数字图像处理第一章(00002)课件

数字图像处理第１章绪论内容提要:数字图像处理的发展简史图像处理的任务基本的图像处理系统数字图像处理的应用与发展趋势1.1数字图像处理及发展简史1.1.1图像的定义图像：二维空间上的强度分布如果只考虑光的能量图像在视觉上表现为灰色影像--灰度图像：

静止灰度图像：模拟图像－人眼成像瞳孔，晶状体视网膜神经大脑模拟图像例－人眼成像视网膜区域分布了大量的视觉细胞，以接受外界光的强弱及颜色。中央凹的视觉细胞分布很密，向外逐渐稀疏。视网膜结构中央凹视网膜中央区域称为a区域，主要以观察物体的细节为主。视网膜边界区域称为ß区域，主要以观察运动物体为主。模拟图像与数字图像数字图像：一个被采样和量化后的二维函数，采用等距离矩形网格采样，对幅度进行间隔量化。1.1.3

数字图像原理取样和量化的基本概念数字化包括取样和量化两个过程：取样：对空间连续坐标(x,y)的离散化量化：幅值f(x,y)的离散化数字化图像所需的主要硬件：采样孔、图像扫描机构、光传感器、量化器、输出存储体1.1.3

数字图像原理图像采样与量化x0y宽度方向：列高度方向：行若灰度级划分为8，则用3个二进制位表示：23＝8（称为8色图像或3位图像）象素07654321彩色模拟图像灰度图像（缩小）RGB颜色空间（c）像素（d）灰度级1.1.4数字图像的基本属性在计算机中的二维阵列（网格）：二维数组两个基本属性：①几何属性：坐标②物理属性：灰度、亮度I→颜色、透射度、深度。

1.1.5数字图像表示单色图像(monochromeimage)：即黑白图像，每个像素的灰度值只有0和1灰度图像(grayscaleimage)：每个像素的灰度值占一个字节彩色图像：真彩色图像：每个像素的灰度值占三个字节，分别为R、G、B索引彩色图像：即调色板彩色图像，如8位或16位伪彩色图像多谱图像：如由卫星多孔径雷达所成的多波段图像，多幅图像表达同一图像的不同波段信息压缩图像彩色空间示意图数字图像常见参数分辩率：用来描述数字图象所表示的空间细节的程度（高或低）。设备无关：象素的个数M*N设备有关：如pixel/mmIntensity&Contract（亮度和对比度）&graylevel灰度级：表示1Byte/pixel-256级（灰度级）

2005年1月14日，“惠更斯”探测器拍摄了“土卫六”的图像土卫六的地貌图陆地卫星5号1.2.1图像处理的目的一般地，图像处理中需要完成以下一个或几个任务：（1）提高图像的视觉质量以提供人眼主观满意或较满意的效果。（2）提取图像中目标的某些特征，以便于计算机分析或机器人识别。（3）为了存储和传输庞大的图像和视频信息，常常对这类数据进行有效的压缩。（4）信息的可视化。（5）信息安全的需要。1.2图像处理的目的、任务与特点

1.2.2图像处理的任务

图像处理的主要任务：图像获取与数字化图像增强图像恢复图像重建图像变换图像编码与压缩图像分割图1.5胸部X光片图像图1.6红外热像仪检测的手1.2.3数字图像处理的特点4．数字图像处理技术综合性强。5．数字图像处理与模拟方式处理图像相比，也有一些不足之处，如（1）数字图像处理的信息大多是二维或二维以上的多维信息，数据量巨大（2）数字图像信号占用的频带较宽。（3）处理费时。1.3.1图像处理硬件1.图像输入设备完成将模拟光学图像转换成模拟电图像的过程。数字化图像输入设备还进一步将模拟电图像进行数字化以便于存储介质存储和计算机处理。2.图像存储器为了适应图像的大数据量要求，输入图像、输出图像以及中间结果图像必须用大容量存储介质进行存储。3.主机用于图像处理的计算机。4．显示器及图像输出设备1.3.2图像处理软件

图1.11图像处理软件系统的层次结构1.3.2图像处理软件1.图像设备驱动程序2.操作系统：（1）IBMPC及兼容机一般使用MicrosoftWindows操作系统。（2）AppleMacintosh机一般使用MacOSX操作系统。（3）图形工作站典型使用UNIX或XWINDOWS操作系统。3．图像处理开发工具（1）VC++面向对象可视化集成工具（2）MATLAB的图像处理工具箱（3）图像应用软件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee1.3.3数字图像处理内容的四个层次

