数字图像处理 绪论

数字图像处理

DigitalImageProcessing联系方式研究方向：虚拟现实、图形图像个人邮箱lindazsj@163.com公共邮箱teachlearn@163.com

psw:teacher（课件、学习资料）办公地点：弘毅楼C-501虚拟现实实验室现在的状态第3页第1章绪论噢噢噢噢

大三了!&%?^o…——快毕业了——考研？

——工作？故事一个喝父母血的人农民陈帮顺有三个儿子，只有大儿子陈小良考上了大学。为了供小良完成学业，年近50的陈帮顺和体弱的老伴不得不卖血换钱，连续4年，卖出的血量能装满两个汽油桶。然而，明知父母艰辛的陈小良自从读大学后4年都没回家，整日沉迷于网吧，荒废了学业，直到被学校退学。第4页第1章绪论你在哪里这个事情在2002年5月30日在中央电视台的“聊天”节目播出，在节目现场当陈帮顺含泪呼唤儿子时，观众无不为之动容，而作为当事人的小良竟然对事后千辛万苦找到他的央视记者说：“我爸在电视台这么说我，他有病，他是一个残酷无情的人。”到底谁是那个残酷无情的人？！学会感恩，为自己负责任，也为家人负责第5页第1章绪论你在做什么第6页第1章绪论千里之行，始于足下进入课程第7页第1章绪论课程介绍课程名称数字图像处理：DigitalImageProcessing计算机图像处理：ComputerImageProcessing图形图像处理（范围大，一般作为研究方向）教材《图像处理和分析教程》章毓晋.人民邮电出版社，

2009年11月第1版第8页第1章绪论课程介绍主要参考书《DigitalImageProcessing,SecondEdition》RafaelC.Gonzalez,RichardE.Woods,2002《数字图像处理（第二版）》冈萨雷斯等著，阮秋琦等译.电子工业出版社，2007课程介绍先修课程（教材P18）数学：线性代数，概率论计算机科学：软件编程（C++，Matlab）电子学：信号处理，电路原理图像技术数学、计算机的应用领域图像信号可看作1-D信号的推广第9页第1章绪论第10页第1章绪论课程介绍课程安排专业必修课（侧重实用）课堂授课：32学时实验编程：16学时（VC++，OpenCV）考核方式平时成绩（30%）：

考勤（提问）+作业+实验报告期末考试（70%）：闭卷第11页第1章绪论课程介绍学习要求一本教材一支笔（课上笔记）一个作业本（课下习题）一个电子文件夹（ppt；实验资料；编程）学习热情克服畏难情绪第12页第12页思考什么是图像什么是数字图像什么是数字图像处理学DIP有什么用第1章绪论第13页第1章绪论一幅图像胜过千言万语！第14页第1章绪论视觉重要？古语百闻不如一见一目了然眼见为实，耳听为虚人类信息的主要传递手段视觉，听觉，味觉，触觉等视觉占75％以上人机交互目前主要方法：字符、图形计算机接收信息手段单一（键盘，鼠标）多通道（视觉、听觉、力触觉……）第15页第1章绪论图像处理应用两大应用需求对图像信息的改进机器自动理解：使计算机具有视觉提取人脸，为进行人脸识别第16页第1章绪论图像处理应用航空航天登月、火星照片处理1969-1972年，6次登月成功第17页第1章绪论图像处理应用军事公安导弹制导侦察照片的处理指纹识别、人脸识别车牌自动识别第18页第1章绪论图像处理应用第19页第1章绪论工业及实际应用需求图像处理应用第20页第20页图像处理应用第1章绪论第21页第21页图像处理应用第1章绪论第22页第1章绪论图像处理应用文化艺术电视画面的数字编辑动画制作游戏纺织工艺品设计发型设计文物资料图片的修复其他第23页第23页课程目标课程目标1.掌握图像、数字图像、数字图像处理等基本概念及DIP各术语的含义2.掌握典型的DIP方法，建立解决DIP问题的基本思路和框架3.学会应用OpenCV（或Matlab）开发DIP相关工程第1章绪论实验软件演示第24页第1章绪论第1章绪论1.1 图像及应用1.2 图像工程概述1.3 图像表示和显示1.4 图像存储与格式第25页第1章绪论第1章绪论本章教学重点和要求重点（1）图像和像素的表示（2）不同类型的图像要求（1）了解不同波段的图像（2）理解图像工程的三个层次（3）掌握几种常见的图像文件格式1.1图像及应用图像：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。可以看作是对物体或场景的一种表现形式图像（广义/抽象）

