專題四：RS的理論與應(yīng)用研究

1、專題四：遙感的理論與應(yīng)用研究遙感的理論與應(yīng)用研究-數(shù)字圖像處理技術(shù)的進(jìn)展數(shù)字圖像處理技術(shù)的進(jìn)展 譚譚 超超 12345 發(fā) 展 歷 程研研 究究 內(nèi)內(nèi) 容容 存存 在在 的的 問問 題題 應(yīng)應(yīng) 用用 特特 征征6 研研 究究 現(xiàn)現(xiàn) 狀狀 與與 展展 望望20C20a60a初60a末70a初70a中期 最早的應(yīng)用之一是在報紙業(yè),當(dāng)時通過海底電纜從英國的倫敦到美國紐約采用數(shù)字壓縮技術(shù)傳輸了第一幅數(shù)字照片。 此后，隨著計算機(jī)技和VLSI (Very Large Scale Integration)的發(fā)展使得數(shù)字圖像處理技術(shù)得以發(fā)展和不斷成熟起來。80a末90a初21C一、發(fā)展歷程20C20a60a初

2、60a末70a初70a中期一、發(fā)展歷程 第一臺可以執(zhí)行有意義的圖像處理任務(wù)的大型計算機(jī)出現(xiàn)，數(shù)字圖像處理技術(shù)的誕生可追溯至這一時期這些機(jī)器的使用和空間項目的開發(fā)。 利用計算機(jī)技術(shù)改善空間探測器發(fā)回的圖像的工作，始于1964年美國加利福尼亞的噴氣推進(jìn)實(shí)驗室。當(dāng)時由“旅行者7號”衛(wèi)星傳送的月球圖像由一臺計算機(jī)進(jìn)行了處理，以校正航天器上電視攝像機(jī)中各種類型的圖像畸變。80a末90a初21C20C20a60a初60a末70a初70a中期 進(jìn)行空間應(yīng)用的同時，數(shù)字圖像處理技術(shù)開始用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測和天文學(xué)等領(lǐng)域。 早在20世紀(jì)70年代發(fā)明的計算機(jī)軸向斷層術(shù)(CAT)簡稱計算機(jī)斷層(CT)是圖像處

3、理在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域最重要的應(yīng)用之一 注：CT的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經(jīng)計算機(jī)處理來重建截面圖像，稱為圖像重建。80a末90a初21C一、發(fā)展歷程20C20a60a初60a末70a初70a中期 隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)向更高、更深層次發(fā)展。人們已開始研究如何用計算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界，這被稱為圖像理解或計算機(jī)視覺。 70年代末MIT的Marr提出的視覺計算理論，這個理論成為計算機(jī)視覺領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想80a末90a初21C一、發(fā)展歷程20C20a60a初60a末70a初70a中期 人們開始將數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用于地

4、理信息系統(tǒng)，研究海圖的自動讀入、自動生成方法。數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。80a末90a初21C一、發(fā)展歷程20C20a60a初60a末70a初70a中期 數(shù)字圖像處理技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。自1986年以來，小波理論與變換方法迅速發(fā)展，它克服了傅里葉分析不能用于局部分析等方面的不足之處。 到目前為止，圖像處理在圖像通訊、辦公自動化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、衛(wèi)星照片傳輸及分析和工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多80a末90a初21C一、發(fā)展歷程文獻(xiàn)發(fā)表年份與相應(yīng)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量關(guān)系圖文獻(xiàn)發(fā)表年份與相應(yīng)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量關(guān)系圖20C20a60a初60a末70a初70a中期 隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和

5、相關(guān)理論的不斷完善，數(shù)字圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到了廣泛地重視，并取得了重大的開拓性成就。 如航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測、機(jī)器人視覺、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等。80a末90a初21C一、發(fā)展歷程二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容 數(shù)字圖像處理技術(shù)主要研究的內(nèi)容主要研究的內(nèi)容：圖像數(shù)字化、圖像的編碼壓縮、圖像的增強(qiáng)與復(fù)原、圖像分割、圖像的變換、圖像的描述、圖像的分類（識別）。 圖像的分割圖像的分割：雖然目前已研究出不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法, 但還沒有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。因此, 對圖像分割的研究還在不斷深入之中, 是目前圖像處理中研究的熱點(diǎn)之一。 圖像的描述圖像的描述：隨著