(1)

图像输入输出（扫描仪、多媒体视频卡、图像卡、监视系统）(2)

图像表示、转换（多媒体各种文件格式、几何、亮度、对比度、剪贴）——给人看(3)

图像处理、分析（特征提出、图像压缩、几何校正2D→3D）——给机器看(4)图像理解、解释——计算机视觉计算机视觉计算机视觉是用各种成象系统代替视觉器官作为输入敏感手段,有计算机代替大脑完成处理和解释,为计算机和机器人开发具有人类水平的视觉能力。最终目标：实现对三维景物世界的理解。计算机视觉计算机视觉处理的原始信息多是图像，在这个意义上计算机视觉应当是图像处理的一部分。从发展的眼光来看，图像处理的发展方向必然趋向计算机视觉。图像处理将成为计算机视觉的前期研究内容。经典理论——Marr理论2维2.5维3维提取二维平面特征建立三维模型将二维平面特征进行组合进而得到三维信息为什么要研究生物视觉在图像处理方面具有计算机远达不到的能力。即使是婴儿的图像识别能力也远远超过目前计算机。依据生物视觉机理，提高计算机图像处理能力，是计算机图像处理的必然发展趋势。计算机视觉学科的难题软件角度：“一只马戏团的猴子如何教会另一只马戏团的猴子如何演马戏”。硬件角度：大脑信息处理的机制与计算机不同大脑：大量CPU（简单）计算机：少量CPU（复杂）好处永无止尽研究人员可以大胆发挥想象力，充分开发个人的智力。在理解与掌握现有理论基础上，研究将不受束缚。没有权威，全依仗研究人员悟性。所谓：“人人都是食神！”计算机视觉研究的特点多学科交叉计算机视觉计算机心理学生理学物理学信号处理数学最优化理论高等几何线性系统高度代数概率统计随机过程等等计算机视觉研究的途径硬件：第四代计算机（人工智能计算机）软件：通过研究人的视觉机理，提高计算机图像处理能力：传感器（眼睛）：成像机理及前期处理处理机理（大脑）：人工神经网络有效途径研究视觉错觉：假象：虚幻、不真实错觉：真实，错误从错觉出发，可能能够了解人视觉机理。进一步将其数学模型化。即可达到目的。常见错觉Hermann格子图像Muller—Lyer错觉Ponzo错觉Hering错觉Orbison错觉Pogendoff错觉Zollnar错觉图像表示与转换放大、缩小：图像表示与转换旋转图像表示与转换亮度调整图像表示与转换对比度调整图像处理与分析图像分割图像处理与分析图像分割图像处理与分析纹理分割图像处理与分析角点检测图像处理与分析线条检测图像处理与分析线条检测图像处理与分析边缘检测图像处理与分析边缘检测

图像压缩

原始图像经过压缩后的图像哈夫曼编码预测编码

图像压缩

预测编码行程编码1.原始图像及其属性行程编码2.压缩文件的属性解压后生成的文件

由于行程编码属于无损压缩，所以原始图像和解压后的图像基本上没有任何差别，不会出现失真的情况LZW编码1.原始图像及其属性LZW编码2.压缩文件的属性属性解压后生成的文件几何校正多项式卷绕图像处理范例——图像分割图像处理范例——图像融合（a）待融合图像CT(b)待融合图像MR（f）融合规则四的结果(e)融合规则三的结果(c)融合规则一的结果（d）融合规则二的结果（g）融合规则五的结果图4－4运用不同的融合规则得到的融合结果图像处理范例——边缘提取图像处理范例——边缘检测图像处理范例——边缘检测图像处理范例——边缘检测图像处理范例——畸变校正图像处理范例——几何校正图像处理范例——背景更新图像处理范例——背景更新图像处理范例——目标检测1.４数字图像处理的应用1.遥感资源普查、规划，气象预报，环保（污染调查）利用卫星照片和航空照片辐射校正（亮度）和几何校正提取地物地貌特征或三维重建（shapefromshadow,SFS）

1.４数字图像处理的应用2.工程与办公自动化文件与图纸读取（文档保存数字化），OCR，文字识别等

3.生物医学图像处理

在X光片，血细胞图像，淋巴细胞图像，染色体图像，B超图像等中的处理及识别CT图像处理及三维重建（虚拟人体）

1.４数字图像处理的应用4.军事公安侦察、寻找目标、制导、警戒安全系统和鉴别系统：入口控制，指纹、人脸、眼纹识别核材料检测5.工业自动化生产线控制（