《现代图像分析》课件第1章

1.1从图像处理到图像分析1.2图像分析及其应用1.3本书的安排和简介

1.1.1景物和图像

通常人眼所看到的客观存在的世界称为景象。当我们从某一点观察某一景象时，物体所发出的光线或者物体所反射或透射的光线进入人眼，在人的视网膜上成像。

在图像发展史上，三张具有里程碑意义的照片如图1.1.1所示。1.1从图像处理到图像分析图1.1.1三张具有里程碑意义的照片图像随着科学技术的不断发展，人类不仅能够获得并记录那些人眼可见的图像信息，即可见光范围内的图像，而且可以获得许多在通常情况下人眼无法看到的图像。图像是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，进而产生视知觉的实体。随着计算机技术的迅速发展，人们还可以人为地创造出色彩斑斓、千姿百态的各种图像，图1.1.2给出了几种形式的图像。图1.1.2各种图像的示例1.1.2图像的数学描述

一幅图像所包含的信息首先表现为光的强度(Intensity)，它是随空间坐标(x,y)、光线的波长λ和时间t而变化的，因此图像函数可写成下式:

I=f(x,y,λ,t)

(1.1-1)

若只考虑光的能量而不考虑它的波长，则在视觉效果上只有黑白深浅之分，而无色彩变化，这时称其为黑白图像或灰度图像，图像函数表示为

I=f(x,y,t)=

f(x,y,λ,t)Vs(λ)dλ(1.1-2)

式中Vs(λ)为相对视敏函数。

当考虑不同波长的彩色效应时，则为彩色图像。根据三基色原理，任何一种彩色可分解为红、绿、蓝三种基色。所以，彩色图像可表示为

I={fr(x,y,t),fg(x,y,t),fb(x,y,t)}(1.1-3)

式中

fc(x,y,t)=

f(x,y,λ,t)Rc(λ)dλ,c∈{r,g,b}

其中Rc(λ)分别为红、绿、蓝三基色的视敏函数。1.1.3数字图像

人眼所能够看到的图像称之为模拟图像，它可以表示成一个2D的连续、可解析的实函数f(x，y)，这里x和y表示2D空间XY中一个坐标点的位置，而f则代表图像在点(x，y)

的某种性质F的数值。例如常用的图像一般是灰度图或者彩色图，这时f表示灰度值(Graylevel)或者颜色值，它常对应客观景物被观察到的亮度值或色彩值。1.1.4图像处理与图像分析

对于目前人们研究的数字图像，所涉及的技术主要是计算机图像技术。由于图像技术近年来得到极大的重视和长足的进展，出现了许多新理论、新方法、新算法、新手段、新设备。图像工作者普遍认为亟需对图像和它们的处理、分析技术进行综合研究和集成应用，这个工作的框架就形成了图像工程。图像工程学科是利用数学、光学等基础科学的原理，并结合在图像应用中积累的技术经验而发展起来的。

图像工程的内容非常丰富，清华大学的章毓晋教授根据抽象程度和研究方法等的不同把图像分为三个层次(见图1.1.3)：图像处理(Imageprocessing)、图像分析(Imageanalysis)和图像理解(Imageunderstanding)。图1.1.3图像工程三层次示意图如前面所述，图像处理的基本任务是通过对图像中各个像素的灰度变换，达到抑制不感兴趣的区域，从而增强感兴趣的区域的目的，主要包括图像的平滑(Smooth)和边缘锐化(Sharpen)等内容。因此，图像处理的目的是为了提高图像的视觉效果，便于用户的观察和进一步的分析。1.2图像分析及其应用

1.遥感方面的应用

遥感有航空遥感和卫星遥感之分，它们采用不同的光源和技术获得大量的遥感图像，对这些图像需要用数字图像处理技术进行增强，然后需要借助于图像分析方法提取有用的

信息。

2.生物医学领域的应用

数字图像处理和分析技术从一开始就引起了生物医学界的浓厚兴趣，并首先应用于细胞分类、染色体分类和放射图像的处理与分析。

3.身份认证领域的应用

随着全球网络化和信息化进程的不断推进，身份认证技术引起了人们极大的关注。

4.工业生产中的应用

这方面的研究从20世纪70年代有了迅速的发展，范围越来越广，水平越来越高，主要应用有产品质量检测、生产过程的自动控制、计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)等。

5.信息检索领域的应用

随着Internet网络的发展和普及，网上存储着浩如烟海的信息，使得人们从过去的信息匮乏一下子变成信息爆炸。

6.军事领域的应用

在两次海湾战争和科索沃战争以后，人们逐步发现精确制导武器的威力和电磁干扰对传统探测雷达的威胁。图像分析技术的应用范围十分广泛，其所采用的基本原