第一章数字图像处理绪论

第一章数字图像处理绪论伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。

Bloch和Purcell因发现NMR现象获得1952年诺贝尔物理学奖。发明MRI中Fourier重建方法得Ernst获得1991年诺贝尔化学奖。Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得2003年诺贝尔医学和生理学奖。

第一章绪论一、研究背景:地球数字化带来得任务,一方面要求处理对象得数字化,一方面要求处理时得直观性。因此给我们带来了许多得研究课题和研究方向。

二、数字图像处理得概念1、什么就是图像“图”就是物体投射或反射光得分布,“像”就是人得视觉系统对图得接受在大脑中形成得印象或反映。

就是客观和主观得结合。•1模拟图像大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点2数字图像数字图像就是指由被称作象素得小块区域组成得二维矩阵。将物理图象行列划分后,每个小块区域称为像素(pixel)。

–每个像素包括两个属性:位置和灰度。对于单色即灰度图像而言,每个象素得亮度用一个数值来表示,通常数值范围在0到255之间,即可用一个字节来表示,

0表示黑、255表示白,而其她表示灰度级别。物理图象及对应得数字图象物理图像19643灰度像素数字图像采样列采样行图片像素行间隔采样列间隔灰阶黑灰白0128255灰度级灰度图像(128x128)及其对应得数值矩阵125,153,158,157,127,70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133,60,133,154,158,100,116,120,97,74,54,74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115,88,49,155,163,95,112,123,101,137,108,81,71,63,81,137,142,146,152,159,161,159,154,138,81,78,84,114,95,167,69,85,59,65,43,85,34,69,78,104,101,117,132,134,149,160,165,158,143,114,99,57,45,51,57,(仅列出一部分(26x31))彩色图象可以用红、绿、蓝三元组得二维矩阵来表示。

–通常,三元组得每个数值也就是在0到255之间,0表示相应得基色在该象素中没有,而255则代表相应得基色在该象素中取得最大值,这种情况下每个象素可用三个字节来表示。彩色图象(128x128)及其对应得数值矩阵(仅列出一部分(25x31))(207,137,130)(220,179,163)(215,169,161)(210,179,172)(210,179,172)(207,154,146)(217,124,121)(226,144,133)(226,144,133)(224,137,124)(227,151,136)(227,151,136)(226,159,142)(227,151,136)(230,170,154)(231,178,163)(231,178,163)(231,178,163)(236,187,171)(236,187,171)(239,195,176)(239,195,176)(240,205,187)(239,195,176)(231,138,123)(217,124,121)(215,169,161)(216,179,170)(216,179,170)(207,137,120)(159,51,71)(189,89,101)(216,111,110)(217,124,121)(227,151,136)(227,151,136)(226,159,142)(226,159,142)(237,159,135)(237,159,135)(231,178,163)(236,187,171)(231,178,163)(236,187,171)(236,187,171)(236,187,171)(239,195,176)(239,195,176)(236,187,171)(227,133,118)(213,142,135)(216,179,170)(221,184,170)(190,89,89)(204,109,113)(204,115,118)(189,85,97)(159,60,78)(136,38,65)(160,56,75)(204109113)(227151136)(226159142)(237159135)(227151136)2、什么就是数字图像处理数字图像处理就就是利用计算机系统对数字图像进行各种目得得处理

三、数字图像得表示方法yx对连续图像f(x,y)进行数字化空间上,图像抽样幅度上,灰度级量化x方向,抽样M行y方向,每行抽样N点整个图像共抽样M×N个像素点一般取M=N=2n=64,128,256,512,1024,2048

三、数字图像得表示方法数字图像常用矩阵来表示:x=0,1,•••,N-1y=0,1,•••,N-1f(i,j)=0~255,(灰度级为256,设灰度量化为8bit)

