華中科技大學數(shù)字圖象處理課件1

1、2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,1,本章主要內容,圖像處理技術的概況及主要研究內容計算機圖像處理的特點及其應用數(shù)字圖像處理的系統(tǒng)簡介課程介紹課程的內容、教學計劃、學習方法等,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,2,本章基本要求,基本要求掌握圖象處理與分析技術與圖象工程的基本概念了解圖象處理技術的應用，培養(yǎng)對本課程的感性認識了解本學科的研究發(fā)展趨勢，增強對本課程的學習興趣了解課程安排，做好學習準備。計劃學

2、時1-2 學時,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,3,§1.1 從圖象到圖象工程,圖象和數(shù)字圖象圖象：用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產生視知覺的實體圖象（廣義/抽象）? 圖像（狹義/具體）圖象和信息：人類從外界（客觀世界）獲得的信息約有75%來自視覺系統(tǒng),2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,4,§1.1 從圖象到圖象工程,圖象表示：f (

3、x，y，λ，t)x ， y：2-D空間中坐標點的位置λ ：光線的波長t ：時間如果只考慮光的能量，不考慮波長，視覺上就是黑白深淺的區(qū)別 圖像表示為 f (x，y，t)如果是靜態(tài)圖像，不考慮時間因素，圖像表示為 f (x，y)2-D數(shù)組,§1.1 從圖象到圖象工程,對于靜態(tài)的彩色圖像如果用紅綠藍三基色表示，圖像是一個3個2-D數(shù)組f R(x，y)， f G(x，y) ，f B(x，y)如果是

4、多光譜圖像，圖像是一個n個2-D數(shù)組對于動態(tài)的連續(xù)圖像，可以是一個時間序列黑白電視信號f 1(x，y)， f 2(x，y) ，…，f k(x，y)彩色電視信號 f Rk(x，y)， f Gk(x，y) ，f Bk(x，y)， k=1，2，…,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,5,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,6,§1.1 從圖象到圖象工程,復習[題面] 可以用 f (x, y)來表示：

5、(A) 一幅2-D數(shù)字圖象；(B) 一個在3-D空間中的客觀景物的投影；(C) 2-D空間XY中一個坐標點的位置；(D) 在坐標點(x, y)的某種性質F的數(shù)值。[提示] 注意三個符號各自的意義。[答案] (A)；(B)；(D),2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,7,§1.1 從圖象到圖象工程,復習[題面] 數(shù)字圖象 f (x, y)中的 f ：(A) 可對應X光的強度；(B) 可表示XY空間中一個坐標

6、點的位置；(C) 可對應場景中物體的輻射度；(D) 可以表示照片的亮度。[提示] 圖象是場景的投影，f 對應場景點的某種性質。[答案] (A)；(C)；(D)。,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,8,§1.1 從圖象到圖象工程,圖象技術和圖象工程圖象技術圖象技術在廣義上是各種與圖象有關的技術的總稱。主要功能/作用包括：對圖象的各種加工（見下）基于加工結果的判斷決策和行為規(guī)劃為此進行的硬件設計及制作

7、圖象加工技術例如：圖象的采集、獲取、編碼、存儲和傳輸，合成和產生，顯示和輸出，變換、增強、恢復和重建，分割，目標的檢測、表達和描述，特征的提取和測量，序列圖象的校正，3-D景物的重建復原，圖象數(shù)據(jù)庫的建立、索引和抽取，圖象的分類、表示和識別，圖象模型的建立和匹配，圖象和場景的解釋和理解，……,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,9,§1.1 從圖象到圖象工程,圖象技術應用領域示例視頻通信：可視電話，電視會議，按需電視

