数字图像处理1绪论

数字图像处理

DigitalImageProcessing2023年5月20日信息工程学院目前一页\总数七十页\编于七点

课程性质和任务①了解数字图像的基本概念及形成原理；②掌握数字图像处理的理论基础和技术方法；③着重掌握数字图像的增强、复原、压缩等技术方法。目前二页\总数七十页\编于七点

教材

数字图像处理（第三版），冈萨雷斯著，阮秋琦译电子工业出版社2011年11月参考书：

图像工程（上册）：图像处理（第3版），章毓晋，清华大学出版社，2012年2月；目前三页\总数七十页\编于七点教学辅助工具（Matlab）考核方式

平时成绩（包括出勤、作业、实验）：占40-50％；

考试成绩：占50-60％；目前四页\总数七十页\编于七点内容提要第1、2章绪论、图像处理的基本概念第3、4章空域和频域变换第5章图像复原与重建第6章彩色图像处理第7章小波和多分辨率处理第8章图像压缩第9章形态学处理第10章图像分割第11章表示和描述第12章目标识别目前五页\总数七十页\编于七点第1章绪论

数字图像处理的概念数字图像处理的应用实例数字图像处理的基本步骤数字图像处理系统的组成目的

1.要求学生了解数字图像处理的主要内容及相关知识，熟悉数字图像处理与其他学科的关系；

2.重点掌握数字图像处理的基本概念、系统组成、特点及应用。本章要点目前六页\总数七十页\编于七点（1）图像1.1基本概念灰度（单色）图像彩色图像1.图像和图像处理

目前七页\总数七十页\编于七点模拟图像和数字图像

1)模拟图像模拟图像可用连续函数来描述。

其特点：光照位置和光照强度均为连续变化的。2)数字图像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。目前八页\总数七十页\编于七点空间采样模拟图像数字图像(2)数字图像亮度量化空间坐标和灰度（亮度）均用离散的数字（一般是整数）表示的图像。基本元素称为象素（Pixel）1.图像和图像处理

目前九页\总数七十页\编于七点就是对图像信息进行加工处理和分析，以满足人的视觉心理需要和实际应用或某种目的（如压缩编码或机器识别）的要求。1.图像和图像处理

(3)图像处理(imageprocessing)数字图像处理：即利用计算机对数字图像进行处理。优点：精度高、再现性好、方法易变、灵活度高。缺点：处理速度受到计算机和数字器件的限制，一般也是串行处理，因此处理速度较慢。目前十页\总数七十页\编于七点c.高级处理（图像理解）：研究图像中各目标的性质和其相互关系，理解图像的含义(如无人驾驶，自动机器人)。a.低级处理：对图像进行各种加工以改善图像的效果，为图像分析做准备。（如图像缩放、图像平滑）图像图像。（）b.中级处理（图像分析）：对图像中感兴趣的目标进行检测和测量(特征提取)，以获得客观的信息。（如区域分割、边界检测）.图像数据（）图像处理的三个层次(3)图像处理(imageprocessing)目前十一页\总数七十页\编于七点简单的点运算（低级处理）1.图像和图像处理

a.图像处理事例一图像图像目前十二页\总数七十页\编于七点去除噪声（低级处理）a.图像处理事例二1.图像和图像处理

图像图像目前十三页\总数七十页\编于七点图像的增强（低级处理）a.图像处理事例三1.图像和图像处理

图像图像目前十四页\总数七十页\编于七点图像的分割（中级处理）b.图像分析事例1.图像和图像处理

心腔容积的大小图像数据目前十五页\总数七十页\编于七点人脸跟踪与识别（高级处理）c.图像理解事例1.图像和图像处理

目前十六页\总数七十页\编于七点1.2 数字图像处理的起源与发展1.20世纪20年代第一次通过海底电缆传输图像

1921年用电报打印机采用特殊字符在编码纸带中产生的图像1922年在信号两次穿越大西洋后，从穿孔纸带得到的数字图像美国将军潘兴和法国元帅福熙的照片，该照片未加修饰，是在1929年从伦敦到纽约使用15级色调设备通过电缆传送的目前十七页\总数七十页\编于七点数字图像处理的起源与发展2.20世纪60年代早期第一台执行有意义的图像处理任务的大型计算机计算机的发展，空间项目开发利用计算机改善空间探测器发回的图像工作美国航天器传送的第一张月球照片，“旅行者7号”卫星1964年7月31日9点09分（东部白天时间）在光线影响月球表面17分钟时摄取的图像目前十八页\总数七十页\编于七点3.20世纪60年代末、70年代初开始用于医学图像、地球遥感、天文学等领域计算机轴向断层术(CAT,CT)获诺贝尔医学奖

