《数字图像处理》绪论-课件

数字图像处理

数字图像处理1第1章绪论

本章要点

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第1章绪论

本章要点数字图像处理的概念2精品资料精品资料3你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘……”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”《数字图像处理》绪论--ppt课件4第1章绪论

数字图像处理的概念图像的定义一幅图像是一种代表另一个客体（或对象）的一种写真或模拟，是一种生动的、图形化的描述。也就是说，图像是一种代表客观世界中另一物体的、生动的图形表达，它包含了描述其所代表的物体的信息。图像分类借助集合（凡具有某种特定性质的对象的总合称之为集合）的概念，图像可根据其生成方法或存在形式分成若干类。所有图像的总体可以看作客观世界的一部分，或者叫做客观世界的一个子集，而图像本身又可进一步划分为若干子集（若干类）。图像的各子集中，最重要的一个子集是可见图像子集。第1章绪论

数字图像处理的概念图像的定义5

可见图像子集包含了全部人眼可见的图像，其中不仅包括了客观存在的光学图像，而且也包括了人类用各种不同的方法人工生成的图像，即照片、图形与绘画。各种可测到的（客观存在的）物理特征量的空间分布，构成一大类图象，称为物理图像。这些物理特征量是多种多样的，它既可以包括各种波长的电磁波强度的空间分布不同所构成的图像，也包括如温度分布、压力分布、高度分布、人口密度分布等等所构成的图像。可见光学图像只是电磁波场图象中的一个子集。其余各种物理图像（均是人眼不可见的）构成了不可见物理图像子集。还应注意到，同一个空间点，可以具有多个物理特征。因此，同一对象可以有多幅图像。例如彩照（或彩色电视图像），就是每一点均在红、绿、蓝三个波段上有不同强度分布的三幅图像的合成。可见图像子集包含了全部人眼可见的图像，其中不仅包括了6

实际上，对任一个空间点，在该点可测到的物理特征都远远大于3，但这些特征中绝大部分是人眼不可见的。因此，任一对象都存在着大量的图像。图像的另一个子集是抽象的数学图像，即用数学函数代表的图像，它包括了连续型与离散型（即数字图像）两大类。在所有各类图像中，只有数字图像是可以用数字计算机直接处理的图像。计算机图像处理技术主要研究数字图像的处理。第1章绪论

数字图像处理的概念实际上，对任一个空间点，在该点可测到的物理特征都远远7第1章绪论

数字图像处理的概念图像的数学表式一幅图像可以被看成是空间各个坐标点上强度的集合。它的数学表达式的一般形式为：其中，x、y、z是空间坐标，

是波长，t是时间，I是图像点的光强度。第1章绪论

数字图像处理的概念图像的数学表式8

在数字图像处理中，一幅图像可看成是由像素矩阵中的像素（pixel）组成的，每个像素的灰度级至少要用6bit（单色图像）来表示，一般采用8bit（彩色图像），高精度的可用12bit或16bit。一般分辨率的图像像素数为256×256、512×512，高分辨率图像像素数可达1024×1024或2048×2048。例如：256×256×8=64kb512×512×8=256kb1024×1024×8=lMb2048×2048×8=4Mb

一幅X射线照片一般用64～256kb的数据量，一幅遥感图像3240×2340×4≈30Mb，大数据量给存储、传输和处理都带来巨大的困难。第1章绪论

数字图像处理的概念在数字图像处理中，一幅图像可看成是由像素矩阵中的像素9第1章绪论

数字图像处理的概念图像处理涉及的相关领域低级处理：输入输出均为图像（如图像缩放、图像平滑）中级处理：输入图像，输出提取的特征（如区域分割、边界检测）高级处理：理解识别的图像(如无人驾驶，自动机器人)