8、，遠程教育；文字檔案：文字識別，過期檔案復原，郵件分撿，支票，簽名辮偽，辦公自動化；生物醫(yī)學：紅白學球計數(shù)，染色體分析、X光、CT、MRI、PET圖象分析，醫(yī)學手術模擬規(guī)劃，遠程醫(yī)療；遙感測繪：巡航導彈制導，無人駕駛飛機飛行，精確制導，礦藏勘探，資源探測，氣象預報，自然災害監(jiān)測；工業(yè)生產：工業(yè)檢測，工業(yè)探傷，自動生產流水線監(jiān)控，移動機器人，無損探測，金相分析，印刷板質量檢驗，精細印刷品缺陷檢測；軍事公安：雷達圖象分析、巡航導彈

9、路徑規(guī)劃 / 制導，罪犯臉形合成、識別，指紋、印章的鑒定識別；交通管理：太空探測、航天飛行、公路交通管理。,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,10,§1.1 從圖象到圖象工程,圖象工程不同層次圖象技術的有機結合及應用圖象工程三層次：圖象處理（圖象 ——> 圖象）圖象分析（圖象 ——> 數(shù)據(jù)）圖象理解（圖象 ——> 解釋）,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,11,§1.1

10、從圖象到圖象工程,圖象工程三層次：圖象處理,,,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,12,§1.1 從圖象到圖象工程,圖象工程三層次：圖象分析,,橢圓：紅色上部：蘭色下部：綠色中部：幾何體,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,13,§1.1 從圖象到圖象工程,圖象工程三層次：圖象理解,橢圓：紅色上部：蘭色下部：綠色中部：幾何體,紅色橢圓是太陽上部蘭色是天空下部綠色是草地中部幾何體是

11、建筑,結論：清晨的郊外,§1.1 從圖象到圖象工程,圖像處理的方法圖像的數(shù)字化如何由一幅模擬圖像獲取一幅滿足需求的數(shù)字圖像，使圖像便于計算機處理、分析圖像的變換圖像變換目的在于：處理問題簡化、有利于特征提取、加強對圖像信息的理解。,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,14,§1.1 從圖象到圖象工程,圖像增強改善圖像視覺效果，增強圖像的有用信息，消弱噪聲的干擾。圖像恢復與重建恢復圖像原本面貌，輻射

12、校正、幾何幾何校正,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,15,,§1.1 從圖象到圖象工程,圖像編碼壓縮數(shù)據(jù)，有效傳輸圖像分割將一幅圖像劃分為互不重疊的區(qū)域，為后續(xù)的圖像分析做基礎,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,16,§1.1 從圖象到圖象工程,二值圖像形狀分析腐蝕與膨脹邊界與骨架提取,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,17,§1.1 從圖象到圖象工程,紋理分析

13、空間規(guī)律性的分析圖像識別圖像中不同對象的分類和描述,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,18,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,19,§1.1 從圖象到圖象工程,圖象工程與其他學科： 圖形學：原指用圖形、圖表、繪圖等形式表達數(shù)據(jù)信息的科學，而計算機圖形學研究的就是如何利用計算機技術來產生這些形式圖象模式識別：試圖把圖象分解成可用符號較抽象地描述的類別計算機視覺：主要強調用計算機實現(xiàn)人的視覺功能，

14、目前的研究內容主要與圖象理解相結合,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,20,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),系統(tǒng)的一般框圖,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,21,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),圖象采集圖象采集裝置為采集數(shù)字圖象，需要兩種裝置（器件）：對某個電磁能量譜波段（如X射線、紫外線、可見光、紅外線等）敏感的物理器件，它能產生與所接受到的電磁能量成正比的（模擬）電信號；數(shù)字化器，它能將上述

15、（模擬）電信號轉化為數(shù)字（離散）的形式。圖象采集設備電荷偶合器件CCD (Charge-Coupled Device)利用電荷存儲傳送和讀出方式工作固態(tài)陣：由感光基元構成。感光基元產生正比于光強的電壓攝像機空間分辨率取決于基元排列數(shù)字化器：攝像機幅度分辨率取決于量化級數(shù),2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,22,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),圖象顯示圖象處理的結果多是供觀察的圖象數(shù)據(jù) ? 亮度模式顯示顯