胸部X射线图像头部CT图像数字图像处理的起源与发展目前十九页\总数七十页\编于七点4.至今广泛用于工业、医学、生物科学、地理学、考古学、物理学、天文学等多个领域太空技术：航天技术、空间防御、天文学生物科学：生物学和医学刑事/物证：指纹、人脸分析国防：军事探测工业应用：产品检测日常生活应用：照片编辑、影视制作5.利用图像处理技术帮助解决机器感知问题

数字图像处理的起源与发展目前二十页\总数七十页\编于七点

根据信息源分类（电磁波谱）

根据光子能量排布的电磁波谱1.3 数字图像处理的应用实例目前二十一页\总数七十页\编于七点

根据信息源分类（电磁波谱）

根据光子能量排布的电磁波谱1.3 数字图像处理的应用实例目前二十二页\总数七十页\编于七点Gamma射线骨骼扫描PET图像天鹅星座环来自反应器电子管的伽马辐射数字图像处理的应用实例abcd目前二十三页\总数七十页\编于七点X射线

（a）胸部X射线图像（b）主动脉造影图像（c）头部CT（d）电路板（e）天鹅星座环数字图像处理的应用实例abdce目前二十四页\总数七十页\编于七点紫外线成像

(1)普通谷物(2)被真菌感染的谷物(3)天鹅星座环数字图像处理的应用实例abc目前二十五页\总数七十页\编于七点可见光与红外波段成像

利用可见光显微镜获取的图像(1)紫杉酚250倍(2)胆固醇40倍(3)微处理器60倍(4)镍氢化物薄片1750倍(5)有机超导450倍数字图像处理的应用实例abcdef目前二十六页\总数七十页\编于七点可见光与红外波段成像

利用图像处理技术检测产品(a)电路板(b)封装的丸剂(c)瓶子(d)清洁塑料上的气泡(e)谷物

数字图像处理的应用实例abcdef目前二十七页\总数七十页\编于七点可见光与红外波段成像(a)指纹(b)纸币(c-d)自动读取牌照数字图像处理的应用实例abcd目前二十八页\总数七十页\编于七点可见光与红外波段成像

数字图像处理的应用实例目前二十九页\总数七十页\编于七点红外线成像(Infrafredimages)Humanbodydispersesheat(redpixels)Differentcolorsindicatevaryingtemperatures红外线频率数字图像处理的应用实例目前三十页\总数七十页\编于七点数字图像处理的应用实例微波波段成像目前三十一页\总数七十页\编于七点微波段成像（雷达）不受气候、光照条件影响，可以穿透云层，通过植被、冰层和极干燥地区西藏东南山区航天器拍摄的雷达图像数字图像处理的应用实例目前三十二页\总数七十页\编于七点数字图像处理的应用实例目前三十三页\总数七十页\编于七点

数字图像处理的应用实例目前三十四页\总数七十页\编于七点(a)膝盖(b)脊椎磁共振成像(MRI)数字图像处理的应用实例无线电波段成像

ab目前三十五页\总数七十页\编于七点abcde覆盖电磁波谱的蟹状脉冲星图像(a)伽马(b)X射线(c)可见光(d)红外(e)无线电波目前三十六页\总数七十页\编于七点其他图像成像方式声波成像

地震模型横截面图像，箭头指示碳氢化合物数字图像处理的应用实例目前三十七页\总数七十页\编于七点其他图像成像方式超声波成像

(a)胎儿(b)胎儿另一侧(c)甲状腺(d)肌肉层有损害数字图像处理的应用实例abcd目前三十八页\总数七十页\编于七点其他图像成像方式电子显微镜成像

(a)过热损坏的钨丝250倍(b)损坏的集成电路2500倍数字图像处理的应用实例ab目前三十九页\总数七十页\编于七点其他图像成像方式计算机合成(a)和(b)分形图像(c)和(d)从显示物体的三维计算机模型产生的图像数字图像处理的应用实例abcd目前四十页\总数七十页\编于七点数字图像处理的应用实例目前四十一页\总数七十页\编于七点

数字图像处理的应用实例目前四十二页\总数七十页\编于七点1.4 数字图像处理流程目前四十三页\总数七十页\编于七点图像增强－主观图像增强的目的是突出图像中（主观）感兴趣的部分，而减弱或去除不需要的信息，从而使有用信息得到加强，便于区分或解释。图像处理的基本内容ab目前四十四页\总数七十页\编于七点图像恢复—客观图像恢复处理的主要目的是去掉干扰和模糊，恢复图像的本来面目。典型的例子如去噪就属于复原处理原始图像模糊图像复原图像图像处理的基本内容目前四十五页\总数七十页\编于七点图像分割将图像中包含的物体，按其灰度或几何特性等划分为若干个有意义的区域的技术成为图像分割。图像处理的基本内容目前四十六页\总数七十页\编于七点以指纹识别系统为例原始灰度图像去除噪声增强对比度二值化细化特征提取指纹的识别指纹识别系统的处理流程输出结果预处理图像分割表示与描述数字图像处理流程目前四十七页\总数七十页\编于七点1.5数字图象处理系统的组成