数字图像处理包括输入和输出均是图像的处理，同时也包括从图中提取特征及识别特定物体的处理。文本识别的例子第1章绪论

数字图像处理的概念图像处理涉及的相关领10第1章绪论

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第1章绪论

数字图像处理的起源与发展1.20世纪211第1章绪论

数字图像处理的起源与发展

1929年从伦敦到纽约用15级灰度设备传送的照片第1章绪论

数字图像处理的起源与发展192912第1章绪论

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分钟前摄取的图像第1章绪论

数字图像处理的起源与发展2.20世纪613第1章绪论

数字图像处理的起源与发展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图像第1章绪论

数字图像处理的起源与发展3.20世纪614第1章绪论

数字图像处理的起源与发展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5.利用图像处理技术帮助解决机器感知问题

第1章绪论

数字图像处理的起源与发展4.至今广泛15数字图像处理领域的发展方向

在该领域中需进一步研究的问题，不外乎如下五个方面：

l）在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。如在航天遥感、气象云图处理方面，巨大的数据量和处理速度仍然是主要矛盾之一;2）加强软件研究、开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法；

3）加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展。如：人的视觉特性、心理学特性等的研究如果有所突破，将对图像处理技术的发展起到极大的促进作用；

4）加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系；

5）时刻注意图像处理领域的标准化问题。图像的信息量大、数据量大，因而图像信息的建库、检索和交流是一个极严重的问题。就现有的情况看，软件、硬件种类繁多，交流和使用极为不便，这成了资源共享的严重障碍。应及早建立图像信息库，统一存放格式，建立标准子程序，统一检索方法。第1章绪论

数字图像处理的起源与发展数字图像处理领域的发展方向在该领域中需进一步研究的问16第1章绪论

数字图像处理的起源与发展图像处理技术未来发展大致可归纳为如下四点：

1）图像处理的发展将向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化方向发展。围绕着HDTV（高清晰度电视）的研制将开展实时图像处理的理论及技术研究。其中包括：提高硬件速度、提高分辨率、三维图像化、多媒体化、智能化、标准化；

2）图像、图形相结合朝着三维成像或多维成像的方向发展；

3）硬件芯片研究；

4）新理论与新算法研究在图像处理领域近年来引入了－些新的理论并提出了－些新的算法，如：Wavelet、Fractal、Morphology、遗传算法、神经网络等，其中Fractal广泛用于图像处理、图形处理、纹理分析，同时还可以用于数学、物理、生物、神经和音乐等方面，有人认为Fractal把杂乱无章、随意性很强的事物能用数学方法加以规范和描述，它在分析和描绘自然现象上具有独到之处。这些理论在未来图像处理理论与技术上的作用应给予充分的注意，并积极地加以研究。第1章绪论

数字图像处理的起源与发展图像处理技术未来17第1章绪论

数字图像处理的应用实例数字图像处理应用

图像处理技术发展到今天，许多技术已日趋成熟。在各个领域的应用取得了巨大的成功和显著的经济效益。如在工程领域、工业生产、军事、医学以及科学研究中的应用已十分普遍。通过分析资源卫星得到的照片可以获得地下矿藏资源的分布及埋藏量；利用红外线、微波遥感技术可侦查到隐蔽的军事设施；X射线CT已广泛应用于临床诊断，由于它可得到人体内部器官的断层图像，因此，可准确地确定病灶位置，为诊断和治疗疾病带来了极大的方便。至于在工业生产中的设计自动化及产品质量检验中更是大有可为。在安全保障及监控方面图像处理技术更是不可缺少的基本技术。至于在通信及多媒体技术中图像处理更是重要的关键技术。因此，图像处理技术在国计民生中的重要意义是显而易见的。正因为如此，图像的理理论和技术受到了各界的广泛重视，科学工作者经过不懈的努力，已取得了令人瞩目的成就，并正在向更加深人及更高的层次发展。第1章绪论