16、示設備LCD液晶顯示PDP等離子顯示陰極射線管（CRT)打印設備轉換到幻燈片、照片或透明膠片上半調輸出象素灰度 ? 打印點尺寸,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,23,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),半調輸出舉例2 × 2 ? 5種灰度3 × 3 ? 10種灰度抖動（dithering）技術，用隨機變化掩蓋虛假輪廓,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,24,

17、67;1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),圖象存儲數(shù)據(jù)量度單位比特（bit），字節(jié)（byte = 8 bit）千字節(jié)（ K byte）兆（10 6）字節(jié)（M byte）吉（10 9）字節(jié)（G byte）太（10 12）字節(jié)（T byte）圖象存儲器處理和分析過程中使用的快速存儲器計算機內存，幀緩存較快重新調用的在線或聯(lián)機存儲器磁盤，磁光盤不經常使用的數(shù)據(jù)庫（檔案庫）存儲器磁帶，光盤，光盤塔,2024/3/19,數(shù)字圖象

18、處理－第1章,25,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),圖象存儲格式矢量格式用線段或線段的組合體來表示圖象光柵格式用許多圖象點的集合來表示圖象常見格式BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG 格式,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,26,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),BMP格式（BitMaP）：位圖① 位圖文件頭（也稱表頭）② 位圖信息（常稱調色板）1:單色，4:16色，8:256色，24:

19、真彩色③ 位圖陣列（即圖象數(shù)據(jù)）R:8bit， G:8bit， B:8bit,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,27,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),GIF格式（Graphics Interchange Format）8位文件格式，最多只能存儲256色圖象圖象數(shù)據(jù)均為壓縮過的（LZW算法）一個GIF文件中可以存放多幅圖象，以實現(xiàn)網頁上的動畫,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,28,§1.2 圖

20、象處理與分析系統(tǒng),TIF格式（Tagged Image Format File）獨立于操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)文件可分4類：二值圖象灰度圖象調色板彩色圖全彩色圖象,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,29,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),JPEG格式（Joint Photographic Expert Group）適用于靜止的灰度或彩色圖象JPEG文件交換格式JFIF （file interchange for

21、mat）一種使用灰度表示或者使用Y，Cb，Cr分量彩色表示的JPEG圖象,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,30,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),圖象通信圖象通信可使不同系統(tǒng)共享圖象數(shù)據(jù)資源近程和遠程圖象通信(1) 近程：不同設備間交換數(shù)據(jù)(2) 遠程：異地圖象系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大，通道窄 ==> 圖象處理,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,31,§1.2 圖象處理與分析系統(tǒng),圖象處

22、理與分析對圖象進行壓縮編碼以減少對其所需存儲空間或傳輸時間、傳輸通路的要求對圖象進行各種加工以改善圖象的視覺效果并為自動識別打基礎對圖象中感興趣目標進行檢測、提取以測量其參數(shù)和描述其性質，在此基礎上對目標進行識別、分類，建立符號表達,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,32,§1.4 授課安排,課程目標介紹數(shù)字圖像處理基本概念、理論和方法要求初步掌握圖像處理和分析的基本算法能將所學知識綜合應用于對圖像信息的檢

23、測、分析、處理和控制等圖象工程之中。使用教材《數(shù)字圖象處理》（第二版） 【美】岡薩雷斯，電子工業(yè)出版社2007.8計劃學時 講課36 + 課程設計先修課程數(shù)字信號處理，信號與系統(tǒng)，線性代數(shù)，C語言,2024/3/19,數(shù)字圖象處理－第1章,33,§1.4 授課安排,課程實施講授注重理論與實用結合，多媒體演示處理過程；上機實踐環(huán)節(jié)，編程實現(xiàn)基本算法，掌握基本的處理技能；課后的作業(yè)練習，加深對算法理論模型的