性、灵活性强，不管是可视图像还是X光图像、热红外图像、超声波图像等不可见光图像，图像数字化后，都可同样进行处理

提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的。如去噪，改变图像的亮度、颜色，增强图像中的某些成份、抑制某些成份，对图像进行几何变换等。提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分析，如用作模式识别、计算机视觉的预处理等。对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。信息可视化。温度场、流速场、生物组织内部信息安全需要。数字水印、图像信息隐藏1.2.3数字图像处理的目的表达：建模，图像采样、数字化图像和视觉基础图像变换：提高图像质量图像处理图像基础图像增强： 改善图像质量图像几何处理：平移、缩放、旋转、扭曲图像复原： 去噪声、去模糊图像重建： 重建原始图像图像编码压缩，减少存储量和传输量1.2.4数字图像处理的主要研究内容1.2.4数字图像处理的主要研究内容图像增强1.2.4数字图像处理的主要研究内容图像复原1.2.5图像工程•图像分析(ImageAnalysis)

图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行分割，纹理、形状等特征的提取、检测和测量，以获得它们的客观信息，从而建立对图像的描述，有利于计算机对图像进行分类、识别和理解。图像处理:从图像到图像图像分析:

从图像到数据。这里的数据可以是目标特征的测量结果，或是基于测量的符号表示，它们描述了目标的特点和性质。

1.2.5图像工程图像理解(ImageUnderstanding)

图像理解的重点是在图像分析的基础上，进一步研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得出对图像内容含义的理解以及对原来客观场景的解释，从而指导决策。图像分析:主要是以观察者为中心研究客观世界.图像理解:在一定程度上就是以客观世界为中心，借助知识、经验等来把握整个客观世界（包括没有直接观察到的事物）。1.2.5图像工程图像/模式识别（Image/PatternRecognition）作为一门学科有其系统的理论基础和技术方法。在数字图像处理中，指在图像增强、分析等基础上，提取图像的有关特征，进而对图像中的物体进行分类、描述和解译。

1.2.5图像工程1.3.1数字信号处理学1.3.2计算机图形学1.3.3计算机视觉1.3相关学科和领域1.3.1数字信号处理学

数字信号处理 图像处理研究对象： 一维数字信号二维数字信号研究内容： 数字滤波器、数字 图像滤波器、图像 正交变换、数字编 正交变换、图像编 码等 码等数字信号处理与图像处理是紧密相关学科。

1.3.2计算机图形学

计算机图形学图像处理研究对象：图形 图像研究内容：图形生成、透视、图像处理、图像分 消隐 割、图像分析过程：由数学公式生成仿由原始图像处理出 真图形或图像 分析结果计算机图形学与图像处理是逆过程。1.3.2计算机图形学

图像

描述图像处理计算机图形学图像识别图像理解1.3.3计算机视觉

计算机视觉图像处理研究对象：图像或图像序列图像研究内容：视觉感知、图像处理、图像分割、 图像理解图像分析

过程：由图像特征感知、由原始图像处理出 识别和理解三维场景分析结果

1.4数字图像处理的主要应用与趋势1.4.1数字图像处理的主要应用1.4.2数字图像处理的发展趋势1.4.1数字图像处理的主要应用遥感图像应用：资源调查、灾害监测、农林业规划、城市规划、环境保护等医学图像应用:计算机断层摄影计算成像CT技术、X射线、染色体分析等工业和实验图像应用:无损探伤、自动检查和识别、智能机器人等1.4数字图像处理的主要应用与趋势1.4.1数字图像处理的主要应用办公室自动化图像应用：邮政编码图像识别、OCR（字符识别系统）、自动判卷系统、各类图纸自动识别与录入系统等军事公安图像应用：自动跟踪技术、指纹识别、不完整图片的复原、监控等文化艺术图像应用：服装设计、照片的复制和修复、运动员动作分析等图像数据传输应用：图像的存储、刻盘、互联网传输，以及其它卫星传输、无线传输等从低分辨率向高分辨率发展从二维（2D）向三维（3D）发展从静止图像向动态图像发展从单态图像向多态图像发展结合应用数学新进展1.4.2数字图像处理的发展趋势1.5工程应用简介1.5.1

遥感图像处理1.5.2

工业与实验图像处理1.5.3

医学图像处理1.5.4

办公图像处理1.5.5

公安图像处理1.5.6

影视图像处理1.5.1

遥感图像处理军事侦察： 战略目标定位、多光谱去伪装导弹末制导： 红外、雷达图像处理农作物估产： 多光谱图像分析地质研究： 宏观地质结构、探矿灾情估计： 红外图像统计气象云图： 图像几何处理与拼接遥感图像增强前后的

遥感图像高分辨率遥感图像1高分辨率遥感图像2香港新机场遥感图像航片遥感多光谱图例（7个波段）处理前后遥感：农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构造解译、找矿，环境污染检测等等。QuickBird示例影像:

北京颐和园高分辨率卫星影像，拍摄时间为2003年9月。

地表覆盖

水体界线的确定在近红外图像上，水体呈黑色1998年长江（枝城-岳阳）洪涝灾害监测遥感应用1.5.2工业与实验图像处理自动装配生产线：实时图像处理机器人视觉：立体图像对处理无损探伤： 高能X射线探测金属内部车辆牌照识别： 交通管制流动显示与测速：PIV粒子图像测速识别棉花中的杂质车牌识别工件裂纹检测1.5.3医学图像处理病理图像分析： 显微图像、染色体图像X射线图像处理： X射线透视和照片增强超声图像处理： 黑白超和彩超、动态CT图像重建： 断层图像计算X光图像增强CT切片图像CT边缘提取B超图像染色体CT及核磁共振、超声波、X射线成像分析等。如三维测量可视化软件系统可对各类医学断层图像进行分析处理，提供诊断依据。1.5.4办公图像处理邮政编码识别： 手写数字图像处理识别印刷体文字识别： OCR

文字图像识别机械图样自动录入： 线条跟踪、拟合1.5.5公安图像处理指纹图像处理： 刑侦、司法鉴定、自动门卫