数字图像处理的应用实例数字图像处理应用18第1章绪论

数字图像处理的应用实例具体应用领域可粗略概括如下：物理、化学:结晶分析、谱分析；生物、医学:染色体分类、血球分类、X射线照片分析、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；经济:电子商务、身份认证、防伪；军事:军事侦察、导弹制导、电子抄盘、军事训练等；法律:指纹识别等；第1章绪论

数字图像处理的应用实例具体应用领域可粗19第1章绪论

数字图像处理的应用实例应用的典型例子有：（1）遥感：在遥感应用中，我们可以看到大量的与图像处理密切相关的技术。从世界上出现第一幅照片(1839年）、意大利人乘飞机拍摄了第一张照片(1909年）、前苏联（1957年）及美国（1958年）发射第一颗人造地球卫星等都为遥感技术的发展奠定了坚实的基础。1962年国际上正式使用遥感一词（RemoteSensing）。此后，美国相继发射多颗陆地资源探测卫星（1972年，地面分辨率59m×79m；1978年，分辨率40m×40m；1982年，分辨率30m×30m，在这颗卫星上配置了GPS系统，定位精度在地心坐标系中为10m）。遥感图像处理的用处越来越大，效率及分辨率也越来越高。如：土地测绘、资源调查、气象监测，环境污染监测、农作物估产、军事侦察等。当前，在遥感图像处理中主要解决数据量大和处理速度慢的矛盾。第1章绪论

数字图像处理的应用实例应用的典型例子有20（2）医学：图像处理在医学界的应用非常广泛，无论是在临床诊断还是病理研究都大量采用图像处理技术。它的直观、无创伤、安全方便的优点受到普遍的欢迎与接受。其主要应用如X射线照片的分析，血球计数与染色体分类等。目前广泛应用于临床诊断和治疗的各种成像技术，如超声波诊断等都用到图像处理技术。有人认为计算机图像处理在医学上应用最成功的例子就是X射线CT（X-rayComputedTomography）。1968-1972年英国的EMI公司的Hounsfeld研制了头部CT，1975年又研制了全身CT。其中主要研制者Hounsfeld（英）和Commack(美）获得了1979年的诺贝尔生理医学奖。类似的设备目前已有多种，如核磁共振CT（NMRI，NuclearMagneticResonanceImaging），电阻抗断层图像技术（EIT，ElectricalImpedanceTomography）和阻抗成像（ImpedanceImaging），这是一种利用人体组织的电特性（阻抗、导纳、介电常数）形成人体内部图像的技术。第1章绪论

数字图像处理的应用实例（2）医学：图像处理在医学界的应用非常广泛，无论是在临床诊断21第1章绪论

数字图像处理的应用实例（3）通信①电视广播：单色电视广播1925年在英国实现。1936年BBC开始电视广播。目前出现的彩色电视有三种制式，即NTSC（美国、日本等）、PAL（中国、西欧、非洲等）和SECAM（法国、俄罗斯等）。

②可视电话和会议电视：1964年美国国际博览会展出了Picture-phoneMOD-I可视电话系统，带宽为1MHz，目前的可视电话/会议电视均采用数字压缩技术，也出现了相应的国际标准。如：图像编码标准H.261、H.263等，会议电视的H.230标准，在专用通信网中用PCM一次群传输，速率为2048kb/s。桌面型系统遵循H.323标准。③传真：是把文字、图表、照片等静止图像通过光电扫描的方式变成电信号加以传送的设备。经过多年发展，传真技术不断进步，现在已有仅数秒钟就可传送一幅A4文件的传真机，分辨率高达16点／毫米。第1章绪论

数字图像处理的应用实例（3）通信22④图文电视和可视图文：图文电视（Teletext）和可视图文（Videotext）是提供可视图形文字信息的通信方式，图文电视是单向传送信息，它是在电视信号消隐期发送图文信息，用户可用电视机和专用终端收看该信息；可视图文是双向工作方式，用户可用电话向信息中心提出服务内容或从数据库中选择信息。第1章绪论

