数字图像 绪论经典案例

数字图像处理

安玉磊第一章

绪论一、数字图像处理的开展概况及应用开展：上世纪20年代Bartlane电缆图片传输系统〔纽约和伦敦之间海底电缆〕传输一幅图片所需的时间由一周多减少到小于3个小时；上世纪50年代，计算机的开展，数字图像处理才真正地引起人们的巨大兴趣；1964年，数字图像处理有效地应用于美国喷气推进实验室〔J.P.L〕对“徘徊者七号〞太空船发回的大批月球照片的处理；随后几年，继续用于空间研究方案；同时，在生物医学、工业生产、军事上得到应用；1.2

数字图像处理的主要应用与趋势1.2.1数字图像处理的主要应用1.2.2数字图像处理的开展趋势1.2

数字图像处理的主要应用与趋势1.2.1数字图像处理的主要应用数字图像输入输出设备1.3

工程应用简介1.3.1

遥感图像处理军事侦察： 战略目标定位、多光谱去伪装导弹末制导： 红外、雷达图像处理农作物估产： 多光谱图像分析地质研究： 宏观地质结构、探矿灾情估计： 红外图像统计气象云图： 图像几何处理与拼接遥感图像增强前后的

遥感图像高分辨率遥感图像1高分辨率遥感图像2香港新机场遥感图像航片地表覆盖遥感应用一例1.3.2工业与实验图像处理自动装配生产线：实时图像处理机器人视觉：立体图像对处理无损探伤： 高能X射线探测金属内部车辆牌照识别： 交通管制流动显示与测速：PIV粒子图像测速识别棉花中的杂质车牌识别工件裂纹检测1.3.3医学图像处理病理图像分析： 显微图像、染色体图像X射线图像处理： X射线透视和照片增强超声图像处理： 黑白超和彩超、动态CT图像重建： 断层图像计算X光图像增强CT切片图像CT边缘提取B超图像染色体1.3.4办公图像处理邮政编码识别： 手写数字图像处理识别印刷体文字识别： OCR

文字图像识别机械图样自动录入： 线条跟踪、拟合指纹图像处理： 刑侦、司法鉴定、自动门卫枪纹图像处理： 刑侦、司法鉴定面孔图像处理： 自动门卫印章比对： 司法鉴定、银行支票笔迹比对： 刑侦、司法鉴定指纹识别1.3.6影视图像处理由黑白图像转换的伪彩色图像图像校正

在理想情况下，卫星图像上的像素值只依赖于进入传感器的辐射强度；而辐射强度又只与太阳照射到地面的辐射强度和地物的辐射特性〔反射率和发射率〕有关，使图像上灰度值的差异直接反映了地物目标光谱辐射特性的差异，从而区分地物目标。而实际上，由于大气层的存在，也由于传感器内探测器性能的差异，使得进入传感器的辐射发生畸变，引起图形模糊，比照度下降等。另一方面，由于卫星飞行时姿态变化及地球形状等因素影响，图像中地物目标的几何位置也会发生畸变。为了使图像更好地满足使用要求，必须尽可能地通过处理消除畸变，恢复图像的本来面目。当前精确制导武器所取得的成果还是有限的，最主要的问题是目前主要还是依靠人在导弹发射前发现目标，然后人工锁定首帧目标图像进行自动跟踪，而不能实现不需人工参与的由导弹自动识别目标，做不到“打了不管〞。特别是在复杂背景下，机器如何像人一样自动识别目标，目前是相当困难的。图像分割：虽然国内外学者已提出很多种图像分割算法，但由于背景的多变性和复杂性，至今为止还没有一种能适用于各种背景的图像分割算法。当前提出的小波分析、模糊集、分形等新的智能信息处理方法有可能找到新的图像分割方法。

特征提取：计算描述目标的特征，如目标的几何形状特征、统计特征、矩特征、纹理特征等

图像识别：统计模式识别、模糊模式识别、人工神经网络等

图像跟踪

数字图像处理的主要研究内容图像增强

数字图像处理的主要研究内容图像复原二、图像与数字图像1、“图〞与“像〞的定义：“图〞是物体透射或反射光的分布；“像〞是人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识。2、模拟图像的表示〔物理图像，人眼能看到的图像〕◘图像处理图像处理〔imageprocessing〕就是对图像信息进行加工处理和分析，以满足人的视觉心理需要和实际应用或某种目的〔如压缩编码或机器识别〕的要求。图像处理可分为以下3类：▓模拟图像处理〔analogueimageprocessing〕；▓数字图像处理〔digitalimageprocessing〕；▓光电结合处理〔optoelectronicprocessing〕。模拟图像处理：也称光学图像处理，它是利用光学透镜或光学照相方法对模拟图像进行的处理，其实时性强、速度快、处理信息量大、分辨率高，但是处理精度低，灵活度差，难有判断功能。1.1图像和图像处理1.1图像和图像处理数字图像处理：即利用计算机对数字图像进行处理，它具有精度高、处理内容丰富、方法易变、灵活度高等优点。但是它的处理速度受到计算机和数字器件的限制，一般也是串行处理，因此处理速度较慢。光电结合处理：用光学方法完成运算量巨大的处理〔如频谱变换等〕，而用计算机对光学处理结果〔如频谱〕进行分析判断等处理。该方法是前两种方法的有机结合，它集结了二者的优点。光电结合处理是今后图像处理的开展方向，也是一个值得关注的研究方向。◘图像的表示图像的数学表示：一幅图像所包含的信息首先表现为光的强度〔intensity〕,即一幅图像可看成是空间各个坐标点上的光强度I的集合，其普遍数学表达式为：I=f(x，y，z，λ，t)式中(x,y,z)是空间坐标，λ是波长，t是时间，I是光点(x,y,z)的强度〔幅度〕。上式表示一幅运动的(t)、彩色/多光谱的(λ)、立体的(x,y,z)图像。1.1图像和图像处理1.1图像和图像处理静止图像，与时间t无关；单色图像〔也称灰度图像〕，波长λ为一常数；平面图像，那么与坐标z无关。即在每一种情况下，图像的表示可省略掉一维，即〔1〕静止图像：I=f〔x，y，z,λ〕〔2〕灰度图像：I=f〔x，y，z，t〕〔3〕平面图像：I=f〔x，y,λ,t〕而对于平面上的静止灰度图像，其数学表达式可简化为：I=f〔x，y〕1.1图像和图像处理

