华中科技大学数字图象处理

2023/9/2数字图象处理－第1章1本章基本要求基本要求掌握图象处理与分析技术与图象工程的基本概念了解图象处理技术的应用，培养对本课程的感性认识了解本学科的研究发展趋势，增强对本课程的学习兴趣了解课程安排，做好学习准备。计划学时 1-2学时2023/9/2数字图象处理－第1章2§1.1从图象到图象工程图象和数字图象图象：用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体图象（广义/抽象）⊃图像（狭义/具体）图象和信息：人类从外界（客观世界）获得的信息约有75%来自视觉系统2023/9/2数字图象处理－第1章3§1.1从图象到图象工程图象表示：f(x，y，λ，t)x，y：2-D空间中坐标点的位置λ：光线的波长t：时间如果只考虑光的能量，不考虑波长，视觉上就是黑白深浅的区别图像表示为f(x，y，t)如果是静态图像，不考虑时间因素，图像表示为f(x，y)2-D数组§1.1从图象到图象工程对于静态的彩色图像如果用红绿蓝三基色表示，图像是一个3个2-D数组 fR(x，y)，fG(x，y)，fB(x，y)如果是多光谱图像，图像是一个n个2-D数组对于动态的连续图像，可以是一个时间序列黑白电视信号 f1(x，y)，f2(x，y)，…，fk(x，y)彩色电视信号