数字图像处理的应用实例④图文电视和可视图文：图文电视（Teletext）和可视图文23第1章绪论

数字图像处理的应用实例

根据信息源分类（电磁波谱）

根据光子能量排布的电磁波谱第1章绪论

数字图像处理的应用实例根据光子能量排布24第1章绪论

数字图像处理的应用实例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第1章绪论

数字图像处理的应用实例Gamma射线25第1章绪论

数字图像处理的应用实例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）天鹅星座环第1章绪论

数字图像处理的应用实例X射线（a）胸26第1章绪论

数字图像处理的应用实例紫外线成像

(a)普通谷物(b)被真菌感染的谷物(c)天鹅星座环第1章绪论

数字图像处理的应用实例紫外线成像(a)27第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段成像

第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段28第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段成像

利用可见光显微镜获取的图像(a)紫杉酚250倍(b)胆固醇40倍(c)微处理器60倍(d)镍氧化物薄片600倍(e)音乐CD表面1750倍(f)有机超导450倍第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段29第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段成像华盛顿地区的卫星图像第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段30第1章绪论

数字图像处理的应用实例

第1章绪论

数字图像处理的应用实例31第1章绪论

数字图像处理的应用实例

第1章绪论

数字图像处理的应用实例32第1章绪论

数字图像处理的应用实例

第1章绪论

数字图像处理的应用实例33第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段成像

飓风图像第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段34第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段成像

美洲的红外卫星图像第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红美洲的35第1章绪论

数字图像处理的应用实例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(f)掺杂物的目镜图像第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红利用图36第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红外波段成像

(a)指纹(b)纸币(c)牌照自动识别第1章绪论

数字图像处理的应用实例可见光与红(a)37覆盖薄保暖秋衣（可见光）半红外摄影可见光原图红外摄影覆盖薄保暖秋衣（可见光）半红外摄影可见光原图红外摄影38第1章绪论

数字图像处理的应用实例微波段成像（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第1章绪论

数字图像处理的应用实例微波段成像（39第1章绪论

数字图像处理的应用实例

第1章绪论

数字图像处理的应用实例40第1章绪论

数字图像处理的应用实例第1章绪论

数字图像处理的应用实例41第1章绪论

数字图像处理的应用实例无线电波成像

(a)膝盖(b)脊椎磁共振成像(MRI)第1章绪论

数字图像处理的应用实例无线电波成像42第1章绪论

数字图像处理的应用实例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(油、气)带第1章绪论

数字图像处理的应用实例其他图像成像方式43第1章绪论

数字图像处理的应用实例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)肌肉层有损害第1章绪论

数字图像处理的应用实例其他图像成像方式44第1章绪论

数字图像处理的应用实例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倍第1章绪论

数字图像处理的应用实例其他图像成像方式45第1章绪论

数字图像处理的应用实例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第1章绪论

数字图像处理的应用实例其他图像成像方式46天津复康路三维实景虚拟第1章绪论

数字图像处理的应用实例天津复康路三维实景虚拟第1章绪论

数字图像处理的应47计算机合成图像计算机合成图像48第1章绪论

数字图像处理的应用实例第1章绪论

数字图像处理的应用实例49第1章绪论

数字图像处理的基本步骤第1章绪论

数字图像处理的基本步骤50第1章绪论

数字图像处理的基本步骤─图像获取、表示和表现ImageAcquisitionImage,RepresentationandPresentation─图像增强ImageEnhancement