运动图像可用〔静止〕图像序列表示，彩色图像可分解成三基色图像，三维图像可由二维重建。因此本课程主要针对平面上的静止灰度图像进行论述。图像的特点：〔1〕空间有界:人的视野有限，一幅图像的大小也有限。〔2〕幅度〔强度〕有限：即对于所有的x，y都有0≤f(x,y)≤Bm其中Bm为有限值。数字图像一般用可用矩阵或数组来描述像素或像元的属性：空间位置和灰度◘数字图像处理的根本步骤▓图像信息的获取：采用图像扫描仪等将图像数字化。▓图像信息的存储：对获取的数字图像、处理过程中的图像信息以及处理结果存储在计算机等数字系统中。▓图像信息的处理：即数字图像处理，它是指用数字计算机或数字系统对数字图像进行的各种处理。▓图像信息的传输：要解决的主要问题是传输信道和数据量的矛盾问题，一方面要改善传输信道，提高传输速率，另外要对传输的图像信息进行压缩编码，以减少描述图像信息的数据量。▓图像信息的输出和显示：用可视的方法进行输出和显示。1.2数字图像处理的内容和方法◘数字图像处理的内容和方法▓图像数字化：将非数字形式的图像信号通过数字化设备转换成数字图像，包括采样和量化。▓图像变换：对图像信息进行变换以便于在频域对图像进行更有效的处理。▓图像增强：增强图像中的有用信息，削弱干扰和噪声，提高图像的清晰度，突出图像中所感兴趣的局部。▓图像恢复〔复原〕：对退化的图像进行处理，使处理后的图像尽可能地接近原始〔清晰〕图像。

1.2数字图像处理的内容和方法▓图像压缩编码：对待处理图像进行压缩编码以减少描述图像的数据量。▓图像分割：根据选定的特征将图像划分成假设干个有意义的局部，这些选定的特征包括图像的边缘、区域等。▓图像分析与描述：主要是对已经分割的或正在分割的图像各局部的属性及各局部之间的关系进行分析表述。▓图像识别分类：根据从图像中提取的各目标物的特征，与目标物固有的特征进行匹配、识别，以作出对各目标物类属的判别。1.2数字图像处理的内容和方法一个根本的数字图像处理系统由图像输入、图像存储、图像通信、图像处理和分析五个模块组成。如以下图所示：1.3数字图像处理系统的组成▓数字图像输入模块：也称图像采集或图像数字化，是利用图像采集设备〔数码相机、数码摄像机等〕来获取数字图像，或通过数字化设备〔如图像扫描仪〕将要处理的连续图像转换成适于计算机处理的数字图像。▓数字图像存储模块：用于图像处理和分析的数字图像存储器可分为三类：处理和分析过程中使用的快速存储器；在线或联机存储器；不经常使用的数据库〔档案库〕存储器。如计算机内存、硬盘、软盘、闪存盘、CD光盘、DVD光盘等。1.3数字图像处理系统的组成

1.3数字图像处理系统的组成▓数字图像输出模块：在图像分析、识别和理解中，一般需要将处理前后的图像显示出来，或将处理结果永久保存。前者称为软拷贝或显示，使用设备包括CRT显示器、液晶显示器和投影仪等。后者称为硬拷贝，使用设备包括照相机、激光拷贝和打印机等。▓

数字图像通信模块：对图像数据进行传输和通信。由于图像数据量很大，而能提供通信的信道传输率又有限，因此传输前必须对表示图像信息的数据进行压缩编码，以减少图像数据量。▓

数字图像处理与分析模块：包括处理算法、实现软件和计算机，一般包括下面三种形式：通用图像处理：适用于功能要求灵活，图像数据量大，但实时性要求不高的图像处理与分析算法，也可辅之于方便灵活的操作界面。专用图像处理系统：对于象CT、核磁共振、彩色B超、机场安检等专用影像处理，可采用能满足实际应用的专用计算机和专用图像处理算法等，来构成专用图像处理系统。图像处理芯片：将许多图像处理功能集成在一个很小的芯片上，形成专用或通用的图像处理芯片。

1.3数字图像处理系统的组成

1.5课程内容简介本章要求及作业四、数字图像处理的特点：处理信息量大；512×512×8bit＝256KB256KB×25帧/s＝6400KB=6.25MB占用的频带较宽〔图像带宽5.6MHZ，语音仅4KHZ〕；像素不独立、相关性强；压缩潜力大；处理结果如果给人评价，受人的因素影响大。

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