數(shù)字圖像處理的相關(guān)論述課件

1、數(shù)字圖像處理(matlab版)姚晉麗計算機科學(xué)與技術(shù) 2208教研室第1章 數(shù)字圖像處理的相關(guān)論述1.1 課程介紹1.2 數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展1.3 數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用及實例1.4 數(shù)字圖像處理的相關(guān)概念1.5 圖像數(shù)字化技術(shù)1.6 數(shù)字圖像的處理方法1.7 圖像的統(tǒng)計特征1.8 matlab介紹1.1 課程介紹教材：“數(shù)字圖像處理”（第一版），由張德豐編著，人民郵電出版社出版 參考教材：岡薩雷斯主編的“數(shù)字圖像處理(MATLAB版)”，人民郵電出版社 謝鳳英, 趙丹培編著，Visual C+數(shù)字圖像處理，人民郵電出版社 數(shù)字圖像處理網(wǎng)絡(luò)課程 ，5(授課講義,實驗指導(dǎo)，ppt)課程目標(biāo)：

2、 通過講解圖像處理的基本理論、基本算法、matlab在圖像處理中的應(yīng)用等，讓學(xué)生了解該門學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀，學(xué)會如何應(yīng)用計算機學(xué)科的知識解決實際的發(fā)展需求，為今后就業(yè)及深入的學(xué)習(xí)研究奠定基礎(chǔ)。 授課方式： 2學(xué)時/周，共32學(xué)時，其中理論16學(xué)時，實驗16學(xué)時（分單/雙周）考核方式設(shè)計 采取階段考核以及期末大作業(yè)的方式全學(xué)期分為3個階段，分別為：基礎(chǔ)知識階段(概述、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、圖像頻域變換、圖像壓縮、幾何變換等)，圖像質(zhì)量增強階段(圖像增強、圖像復(fù)原)，圖像特征提取階段(圖像分割與邊緣檢測、圖像特征提取等)總成績(100%)=第一階段(25%)+第二階段(25%)+第三階段(25%)+課程設(shè)計考核(

3、25%)階段成績(100%)=實驗成績(50%)+階段作業(yè)成績(50%)課程設(shè)計成績(100%)=課程設(shè)計報告(50%)+matlab代碼(50%)1.3 數(shù)字圖像處理的發(fā)展1964年，位于加里福尼亞的美國噴氣推進實驗室(JPL)處理了太空船“徘徊者7號”發(fā)回的月球照片1970s:計算機斷層掃描圖象重建技術(shù)X射線成像原理： X射線成像是基于待成像物體各個組成部分的密度不同，對X射線的吸收不同,透射X射線強度不同，從而在乳膠片上成像的 /zhlshb/ct/lx.htm核磁共振成像（MRI ）正電子發(fā)射斷層掃描成像技術(shù)（PET） 與CT，MRI等反應(yīng)人體組織解剖信息不同，PET圖像能夠反映人體組

4、織、器官的功能和代謝情況1)遙感2)醫(yī)學(xué)3)工業(yè)生產(chǎn)和質(zhì)量控制4）圖象信息通訊5）公共安全6）數(shù)據(jù)安全7）科學(xué)研究8）在信息技術(shù)中的應(yīng)用1.4 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用1.4 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實例伽馬射線成像： 主要用途包括核醫(yī)學(xué)和天文觀測X射線成像 ：廣泛用于醫(yī)學(xué)診斷，工業(yè)和其他領(lǐng)域 紫外波段成像：應(yīng)用于平板印刷技術(shù)、工業(yè)檢測、顯微鏡方法、激光、生物圖像以及天文觀測等 微波波段成像： 典型應(yīng)用是雷達紅外波段：軍事數(shù)字圖像處理的相關(guān)概念圖像：圖像是一種在空間分布的二維信號兩個變量 （X,Y) : 空間坐標(biāo)，spatial coordinates函數(shù)值 F : 在空間的某個位置（點）的信號值，常稱為