图像增强是对图像质量在一般意义上的改善。

─图像复原ImageRestoration

复原技术是已知图像品质下降的原因时，对图像进行校正。

─图像分割ImageSegmentation

把图像分成区域的过程就是图像分割。

─图像压缩ImageCompression

－彩色图像处理ColorImageProcessing─图像形态学MorphologicalProcessing

提取图像的形态分量第1章绪论

数字图像处理的基本步骤─图像获取、表51第1章绪论

数字图像处理的基本步骤

数字图像处理概括地说主要包括如下几项内容：几何处理（Geometrical

Processing），算术处理（ArithmeticProcessing），图像增强（ImageEnhancement），图像复原（ImageRestoration），图像重建（ImageReconstruction），图像编码(ImageEncoding），图像识别（ImageRecognition），图像理解（lmageUnderstanding）。（1）几何处理几何处理主要包括坐标变换，图像的放大、缩小、旋转、移动，多个图像配准，全景畸变校正，扭曲校正，周长、面积、体积计算等。第1章绪论

数字图像处理的基本步骤数字图像处52

（2）算术处理算术处理主要对图像施以＋、－、×、÷等运算，虽然该处理主要针对像素点的处理，但非常有用，如医学图像的减影处理就有显著的效果。（3）图像增强图像增强处理主要是突出图像中感兴趣的信息，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。主要方法有直方图增强、伪彩色增强法、灰度窗口等技术。（4）图像复原图像复原处理的主要目的是去除干扰和模糊，恢复图像的本来面目。典型的例子如去噪就属于复原处理。图像噪声包括随机噪声和相干噪声，随机噪声干扰表现为麻点干扰，相干噪声表现为网纹干扰。去模糊也是复原处理的任务。这些模糊来自透镜散焦，相对运动，大气湍流，以及云层遮挡等。维纳滤波、逆滤波、同态滤波等方法加以去除。（2）算术处理53（5）图像重建几何处理、图像增强、图像复原都是从图像到图像的处理，即输入的原始数据是图像，处理后输出的也是图像，而重建处理则是从数据到图像的处理。也就是说输入的是某种数据，而处理结果得到的是图像。该处理的典型应用就是CT技术。CT技术发明于1972年，早期为X射线（X-ray）CT，后来发展的有ECT、超声CT、核磁共振（NMR）等。图像重建的主要算法有代数法、迭代法、傅里叶反投影法、卷积反投影法等，其中以卷积反投影法运用最为广泛，因为它的运算量小、速度快。值得注意的是三维重建算法发展得很快，而且由于与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成三维图像，并加以光照模型和各种渲染技术，能生成各种具有强烈真实感及纯净的高质量图像。三维重建技术也是当今颇为热门的虚拟现实和科学可视化技术的基础。（5）图像重建54（6）图像编码图像编码研究属于信息论中信源编码范畴，其主要宗旨是利用图像信号的统计特性及人类视觉的生理学及心理学特性对图像信号进行高效编码，即研究数据压缩技术，以解决数据量大的矛盾。一般来说，图像编码的目的有三个：①减少数据存储量；②降低数据率以减少传输带宽；③压缩信息量，便于特征抽取，为识别作准备。就编码而言，以去除冗余为基础的编码方法称为第一代编码。如：PCM、DPCM。△M、亚取样编码法；变换编码中的DFT、DCT、Walsh-Hadamard变换等方法以及以此为基础的混合编码法均属于经典的第一代编码法。而第二代编码方法多是20世纪80年代以后提出的新的编码方法，如金字塔编码法，Fractal编码、基于神经元网络的编码方法、小波变换编码法、模型基编码法等，现代编码法的特点是：①充分考虑人的视觉特性；②恰当地考虑对图像信号的分解与表述；③采用图像的合成与识别方案压缩数据率。（6）图像编码55（7）模式识别模式识别是数字图像处理的又一研究领域。当今，模式识别方法大致有三种，即：统计识别法、句法结构模式识别法、模糊识别法。统计识别法侧重于特征，句法结构识别侧重于结构和基元，模糊识别法是把模糊数学的一些概念和理论用于识别处理。在模糊识别处理中充分考虑人的主观概率，同时也考虑了人的非逻辑思维方法及人的生理、心理反映，这一独特性的识别方法目前正