fRk(x，y)，fGk(x，y)，fBk(x，y)，k=1，2，…2023/9/2数字图象处理－第1章42023/9/2数字图象处理－第1章5§1.1从图象到图象工程复习[题面]可以用f(x,y)来表示：(A)一幅2-D数字图象；(B)一个在3-D空间中的客观景物的投影；(C)2-D空间XY中一个坐标点的位置；(D)在坐标点(x,y)的某种性质F的数值。[提示]注意三个符号各自的意义。[答案](A)；(B)；(D)2023/9/2数字图象处理－第1章6§1.1从图象到图象工程复习[题面]数字图象f(x,y)中的f：(A)可对应X光的强度；(B)可表示XY空间中一个坐标点的位置；(C)可对应场景中物体的辐射度；(D)可以表示照片的亮度。[提示]图象是场景的投影，f对应场景点的某种性质。[答案](A)；(C)；(D)。2023/9/2数字图象处理－第1章7§1.1从图象到图象工程图象技术和图象工程图象技术图象技术在广义上是各种与图象有关的技术的总称。主要功能/作用包括：对图象的各种加工（见下）基于加工结果的判断决策和行为规划为此进行的硬件设计及制作图象加工技术例如：图象的采集、获取、编码、存储和传输，合成和产生，显示和输出，变换、增强、恢复和重建，分割，目标的检测、表达和描述，特征的提取和测量，序列图象的校正，3-D景物的重建复原，图象数据库的建立、索引和抽取，图象的分类、表示和识别，图象模型的建立和匹配，图象和场景的解释和理解，……2023/9/2数字图象处理－第1章8§1.1从图象到图象工程图象技术应用领域示例视频通信：可视电话，电视会议，按需电视，远程教育；文字档案：文字识别，过期档案复原，邮件分捡，支票，签名辫伪，办公自动化；生物医学：红白学球计数，染色体分析、X光、CT、MRI、PET图象分析，医学手术模拟规划，远程医疗；遥感测绘：巡航导弹制导，无人驾驶飞机飞行，精确制导，矿藏勘探，资源探测，气象预报，自然灾害监测；工业生产：工业检测，工业探伤，自动生产流水线监控，移动机器人，无损探测，金相分析，印刷板质量检验，精细印刷品缺陷检测；军事公安：雷达图象分析、巡航导弹路径规划/制导，罪犯脸形合成、识别，指纹、印章的鉴定识别；交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管理。2023/9/2数字图象处理－第1章9§1.1从图象到图象工程图象工程不同层次图象技术的有机结合及应用图象工程三层次：图象处理（图象——>图象）图象分析（图象——>数据）图象理解（图象——>解释）2023/9/2数字图象处理－第1章10§1.1从图象到图象工程图象工程三层次：图象处理2023/9/2数字图象处理－第1章11§1.1从图象到图象工程图象工程三层次：图象分析椭圆：红色上部：兰色下部：绿色中部：几何体2023/9/2数字图象处理－第1章12§1.1从图象到图象工程图象工程三层次：图象理解椭圆：红色上部：兰色下部：绿色中部：几何体红色椭圆是太阳上部兰色是天空下部绿色是草地中部几何体是建筑结论：清晨的郊外§1.1从图象到图象工程图像处理的方法图像的数字化如何由一幅模拟图像获取一幅满足需求的数字图像，使图像便于计算机处理、分析图像的变换图像变换目的在于：处理问题简化、有利于特征提取、加强对图像信息的理解。2023/9/2数字图象处理－第1章13§1.1从图象到图象工程图像增强改善图像视觉效果，增强图像的有用信息，消弱噪声的干扰。图像恢复与重建恢复图像原本面貌，辐射校正、几何几何校正2023/9/2数字图象处理－第1章14§1.1从图象到图象工程图像编码压缩数据，有效传输图像分割将一幅图像划分为互不重叠的区域，为后续的图像分析做基础2023/9/2数字图象处理－第1章15§1.1从图象到图象工程二值图像形状分析腐蚀与膨胀边界与骨架提取2023/9/2数字图象处理－第1章16§1.1从图象到图象工程纹理分析空间规律性的分析图像识别图像中不同对象的分类和描述2023/9/2数字图象处理－第1章172023/9/2数字图象处理－第1章18§1.1从图象到图象工程图象工程与其他学科：图形学：原指用图形、图表、绘图等形式表达数据信息的科学，而计算机图形学研究的就是如何利用计算机技术来产生这些形式图象模式识别：试图把图象分解成可用符号较抽象地描述的类别计算机视觉：主要强调用计算机实现人的视觉功能，目前的研究内容主要与图象理解相结合2023/9/2数字图象处理－第1章19§1.2图象处理与分析系统系统的一般框图2023/9/2数字图象处理－第1章20§1.2图象处理与分析系统图象采集图象采集装置为采集数字图象，需要两种装置（器件）：对某个电磁能量谱波段（如X射线、紫外线、可见光、红外线等）敏感的物理器件，它能产生与所接受到的电磁能量成正比的（模拟）电信号；数字化器，它能将上述（模拟）电信号转化为数字（离散）的形式。图象采集设备电荷偶合器件CCD(Charge-CoupledDevice)利用电荷存储传送和读出方式工作固态阵：由感光基元构成。感光基元产生正比于光强的电压摄像机空间分辨率取决于基元排列数字化器：摄像机幅度分辨率取决于量化级数2023/9/2数字图象处理－第1章21§1.2图象处理与分析系统图象显示图象处理的结果多是供观察的图象数据⇒亮度模式显示显示设备LCD液晶显示PDP等离子显示阴极射线管（CRT)打印设备转换到幻灯片、照片或透明胶片上半调输出象素灰度⇔打印点尺寸2023/9/2数字图象处理－第1章22§1.2图象处理与分析系统半调输出举例2×2⇒5种灰度3×3⇒10种灰度抖动（dithering）技术，用随机变化掩盖虚假轮廓2023/9/2数字图象处理－第1章23§1.2图象处理与分析系统图象存储数据量度单位比特（bit），字节（byte=8bit）千字节（Kbyte）兆（106）字节（Mbyte）吉（109）字节（Gbyte）太（1012）字节（Tbyte）图象存储器处理和分析过程中使用的快速存储器计算机内存，帧缓存较快重新调用的在线或联机存储器磁盘，磁光盘不经常使用的数据库（档案库）存储器磁带，光盘，光盘塔2023/9/2数字图象处理－第1章24§1.2图象处理与分析系统图象存储格式矢量格式用线段或线段的组合体来表示图象光栅格式用许多图象点的集合来表示图象常见格式BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG格式2023/9/2数字图象处理－第1章25§1.2图象处理与分析系统BMP格式（BitMaP）：位图①位图文件头（也称表头）②位图信息（常称调色板）1:单色，4:16色，8:256色，24:真彩色③位图阵列（即图象数据）R:8bit，G:8bit，B:8bit2023/9/2数字图象处理－第1章26§1.2图象处理与分析系统GIF格式（GraphicsInterchangeFormat）8位文件格式，最多只能存储256色图象图象数据均为压缩过的（LZW算法）一个GIF文件中可以存放多幅图象，以实现网页上的动画2023/9/2数字图象处理－第1章27§1.2图象处理与分析系统TIF格式（TaggedImageFormatFile）独立于操作系统和文件系统文件可分4类：二值图象灰度图象调色板彩色图全彩色图象2023/9/2数字图象处理－第1章28§1.2图象处理与分析系统JPEG格式（JointPhotographicExpertGroup）适用于静止的灰度或彩色图象JPEG文件交换格式JFIF（fileinterchangeformat）一种使用灰度表示或者使用Y，Cb，Cr分量彩色表示的JPEG图象2023/9/2数字图象处理－第1章29§1.2图象处理与分析系统图象通信图象通信可使不同系统共享图象数据资源近程和远程图象通信(1)近程：不同设备间交换数据(2)远程：异地图象系统间交换数据数据量大，通道窄==>图象处理2023/9/2数字图象处理－第1章30§1.2图象处理与分析系统图象处理与分析对图象进行压缩编码以减少对其所需存储空间或传输时间、传输通路的要求对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果并为自动识别打基础对图象中感兴趣目标进行检测、提取以测量其参数和描述其性质，在此基础上对目标进行识别、分类，建立符号表达2023/9/2数字图象处理－第1章31§1.4授课安排课程目标介绍数字图像处理基本概念、理论和方法要求初步掌握图像处理和分析的基本算法能将所学知识综合应用于对图像信息的检测、分析、处理和控制等图象工程之中。使用教材《数字图象处理》（第二版）

【美】冈萨雷斯，电子工业出版社2007.8计划学时讲课36+课程设计先修课程数字信号处理，信号与系统，线性代数，C语言2023/9/2数字图象处理－第1章32§1.4授课安排课程实施讲授注重理论与实用结合，多媒体演示处理过程；