由图像输入、图像存储、图像通信、图像处理和分析、图像输出

五个模块组成。目前四十八页\总数七十页\编于七点目前四十九页\总数七十页\编于七点了解图像及图像处理的概念了解图像的表达方法了解图像处理系统的构成了解数字图像处理技术的应用。本章要求：思考：1.请说明图像数学表达式f(x,y)中各参数的含义2.一个数字图像处理系统由哪几个模块组成？试说明各模块的作用目前五十页\总数七十页\编于七点（1）预处理改善图象的质量，为后续处理作好准备e.g. 滤除噪声（removingnoise）增强对比度（enhancingcontrast）

图像增强后图像增强前指纹识别系统的处理流程目前五十一页\总数七十页\编于七点（2）分割把一幅图象划分成背景和目标，非常重要但也很困难二值化细化预处理后的图像指纹识别系统的处理流程目前五十二页\总数七十页\编于七点（3）特征提取(表示与描述)（4）指纹识别（匹配）+知识库（数据存储）指纹识别系统的处理流程目前五十三页\总数七十页\编于七点目前五十四页\总数七十页\编于七点人们对自己的认识进程目前五十五页\总数七十页\编于七点1901年获首届诺贝尔物理学奖由于未知这种射线，称为X射线。X-射线1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管的过程中，发现了一种穿透力很强的射线。目前五十六页\总数七十页\编于七点X射线的基本特征X射线的本质:X线是从原子内部发射出来的波长很短(0.0006~50nm)的高能量的光子流。它的波长介于紫外线与Ƴ射线之间，X线诊断常用的波长为0.008~0.031nm。

X线是电磁波，具有一定的波长和频率，具有波粒二象性，X线成像利用了它与物质相互作用时发生能量转换，突出了微粒性。目前五十七页\总数七十页\编于七点化学效应：射线使多种物质发生光化学反应，使照相底片感光。X射线摄影的基础。生物效应：射线照射使生物体发生电离和激发，引起一系列生理、病理变化。放射治疗。同时要注重防护射线。3.电离作用：射线使物质原子、分子发生电离。

测量

X射线的基础。2.荧光作用：射线照射使物质发出荧光,在医学上用于透视

。1.贯穿本领：射线能够穿透物质。物理效应：X射线的性质目前五十八页\总数七十页\编于七点X射线产生的两个基本条件:1).高速运动的电子流；2).阻止电子运动的适当的障碍物(靶)。X射线的产生目前五十九页\总数七十页\编于七点

X射线管的构造：外壳：硬质玻璃管，高真空。阴极：电子源，发射电子流（钨丝）。阳极：靶，受高速电子轰击而辐射X射线。阴极阳极+金属靶电子束高能X射线X射线产生装置X射线在医学中的应用：透视、摄影、X-CT、治疗等。目前六十页\总数七十页\编于七点X射线按硬度分类名称管电压(kV)最短波长(nm)主要用途极软X射线5~200.25~0.062软组织摄影等软X射线20~1000.062~0.012透视和摄影硬X射线100~2500.012~0.005较深组织治疗极硬X射线250以上0.005以下深部组织治疗X射线的强度与硬度X线X线硬度比较：B束大于A束实质：能量大的光子被物质吸收少，其贯穿本领强，相应的射线硬度大。A束B束医学上常用管电压的千伏数（kV）表示X线硬度。X射线的强度是指单位时间内通过垂直于射线方向的单位面积的辐射能量；

X射线的硬度指X射线的贯穿本领，它只取决于X射线的波长，即光子的能量，与光子数目无关。通常用管电压的千伏数(kV)来表示X射线的硬度。

目前六十一页\总数七十页\编于七点1.X射线透视荧光透视（fluoroscopy）：简称透视。强度均匀的X射线投照人体,由于人体内不同部分对射线衰减不同,使透过人体的射线强度不均匀,投射到荧光屏后显示出明暗不同的荧光图像。X射线的医学应用——诊断目前六十二页\总数七十页\编于七点2.X线摄影X射线透过人体后投射到照相底片上，底片感光显像后可观测到明暗不同的图像。X射线的医学应用——诊断目前六十三页\总数七十页\编于七点3.X射线造影术：给器官或病灶注射衰减系数较大或较小的物质来增加它与周围组织的对比以便清晰显像。粘膜相(造影前)充盈相(造影后)钡灌肠X射线的医学应用——诊断目前六十四页\总数七十页\编于七点4.数字减影血管造影(DSA):

通过图像处理器将“原像”和“造影像”相减,从造影像中减去原像,使造影的血管图像保留下来而减影除去无关的组织影像。X射线的医学应用——诊断血管造影前血管数字减影处理后血管造影后目前六十五页\总数七十页\编于七点

应用物理技术和计算机处理，测定X射线的衰减系数在人体中某断层面上的二维分布矩阵，利用图像重建原理,获得该断层面图像。5.X射线计算机断层成像（X-CT，

X-rayco