6、圖像處理研究的深入發(fā)展, 已經(jīng)開始進(jìn)行三維物體描述的研究, 提出了體積描述、表面描述、廣義圓柱體描述等方法。 圖像的分類圖像的分類：近年來新發(fā)展起來的模糊模式識別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式分類在圖像識別中也越來越受到重視。 二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容 圖像分割圖像分割：圖像分割是將我們感興趣的特征部分提取出來，做為后續(xù)圖像識別、圖像理解等的先導(dǎo)前提。由于圖像本身蘊(yùn)含信 息的復(fù)雜性，雖目前有很多圖像分割的技術(shù)和理論，但沒有適用于全部圖像的方法。因而，該領(lǐng)域還有廣闊的研究和發(fā)掘空間。 模式識別與形態(tài)學(xué)處理模式識別與形態(tài)學(xué)處理。對圖像的模式進(jìn)行有效識別，這是數(shù)字圖像處理中出現(xiàn)的全新技術(shù)。目前常用的模式識別方式

7、包括模糊識別、句法結(jié)構(gòu)識別等。對圖像的形態(tài)學(xué)進(jìn)行識別，這屬于圖像處理中一個獨(dú)立的領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)對圖像細(xì)節(jié)的分析，并可以對圖像進(jìn)行合理分割。 123缺乏統(tǒng)一的評價缺乏統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，僅僅依靠標(biāo)準(zhǔn)，僅僅依靠視覺感受來比較各視覺感受來比較各種模型的優(yōu)劣種模型的優(yōu)劣缺乏先驗知缺乏先驗知識來支持系統(tǒng)識來支持系統(tǒng)三、存在的問題三、存在的問題最終提取邊界很最終提取邊界很大程度上依賴于大程度上依賴于 Trimap4圖像提取系統(tǒng)圖像提取系統(tǒng)的計算量比較大的計算量比較大 所謂所謂 Trimap，就是將圖像中的像素歸為，就是將圖像中的像素歸為 3 類：確定的前景、確定的背類：確定的前景、確定的背景和未知的區(qū)域，未知

8、區(qū)域中的像素既受到前景像素的影響，也受到背景和未知的區(qū)域，未知區(qū)域中的像素既受到前景像素的影響，也受到背景像素的影響。景像素的影響。注：注：四、制約因素四、制約因素1234處理處理寬頻寬頻帶難帶難度大度大維到三維到三維的轉(zhuǎn)維的轉(zhuǎn)換難度換難度大大5人為因素人為因素知識的知識的綜合性綜合性強(qiáng)，需強(qiáng)，需要掌握要掌握多方面多方面的知識的知識計算機(jī)的計算機(jī)的計算速度計算速度、存儲容、存儲容量要求高量要求高數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用五、應(yīng)用現(xiàn)狀五、應(yīng)用現(xiàn)狀1、航天和航空技術(shù)方面的應(yīng)用航天和航空技術(shù)方面的應(yīng)用。 不僅應(yīng)用于對月球、火星照片的處理, 還應(yīng)用于飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。例如, LA

9、NDSAT 系列陸地衛(wèi)星（2009）。 隨后隨后，月球探索、機(jī)器人火星登陸以及其他太空探索（2014）。2、通信工程方面的應(yīng)用通信工程方面的應(yīng)用。主要應(yīng)用于聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)合的多媒體通信。例如, 將電話、電視和計算機(jī)以三網(wǎng)合一的方式在數(shù)字通信網(wǎng)上傳輸（2009）。 隨后，以音頻、視頻方式相組合的通信方式（手機(jī)可視通話、會議室的電視通話），并且通信畫面清晰無損、彩色、實(shí)時性好（2014）。3、軍事應(yīng)用軍事應(yīng)用。主要用于導(dǎo)彈的精確末制導(dǎo), 各種偵察照片的判讀,具有圖像傳輸、存儲和顯示的軍事自動化指揮系統(tǒng), 飛機(jī)、坦克和軍艦?zāi)M訓(xùn)練系統(tǒng)等。五、應(yīng)用現(xiàn)狀五、應(yīng)用現(xiàn)狀4、遙感中的應(yīng)用遙感中的應(yīng)用