5、圖像的強度Intensity，或灰度值 Gray Level(0-225)，對于彩色圖像，該信號值為矢量(R,G,B)當(dāng)X,Y和幅值F為有限的離散數(shù)值時，稱該圖像為數(shù)字圖像數(shù)字圖像：空間坐標(biāo)離散，函數(shù)值離散，圖象在計算機里的表示形式就是所謂的“數(shù)字圖象”數(shù)字圖像由有限的元素Element組成，稱為像素pixel圖像處理是指按照一定的目標(biāo)，用一系列的操作來“改造”圖像.圖像信息：相對于語音信息（聲音信息），一般將視覺信息也稱為圖象信息人類所接受的信息中，各種信息所占比例視覺信息聽覺信息其他比例大于60%20%20%數(shù)字圖像處理： 先用某種技術(shù)和手段將模擬圖像信號數(shù)字化，然后用電子計算機對數(shù)字圖像

6、進行分析和變換，達到預(yù)期的效果的技術(shù)總稱.圖像分類：根據(jù)圖像的產(chǎn)生方法，圖像可分為如下3類：(1)可見圖像：視覺系統(tǒng)可以直接看見的圖像，一般通過照相、手工繪制等傳統(tǒng)方法獲取(2)物理圖像：反映的是物體的電磁波輻射能，包括可見光與不可見光圖像，如光學(xué)圖像，溫度圖像，壓力圖像，高度以及人口密度圖像(3)數(shù)學(xué)圖像：由連續(xù)函數(shù)或離散函數(shù)生成的抽象圖像數(shù)字圖像的獲取數(shù)字圖像一般可以通過以下3種途徑獲取。 （1）應(yīng)用各種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備直接得到數(shù)字圖像。 （2）直接由二維離散數(shù)字函數(shù)生成數(shù)字圖像。 （3）將傳統(tǒng)的可見圖像經(jīng)過數(shù)字化處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。圖像數(shù)字化過程（1）掃描（scanning）。掃描是按照一定

7、的先后順序?qū)σ环鶊D像進行遍歷的過程。（2）采樣（sampling）。采樣是指遍歷過程中，在圖像的每個像素位置上測量其灰度值，即亮度值。(將坐標(biāo)值離散化（數(shù)字化）稱為采樣 ，要求坐標(biāo)值為整數(shù))（3）量化（quantization）。量化是將采樣得到的灰度值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換等器件轉(zhuǎn)換為離散的整數(shù)值。(將函數(shù)值離散化（數(shù)字化）稱為量化，離散灰度級數(shù)L)計算機處理方法根據(jù)處理的難易分類: 低級別處理：濾噪、增強等(輸入出的都是圖像) 中級別處理：分割(輸入是圖像,輸出是圖像中提取的特征) 高級別處理：識別理解,執(zhí)行與視界相關(guān)的識別函數(shù) 空域處理法 空域處理方法是指在空間域直接對數(shù)字圖像進行處理。 空域處理

8、法主要有以下兩大類。 鄰域處理法是對圖像像素的某一鄰域進行處理的方法。 1鄰域處理法 點處理法是指對圖像像素逐一處理的方法。 2點處理法鄰域（Neighbors）像素4鄰域 N4（p）：（x+1,y）,（x-1,y）,（x,y+1）,（x,y-1）像素對角4鄰域（x-1,y-1）,（x-1,y+1）,（x+1,y-1）,（x+1,y+1）歐氏(Euclidean)距離： 根據(jù)這個距離量度，與(x，y)的距離小于或等于某個值d的象素都包括在以(x，y)為中心以d為半徑的圓中。 變換域處理法 數(shù)字圖像處理的變換域處理方法首先是通過傅立葉變換、離散余弦變換、沃爾什變換或是比較新的小波變換等變換算法，

