数字图像处理1

数字图像处理王锋办公室：6309Cellphonemail：wfmail@PulicEmail：dipcourse@163.comPassword:imageprocessing

主要参考书

1、R.C.Gonzalez,R.E.Woods。数字图像处理（第二版）。电子工业出版社，2006。

2、R.C.Gonzalez,R.E.Woods,S.L.Eddins。数字图像处理（Matlab版）。电子工业出版社，2006。

3、章毓晋。图像处理与分析。清华大学出版社，2000。

4、章毓晋。图象分割。科学出版社，2001。

5、KennethR.Castleman著，朱志刚、林学訚yín

、石定机等译，数字图像处理，电子工业出版社，2002年

主要学习内容及学时安排

1、绪言、基本原理2学时

2、亮度变换与空间滤波

4学时

3、频域处理

4学时

4、

图像复原

4学时

5、

彩色图像处理4学时

6、图像压缩

2学时

7、

形态学图像处理

2学时

8、图像分割4学时

9、课内实验16学时

成绩评定

1、平时成绩40分，其中：实验20分，作业10分，考勤10分。

2、期末考试(初定大作业）60分。1、绪言、数字图像处理基础

概述

概念：图像、数字图像、像素

数字图像处理的起源

数字图像处理的应用领域数字图像处理研究的基本内容数字图像处理的三个层次

基本数字图像处理系统的结构

基础知识

图像的采样和量化

数字图像的表示

数字图像的质量人类传递信息的主要媒介是语音和图像。据统计，在人类接受的信息中，听觉信息占20％，视觉信息占60％，其他如味觉、触觉、嗅觉总起来不过占20％。所以，作为传递信息的重要媒体和手段－--图像信息是十分重要的，俗话说“百闻不如一见”。定义为二维函数f(x,y),其中，x,y是空间坐标，f(x,y)是点（x,y）的幅值灰度图像是一个二维灰度（或亮度）函数f(x,y)彩色图像由三个（如RGB,HSV）二维灰度（或亮度）函数f(x,y)组成什么是图像？

像素组成的二维排列，可以用矩阵表示对于单色（灰度）图像而言，每个像素的亮度用一个数值来表示，通常数值范围在0到255之间，0表示黑、255表示白，其它值表示处于黑白之间的灰度彩色图像可以用红、绿、蓝三元组的二维矩阵来表示。通常，三元组的每个数值也是在0到255之间，0表示相应的基色在该像素中没有，而255则代表相应的基色在该像素中取得最大值什么是数字图像？灰度图像(128x128)及其对应的数值矩阵（仅列出一部分(26x31)）彩色图像(128x128)及其对应的数值矩阵（仅列出一部分(25x31)）数字图像的像素表示什么是像素？数字图像由二维的元素组成，每一个元素具有一个特定的位置（x,y）和幅值f(x,y),这些元素就称为像素

人类分析

图像在传输过程后的更好复原空间应用：图像增强、图像复原医学图像……

作用：通过图像增强、图像复原等技术，增强或复原模糊或损毁的图像

机器感知

自动字符识别OCR

人脸识别指纹识别，生物特征识别……数字图像处理的起源图像处理技术的最早应用当属遥感与医学领域。从世界上出现第一幅照片（1839年）及意大利人乘飞机拍摄了第一张照片（1909年）通常被认为是遥感技术的起源，也是图像处理技术的兴起。路易斯·达意尔出生于一七八八年，是一位画家兼舞台布景设计师，他三十四岁时，开办了一个小剧场。他为了设计光学布景，制作了一个小木匣子，一端开有小孔，通过太阳光的照射，风景画就能反映到墙上或幕布上。后来他又发现了「暗箱式万花筒」装上镜头和反射镜，使幕布上的布景更加逼真动人。有一天，达意尔正要让一张薄片能感光时，不料乌云密布，遮住了阳光，他只好把这张感光不足的薄片放在化学品柜子里。三天后，他从柜子里取出薄片时，发现上面的风景非常的清晰。经过各种试验，终于诞生了世界上第一张光学照片。这张照片此前一直被认为是“现代摄影术之父”威廉•亨利•福克斯•塔尔博特在1835年拍摄的。当时摄影师将树叶放在一张感光纸上，随后将感光纸拿到阳光下曝光，最终，感光纸上清晰地显示出一个和树叶大小相同的图片，并且图片中树叶的脉络清晰可见。在摄影专家眼中，它却是无价之宝，因为它被认为是世界上第一张照片在医学领域中利用图像进行直观诊断可追溯至1895年X射线的发现。德国维尔茨堡大学校长兼物理研究所所长伦琴教授（1845～1923年），在他从事阴极射线的研究时，发现了X射线。

他偶然发现X射线可以穿透肌肉照出手骨轮廓，他为夫人拍摄的手部图像是第一张具有历史意义的图像。后来在医学领域发挥了巨大作用，同时也促进了图像技术的发展。数字图像处理的历史可追溯至二十世纪二十年代。最早应用之一是在报纸业，当时，引入巴特兰电缆图片传输系统，图像第一次通过海底电缆横跨大西洋从伦敦送往纽约传送一幅图片。

为了用电缆传输图片，首先进行编码，然后在接收端用特殊的打印设备重现该图片。按照1929年的技术水平，如果不压缩，需要一个多星期，压缩后传输时间减少到3个小时。1929年通过海底电缆从伦敦到纽约传输的一幅照片1921年经编码后用电报打印机打印的图像1922年两次通过大西洋后打印的数字图像