10、。遙感圖像處理的用處越來越大，并且其效率和分辨率也越來越高。它被廣泛應(yīng)用應(yīng)用于土地測繪、資源調(diào)查、氣象監(jiān)測、環(huán)境污染監(jiān)督、農(nóng)作物估產(chǎn)、軍事偵察等領(lǐng)域。目前目前遙感技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是還必須解決其數(shù)據(jù)量龐大、處理速度慢的缺點(diǎn)（缺點(diǎn)（2010）。 隨后隨后，地下礦物的勘探、自然災(zāi)難預(yù)測（2015）。5、醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域利用圖像處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無癰、安全方便的診斷和治療。其中最突出的臨床應(yīng)用就是超聲、核磁共振、CT技術(shù)等（2010）。 隨后隨后，X射線技術(shù)，還有利用顯微圖像的細(xì)胞分析、遺產(chǎn)序列分析等 以及3維立體定向放射治療等診斷技術(shù)都廣為應(yīng)用（2014）。6、交通中的應(yīng)用交通

11、中的應(yīng)用。主要應(yīng)用在：事故多發(fā)路段的車速檢測系統(tǒng)，道路收費(fèi)站收費(fèi)系統(tǒng)，以及某路段的汽車流量信息統(tǒng)計系統(tǒng)等等（2010）。 交通監(jiān)控系統(tǒng)中車輛定位和車牌識別、電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（2015）。五、應(yīng)用現(xiàn)狀五、應(yīng)用現(xiàn)狀7、安全領(lǐng)域中應(yīng)用安全領(lǐng)域中應(yīng)用。利用圖像處理的模式識別等技術(shù)，可以應(yīng)用在監(jiān)控、指紋識別、腳印識別，運(yùn)動目標(biāo)的圖像自動跟蹤等（2010）。 8、工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。主要應(yīng)用在：產(chǎn)品的無損檢測，表面和外觀的自動檢查和識別，裝配和生產(chǎn)線的自動化，彈性力學(xué)照片的應(yīng)力分析，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，以及最值得注意的“計算機(jī)視覺計算機(jī)視覺”（2010）。 隨后隨后，涉及自動化及產(chǎn)品

12、質(zhì)量檢驗中更是大有可為，可用于工業(yè)探傷、鐵路選線、產(chǎn)品質(zhì)量檢測等（2015）。9、文體科教領(lǐng)域文體科教領(lǐng)域。主要應(yīng)用有影視劇動畫制作、特效制作、場景仿真與拼接、造型設(shè)計，體育方面可以對運(yùn)動姿勢進(jìn)行細(xì)化分解及比賽細(xì)節(jié)回放和分析等。 隨后隨后，在發(fā)型設(shè)計、服裝設(shè)計以及文物圖像資料修復(fù)方面（2015）。五、應(yīng)用現(xiàn)狀五、應(yīng)用現(xiàn)狀10、電子商務(wù)發(fā)面電子商務(wù)發(fā)面。電子商務(wù)是一個新興領(lǐng)域，大家對網(wǎng)上購物、網(wǎng)銀支付、電子錢包都不陌生，數(shù)字圖像處理在其中主要起身份驗證、產(chǎn)品防偽的作用。例如身份識別是依靠人體的身體特征（指紋和DNA）以及簽名的動作、行走的步態(tài)、擊打鍵盤的力度等個人的行為特征（2015）。11、機(jī)

13、器人視覺機(jī)器人視覺。作為智能機(jī)器人的重要感覺器官，機(jī)器視覺主要用于三維景物的理解和識別，目前正處于開放研究當(dāng)中。在軍事偵察、危險環(huán)境，郵政、醫(yī)院和家庭服務(wù)，裝配線工件識別和定位等方面都有廣泛的應(yīng)用。熱門應(yīng)用領(lǐng)域基于互聯(lián)網(wǎng)的圖像系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)的圖像系統(tǒng) 數(shù)字圖像處理的熱門應(yīng)用領(lǐng)域包括印刷制版，電視，多媒體，互聯(lián)網(wǎng)，DRM，電影特技，游戲，動畫制作，數(shù)字相機(jī)，虛擬現(xiàn)實(shí)，電子商務(wù)，寬帶應(yīng)用，DAM等。 這里主要介紹基于互聯(lián)網(wǎng)的圖像系統(tǒng)。熱門應(yīng)用領(lǐng)域基于互聯(lián)網(wǎng)的圖像系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)的圖像系統(tǒng) 1、解決圖像數(shù)據(jù)大與網(wǎng)絡(luò)帶寬窄的問題，將網(wǎng)絡(luò)變成一個解決圖像數(shù)據(jù)大與網(wǎng)絡(luò)帶寬窄的問題，將網(wǎng)絡(luò)變成一個快速傳遞圖象