图像（狭义/具体）第26页第1章绪论1.1图像及应用人类的感知只限于电磁波谱的视觉波段成像机器则可以覆盖几乎所有电磁波段，从伽马射线到无线电波。可见光谱的波长范围：400～700nm第27页第1章绪论1.1图像及应用不同波段的图像1、宇宙

射线图像2、X射线图像3、紫外线图像4、可见光图像5、红外线图像6、无线电波图像7、交流电波图像第28页第1章绪论4.不同光照图像1.

射线成像PET(PositronEmissionTomography)，正电子发射断层扫描第29页第1章绪论1.1图像及应用

(左图)伽马射线骨骼扫描图像，用于定位诊断位置(感染、癌变)(右图)显示在头部和肺部有癌变（白点部位）1.

射线成像PET(PositronEmissionTomography)，正电子发射断层扫描PET原理：给病人注射放射性同位素，同位素衰变时发射出正电子。当正负电子相遇时，两者消失，产生两束伽马射线。用伽马射线检测器收集到放射线，然后利用断层技术的基本原理重建断层图像。第30页第1章绪论1.1图像及应用1.

射线成像：天文学第31页第1章绪论1.1图像及应用(左图)由物体自然辐射得到的天鹅星座环气体云图像(右图)核反应堆中电子真空管发出的伽马辐射图像2.X射线成像1895年伦琴发现X射线，获诺贝尔物理学奖主要用于医学诊断、工业和天文学中第32页第1章绪论(a)SARS胸片

(b)常人胸部X射线图像1.1图像及应用1979年诺贝尔医学奖：利用X射线发明CAT（ComputerizedAxialtomography,计算机化X射线轴向分层造影）技术，简称CT（计算机断层扫描)3D图像：不同角度的大量切片组合在一起

（右为脑CT图）第33页第1章绪论1.1图像及应用3.紫外线成像第34页第1章绪论1.1图像及应用（左）普通谷物（右）被真菌感染了的谷物4.可见光成像电磁波谱中可见光波段在所有波段中是我们最熟悉的，这一波段成像应用领域远远超过其它波段。应用：光显微镜、天文学、遥感、工业和法律强制实施上的应用光显微镜：从药物到材料特性的显微检测。第35页第1章绪论1.1图像及应用4.可见光成像第36页第1章绪论1.1图像及应用可见光显微镜图像示例(a)紫杉酚(抗癌剂，250倍)(b)胆固醇(40倍)(c)微处理器(60倍)(d)镍氢化物薄片(600倍)(e)音频CD表面（1750倍）(f)有机超导(450倍)5.红外线成像第37页第1章绪论1.1图像及应用北美洲夜景红外卫星图像5.红外线成像第38页第1章绪论1.1图像及应用全球夜景红外卫星图像第39页第1章绪论1.1图像及应用6.无线电波成像用于MRI（MagneticResonanceImaging，磁共振成像）人的MRI图像(膝盖和颈椎)1.1图像及应用图像类型：

{广义}

图片，动画，绘图，文字/档，... {狭义}

单幅

序列图像，... 静止

运动图像（视频），... 2-D

3-D，彩色，立体对， 多光谱，多视场图像，...