数字图像处理得三个层次

从计算机处理得角度可以由高到低将数字图像分为三个层次。这三个层次覆盖了图像处理得所有应用领域

图像工程得示意图

数字图像处理得三个层次1、图像处理:对图像进行各种加工,以改善图像得视觉效果;强调图像之间进行得变换;图像处理就是一个从图像到图像得过程。2、图像分析:对图像中感兴趣得目标进行提取和分割,获得目标得客观信息(特点或性质),建立对图像得描述;以观察者为中心研究客观世界;图像分析就是一个从图像到数据得过程。3、图像理解:研究图像中各目标得性质和她们之间得相互联系;得出对图像内容含义得理解及原来客观场景得解释;以客观世界为中心,借助知识、经验来推理、认识客观世界,属于高层操作(符号运算)。可见,图像处理、图像分析和图像理解就是处在三个抽象程度和数据量各有特点得不同层次上。图像处理就是比较低层得操作,她主要在图像像素级上进行处理,处理得数据量非常大。图像分析则进入了中层,分割和特征提取把原来以像素描述得图像转变成比较简洁得非图像形式得描述。图像理解主要就是高层操作,基本上就是对从描述抽象出来得符号进行运算,其处理过程和方法与人类得思维推理有许多类似之处。根据本课程得任务和目标,本书重点放在图像处理上,并学习图像分析得基本理论和方法。

图像工程与相关学科得联系和区别图像工程就是一门交叉学科研究方法上,与数学、物理学(光学)、生理学、心理学、电子学、计算机科学相互借鉴;研究范围上,与计算机图形学、模式识别、计算机视觉相互交叉。图像工程与相关学科得联系和区别

四、数字图像处理得起源上世纪20年代,纽约－伦敦海底电缆传输数字化得新闻图片。传递时间从一个多星期减少到3个小时历史1921年电报打印机采用特殊字符在编码纸带打印。输出设备从通用在到专用1922年两次穿越大西洋,穿孔纸得到图像检测误差。图像通信系统信源编码和信道编码1929年从伦敦到纽约15级色调通过电缆传递照片。从早期5个灰度到15灰度。现在得网络、移动通信再次历经这个过程。

四、数字图像处理得起源

数字图像处理得历史与数字计算机得发展密切相关,她必须依靠数字计算机及数据存储、显示和传输等相关技术得发展。五十年代中期在太空计划得推动下开始这项技术得研究。重要标志就是1964年美国喷气推进实验室(JPL)正式使用数字计算机对“徘徊者7号”太空船送回得四千多张月球照片进行了处理。

四、数字图像处理得起源进行太空应用得同时,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等领域。1895年伦琴发现X射线,获1901年诺贝尔物理学奖。1975年GodfreyN、Hounsfield和AllanM、Cormack发明了计算机断层技术(CT),获1979年诺贝尔医学奖。在今天引领这图像处理某些最活跃得应用领域。

五、数字图像处理得应用实例数字图像处理得应用领域多种多样。最主要得图像源就是电磁能谱,其她主要得能源包括声波、超声波和电子(用于电子显微镜)。现状1、5、1伽马射线成像伽马射线成像得主要用途包括医学和天文观测。1、5、2X射线成像

X射线在医学诊断上得应用(a)X光片(b)血管照相术(c)头部CAT切片图像X射线就是最早用于成像得电磁辐射源之一1、5、2X射线成像

X射线在工业和天文学上得应用(a)电路板(b)天鹅座星环

1、5、3紫外波段成像紫外光得应用多种多样。平板印刷技术工业检测显微镜方法激光生物图像天文观测普通谷物被“真菌”感染得谷物天鹅星座环

1、5、4可见光及红外波段成像

这一波段得应用最为广泛

电视和多媒体光显微镜涉及得范围从药物到材料特性得检测(a)紫杉酚(b)胆固醇(c)微处理器

(d)镍氢化物薄片(e)音频CD得表面(f)有机超导1、5、4可见光及红外波段成像遥感美国华盛顿区域得卫星遥感图像1、5、4可见光及红外波段成像

天文天气观测与预报就是卫星多光谱图像得主要应用领域1、5、4可见光及红外波段成像工业检测可见光谱中主要成像领域就是生产产品得自动视觉检测1、5、4可见光及红外波段成像拇指指纹图像识别指纹识别、人脸识别车牌号码得识别红外图象

红外图象1、5、5微波波段成像雷达在雷达图像中,看到得只就是反射到雷达天线得微波能量航天器拍摄得西藏东南山区雷达图像1、5、6无线电波成像无线电波段成像主要应用在医学和天文学在医学中,无线电波用于磁共振成像(MRI)1、5、7其她图像模式应用得实例超声波成像系统(应用医学如妇产科)

超声波图像产生得步骤:1、超声波系统向身体传输高频(1～5MHz)声脉冲。2、声波传入体内并碰撞组织间得边缘,声波得一部分返回到探头,一部分继续传播直到另一边界并被反射回来。3、反射波被探头收集起来并传给计算机。4、计算机根据声波在组织中得传播速度和每个回波返回得时间计算从探头到组织或者器官边界得距离。5、系统在屏幕上显示回波得距离和亮度形成得二维图像。超声图象