14、的系統(tǒng)。快速傳遞圖象的系統(tǒng)。 柯達(dá)聯(lián)合LivePicture、微軟、惠普公司開發(fā)了一種專門用于數(shù)字照相的圖像格式FlashPix(.fpx)，能通過自己的瀏覽器訪問網(wǎng)上的FlashPix圖象并且打印它們，打印出的圖象質(zhì)量就如同從CD上得到的一樣好。 同時，你可以點(diǎn)出一個FlashPix圖象，利用工具使它縮小、放大、搖鏡頭或剪貼，所有這些命令的切換只需很短的時間?？梢灶A(yù)見不遠(yuǎn)的將來，F(xiàn)lashPix的應(yīng)用將大大緩解網(wǎng)絡(luò)的高清圖像的傳遞問題熱門應(yīng)用領(lǐng)域基于互聯(lián)網(wǎng)的圖像系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)的圖像系統(tǒng) 2、解決與信息安全、版權(quán)保護(hù)相關(guān)的圖像問題解決與信息安全、版權(quán)保護(hù)相關(guān)的圖像問題 。 隨著因特網(wǎng)在各個應(yīng)用

15、領(lǐng)域的蔓延，多媒體數(shù)字作品（圖像、視頻、音頻等）紛紛以網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)表這些作品的版權(quán)保護(hù)就成為一個迫切而又比較困難的問題。數(shù)字水印(watermark)是解決這一問題的有效辦法是解決這一問題的有效辦法。 3、解決靜止、活動圖像的存儲與檢索的問題解決靜止、活動圖像的存儲與檢索的問題 。 當(dāng)我們的數(shù)字圖像數(shù)量很多時，如何快速有效地找到需要的數(shù)字圖像是一項有挑戰(zhàn)性的工作。采用基于內(nèi)容的圖像檢索方法。新領(lǐng)域 近年來，人們已開始研究如何用計算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，實(shí)現(xiàn)類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界，這被稱為圖像理解或圖像理解或計算機(jī)視覺計算機(jī)視覺。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進(jìn)展，但它本身是一個比較難的

16、研究領(lǐng)域，存在不少困難，由于人類本身對自己的視覺過程還了解較少，因此計算機(jī)視覺是一個有待人們進(jìn)一步探索的新領(lǐng)域。六、發(fā)展趨勢六、發(fā)展趨勢1向著高速高速高分辨率高分辨率立體化立體化多媒體多媒體智能化智能化標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展2進(jìn)一步加強(qiáng)軟件研究、軟件研究、開發(fā)新的軟開發(fā)新的軟硬件圖像處硬件圖像處理方法理方法3加強(qiáng)基礎(chǔ)學(xué)科、基礎(chǔ)學(xué)科、邊緣學(xué)科邊緣學(xué)科的研究工作，促進(jìn)數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理技術(shù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展六、發(fā)展趨勢六、發(fā)展趨勢456逐步完善數(shù)數(shù)字圖像處理字圖像處理科學(xué)自身的科學(xué)自身的理論體系理論體系圖像、圖形圖像、圖形相結(jié)合朝著相結(jié)合朝著三維成像或三維成像或多維成像多維成像的方向發(fā)展理論與新理論與新算法算法研究六、發(fā)展趨勢六、發(fā)展趨勢78虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)9圖像處理芯片化芯片化機(jī)器人視覺機(jī)器人視覺數(shù)字圖像處理與遙感影像處理的區(qū)別于聯(lián)系數(shù)字圖像處理與遙感影像處理的區(qū)別于聯(lián)系1、共同