灰度

深度，纹理图像，...第40页第1章绪论1.1图像及应用不同类型的图像1、3-D图像（2D叠加） 6、深度图像2、彩色图像 7、纹理图像

3、多光谱图像 8、投影重建图像

4、立体图像（双目）9、合成图像

5、序列图像第41页第1章绪论彩色图像及其三个分量图第42页第1章绪论1.1图像及应用3.多光谱图像：航空航天飞机遥感、卫星遥感雷达、卫星、摄像机等遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段第43页第1章绪论1.1图像及应用航空航天气象预报安德鲁飓风的多光谱图像第44页第1章绪论第1章绪论1.1 图像及应用1.2 图像工程概述1.3 图像表示和显示1.4 图像存储与格式第45页第1章绪论1.2图像工程概述图像工程：不同层次图像技术的有机结合及应用图像工程三层次：图像处理（图像—>图像）图像分析（图像—>数据）图像理解（图像—>解释）

第46页第1章绪论1.2图像工程概述数字图像处理图像处理：输入输出都是图像，涉及基本操作，如降低噪声的图像预处理、对比度增强和图像锐化（图像）图像分析：图像分割及目标的描述，输出是目标的特征数据（特征）图像理解：目标物体及相互关系的理解，输出是更抽象的数据（语义）本课程内容：图像处理和分析例：P20习题1.3第47页第1章绪论1.2图像工程概述图像工程的三个层次图像处理、图像分析和图像理解

第48页第1章绪论1.2图像工程概述相关学科计算机 图形学、模式识别、计算机视觉

第49页第1章绪论1.2图像工程概述DIP学科发展史-最早可追溯到20世纪20年代电报打印机-20世纪60年代以后才逐渐发展起来（被电子计算机的诞生和发展带动）DIP学科特点：

-广：多学科交叉，内容繁杂

-新：仍然处于研究ing（变化中）

-深：研究性强，部分内容有难度本课程强调基础应用。

第50页第1章绪论第1章绪论1.1 图像及应用1.2 图像工程概述1.3 图像表示和显示1.4 图像存储与格式1.3图像表示和显示图像：二维函数f(x,y)2-D数组

x，

y：2-D空间XY中坐标点的位置

f：代表图像在点(x,y)的某种性质F的数值

f，x，y的值可以是任意实数

性质F

:可对应不同物理量。 灰度图像里用灰度表示第51页第1章绪论1.3图像表示和显示数字图像数字化：对x，y和f在整数空间进行离散化数字图像（DigitalImage）坐标x,y和幅值

f均为有限的离散数值的图像数字图像中f，x，y的取值范围是_________。第52页第1章绪论整数集合1.3图像表示和显示屏幕坐标系与图像坐标系第53页第1章绪论1.3图像表示和显示图像的基本单元称为图像元素，简称像素。数字图像是由像素(pixel)组成的，

每个像素都具有特定的位置和幅值。第54页第1章绪论1.3图像表示和显示像素也可用f(x,y)来表示此时，(x,y)表示某个像素的空间位置，

而f则表示该像素的灰度数值。图像的矩阵表示

图像的矢量表示

第55页第1章绪论1.3图像表示和显示图像显示 将图像数据以2-D图形式（亮度模式的空间排列，在空间(x,y)处显示对应f的亮度）展示出来。 可以显示图像的设备有许多种： 电视显示器 阴极射线管（CRT）、LCD

各种打印设备第56页第1章绪论第57页第1章绪论第1章绪论1.1 图像及应用1.2 图像工程概述1.3 图像表示和显示1.4 图像存储与格式1.4图像存储与格式图像存储：同一般数据的存储器件图像文件格式

(1)

BMP格式：Windows系统用的位图文件

(2)

GIF格式：可存放多幅图像（动画）

(3)

TIF(F)格式：独立于OS和FS，便于交换

(4)

JPEG格式：压缩标准

第58页第1章绪论1.4图像存储与格式1.BMP（BitMap）位图文件

第59页第1章绪论文件头位图信息（调色板）图像数据(位图阵列)文件类型、大小、位图阵列的起始位置等图像分辨率、每个像素的位数原始图像中每个像素的值，从左下角开始，从左到右，从下到上依次排列扫描1.4图像存储与格式1.BMP（BitMap）位图文件扩展名.bmp位图文件头（表头）：54个字节位图信息（调色板）：每个像素的位数

1:二值图4:16色8:256色24:真彩色位图阵列（即图像数据）

存储每个像素的值

第6