数字图像处理的历史与数字计算机的发展紧密相连。事实上，数字图像要求如此之大的存储和计算能力，以致于在图像处理中必须依靠数字计算机及包括数据存储及传输方面的支撑技术的发展。

第一台能够进行图像处理的大型计算机出现在20世纪60年代。数字图像处理的起源可追溯至利用这些大型机开始的空间研究项目，可以说大型计算机与空间研究项目是数字图像处理发展的原动力。数字图像处理的应用领域

传统领域医学、空间应用、地理学、生物学、军事……

最新领域数码相机(DC)、数码摄像机(DV)

指纹识别、人脸识别互联网、视频、多媒体等基于内容的图像检索、视频检索、多媒体检索水印、游戏、电影特技、虚拟现实、电子商务等数字图像处理的应用无处不在

数字图像处理的应用越来越广。它的应用已渗透到了工程、工业、医疗保健、航空航天，军事、科研、安全保卫等各个方面，在国计民生及国民经济中发挥越来越大的作用。

学科 应用内容

物理、化学 结晶分析、谱分析

生物、医学 细胞分析、染色体分类、血球分类、X光照片分析、CT

环境保护 水质及大气污染调查 地质 资源勘探、地图绘制、GIS

农林

植被分布调查、农作物估产

海洋

鱼群探查、海洋污染监测

水利

河流分布、水利及水害调查

气象

云图分析等

通信

传真、电视、多媒体通信 工业、交通工业探伤、铁路选线、机器人、产品质量监测 图像处理用于空间探索图像处理用于空间探索

与空间应用同时，数字图像处理技术在20世纪60年代末和70年代初开始用于医学图像、地球遥感监测和天文学领域。早在20世纪70年代计算机轴向断层(CAT)、简称计算机断层(CT)是图像处理在医学诊断应用中最重要的事件之一。

计算机断层是一种处理方法，在这种处理中，一个检测器环围绕着一个物体(或病人)，一个X射线源，带有检测器的同心圆绕着物体旋转，X射线通过物体并由位于环上对面的相应的检测器收集起来，然后用特定的重建算法重建通过物体的“切片”的图像，红外图象MRI成像正电子发射计算机断层扫描

PETPET-CT图示PETPET-CT图示PETPET-CT图示PETPET-CT图示PETPET-CT图示PETPET与CTScansshowinglungcancer(brightspotinthechest).Atleft-CTscan;center-PETscan;right-combinedCT-PETscan.PET的临床应用－癌症

X-Ray

这些切片组成了物体内部的再现图像。断层技术是GodfreyN.Hounsfiela和AllanM.Cormack教授分别发明的，他们共同获得1979年诺贝尔医学奖。

从20世纪60年代至今，数字图像处理技术发展迅速，目前已成为工程学、计算机科学、信息科学、统计学、物理、化学、生物学、医学甚至社会科学等领域中各学科之间学习和研究的对象。如今图像处理技术已给人类带来了巨大的经济和社会效益。不久地将来它不仅在理论上会有更深入的发展，在应用上亦是科学研究、社会生产乃至人类生活中不可缺少的强有力的工具。气象预报气象云图气象预报计算机合成图像

计算机合成图像

广告设计娱乐军事应用目标跟踪军事应用隐形飞机、定位轰炸工业生产的质量控制工业生产的质量控制身份认证数字图像处理研究的基本内容1图像获取举例：摄像机+图像采集卡、数码相机等。对象物光摄像单元A/D转换单元计算机2图像增强

显示图像中被模糊的细节，或是突出图像中感兴趣的特征。3图像复原以图像退化的数学模型为基础，来改善图像质量。4图像压缩减小图像的存储量，或者在图像传输时降低带宽。复原图原图信噪比：66.02压缩比:11.83:15图像分割将一幅图像划分为几个组成部分或分割出目标物体。6表达与描述图像分割后，输出分割标记或目标特征参数。7目标识别把目标进行分类的过程。8彩色图像处理9形态学处理利用数学形态学对图像进行处理。膨胀操作实例低级图像处理实例（图像增强）数字图像处理的三个层次

中级图像处理

内容：主要对图象中感兴趣的目标进行检测（或分割）和测量，以获得它们的客观信息从而建立对图象的描述。

特点：输入是图象，输出是数据。

中级图像处理实例（图像分割）

高级图像处理内容：在中级图像处理的基础上，进一步研究图象中各目标的性质和它们之间相互的联系，并得出对图象内容含义的理解（对象识别）及对原来客观场景的解释（计算机视觉），从而指导和规划行动。

特点：以客观世界为中心，借助知识、经验等来把握整个客观世界。“输入是数据，输出是理解”

高级图像处理实例（图像识别）

白种人的虹膜虹膜诊断（Iridology）

黄种人的虹膜基本数字图像处理系统的结构图象处理与分析系统图象输出系统图象输入系统图像存储系统通信图像的采样和量化图像信号的数字化:--“三部曲”

连续（模拟）图像

离散（数字）图像取样－－图像在空间上的离散化的过程量化－－取样点灰度值的离散化的过程标量量化均匀量化非均匀量化矢量量化编码－－用二进制数来表示量化后样值的过