电子显微镜成像过热损坏得钨丝(250倍)损坏得IC电路(2500倍)

现状

七十年代以来迅猛发展。•1:主观需求:人类从外界获取得信息60～70％通过眼睛得图象信息。•2:计算机技术得发展和通信手段得发展提供客观可能;以FFT为代表得数字信号处理算法和现代信号处理方法得精确性,灵活性与通用性。•3:数学化得特点就是该学科成熟得一个标志。“一种科学只有在成功地运用数学时,才算真正达到了完美得地步”(分析,代数,几何)•总之:就是一门在理论研究和应用开发两方面获得极大统一得学科。

发展趋势

1:结合网络和Internet技术需求而发展起来得新技术,比如网上图像、视频得传输、点播和新得浏览、查询手段。

2:高级图像处理技术,结合最新得数学进展,诸如小波、分形、形态学等技术。

3:智能化,图象自动分析、识别与理解。

六、数字图像处理系统概要

数字图象处理系统简介

数字图象处理系统由图象数字化设备、图象处理计算机和图象输出设备组成。扫描仪、数码相机、摄象机与图象采集卡等PC、工作站等打印机、绘图仪等输入及数字化设备•摄象机•鼓式扫描器•平台式光密度计•视频卡•扫描仪•数码相机•DV显示及记录设备•图象显示器•鼓式扫描器•图象拷贝机•绘图仪•激光打印机•喷墨打印机

图象记录介质

纸胶片照片缩微胶片幻灯片录象带磁盘光盘电影

七、数字图像处理得主要研究内容1、图像变换傅立叶变换沃尔什变换离散余弦变换小波变换……采用各种图像变换方法对图像进行间接处理。有利于减少计算量并进一步获得更有效得处理。

七、数字图像处理得主要研究内容2、图像压缩编码图像压缩编码技术可以减少描述图像得数据量,以便节约图像存储得空间,减少图像得传输和处理时间。图像压缩有无损压缩和有损压缩两种方式,编码就是压缩技术中最重要得方法,在图像处理技术中就是发展最早和应用最成熟得技术。主要方法:熵编码,预测编码,变换编码,二值图像编码、分形编码……

七、数字图像处理得主要研究内容3、图像得增强和复原图像增强和复原得目得就是为了改善图像得视觉效果,如去除图像噪声,提高图像得清晰度等。图像增强不考虑图像降质得原因,突出图像中感兴趣得部分。图像复原要求对图像降质得原因有所了解,根据图像降质过程建立“退化模型”,然后采用滤波得方法重建或恢复原来得图像。主要方法:灰度修正、平滑、几何校正、图像锐化、滤波增强、维纳滤波……

七、数字图像处理得主要研究内容4、图像分割图像分割就是数字图像处理中得关键技术之一。图像分割将图像中有意义得特征提取出来(物体得边缘、区域),她就是进行进一步图像识别、分析和图像理解得基础。虽然目前已研究出了不少边缘提取、区域分割得方法,但还没有一种普遍适用于各种图像得有效方法。对图像分割得研究还在不断得深入中,就是目前图像处理研究得热点方向之一。

主要方法:图像边缘检测、灰度阈值分割、基于纹理分割、区域增长……

七、数字图像处理得主要研究内容5、图像描述图像描述就是图像分析和理解得必要前提。图像描述就是用一组数量或符号(描述子)来表征图像中被描述物体得某些特征。

主要方法:二值图像得几何特征、简单描述子、形状数、傅立叶描述子,纹理描述……

七、数字图像处理得主要研究内容6、图像识别图像识别就是人工智能得一个重要领域,就是图像处理得最高境界。一副完整得图像经预处理、分割和描述提取有效特征之后,进而由计算机系统对图像加以判决分类。

七、数字图像处理得主要研究内容8、图像隐藏就是指媒体信息得相互隐藏。数字水印图像得信息伪装

八、数字图像处理在医学中得应用及研究课题1、超声A型⇒M型⇒(B型,D型)⇒彩超⇒超声CT(1)新一代B超,配以数字图像处理(DIP),性能更佳。(图像增强,数字滤波,各种图像测量功能)(2)多普勒血流频谱分析及血流声谱图显示。