9、將圖像從空間域變換到相應(yīng)的變換域，得到變換域系數(shù)陣列，然后在變換域中對圖像進行處理，處理完成后再將圖像從變換域反變換到空間域，得到處理結(jié)果。 1.7 圖像的統(tǒng)計特征圖像的基本統(tǒng)計分析量數(shù)字圖像的直方圖圖像間相關(guān)性圖像的基本統(tǒng)計分析量1圖像的信息量 k:灰度值數(shù)量p1,p2,p3 各灰度值出現(xiàn)的概率信息量表示一幅圖像所含信息的多少2圖像灰度平均值 圖像灰度眾數(shù)是指圖像中出現(xiàn)次數(shù)最大的灰度值。4圖像灰度中值 圖像灰度中值是指數(shù)字圖像全部灰度級中處于中間的值，當(dāng)灰度級數(shù)為偶數(shù)時，則取中間的兩個灰度值的平均值。3圖像灰度眾數(shù)5圖像灰度方差6圖像灰度值域數(shù)字圖像的直方圖 數(shù)字圖像處理中也常常應(yīng)用灰度直方

10、圖表示直方圖是指圖像中所有灰度值出現(xiàn)的次數(shù)或頻率。圖像的有關(guān)特征信息。 灰度1協(xié)方差2相關(guān)系數(shù)matlab 介紹M文件的編輯調(diào)試 MATLAB的程序文件和腳本文件通常保存成擴展名為.m的文件，稱之為M文件。 圖1-11 M文件的編輯器和調(diào)試器1.7.6 圖像讀取與顯示 1圖像的讀取 函數(shù)imread()用來讀取圖像，把圖像數(shù)據(jù)讀出以后，可以賦給一個變量。 2圖像數(shù)據(jù)的調(diào)用 既然圖像數(shù)據(jù)是存儲在數(shù)組中，那么調(diào)用圖像數(shù)據(jù)就變成了操作數(shù)組元素。 函數(shù)imshow()用來顯示圖像。3圖像的顯示1.7.8 MATLAB圖像處理應(yīng)用示例 1MATLAB的打開圖1-15 MATLAB啟動后的窗口界面2圖像輸

11、入到計算機3更改Current Directory目錄圖1-16 修改后的當(dāng)前目錄4打開編輯窗口編寫程序圖1-17 在編輯窗口中輸入的源程序5保存并運行6保存運行結(jié)果圖1-18 rice.png直方圖顯示結(jié)果三維繪圖命令三維曲線plot3(x1,y1,z1,選項1,x2,y2,z2,選項2,xn,yn,zn,選項n) 當(dāng)x,y,z是同維向量時，則x,y,z 對應(yīng)元素構(gòu)成一條三維曲線。當(dāng)x,y,z是同維矩陣時，則以x,y,z對應(yīng)列元素繪制三維曲線，曲線條數(shù)等于矩陣列數(shù)。 例：x=sint,y=cost ,z=t*sint*cost 其中 t(0,2*pi)三維曲面 在MATLAB中，利用mesh

12、grid函數(shù)產(chǎn)生平面區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格坐標(biāo)矩陣 ，格式為：x=a:d1:b; y=c:d2:d;X,Y=meshgrid(x,y);矩陣X的每一行都是向量x，行數(shù)等于向量y的元素的個數(shù)，矩陣Y的每一列都是向量y，列數(shù)等于向量x的元素的個數(shù) 繪制三維曲面的函數(shù) surf函數(shù)和mesh函數(shù)的調(diào)用格式為：mesh(x,y,z,c)surf(x,y,z,c)一般情況下，x,y,z是維數(shù)相同的矩陣。x,y是網(wǎng)格坐標(biāo)矩陣，z是網(wǎng)格點上的高度矩陣，c用于指定在不同高度下的顏色范圍。meshc (x,y,z)帶等高線的三維網(wǎng)格曲面函數(shù) meshz(x,y,z)帶底座的三維網(wǎng)格曲面函數(shù) 例繪制三維曲面圖z=sin(x

13、+sin(y)-x/10 x ,y(0,4*pi)在xy平面內(nèi)選擇區(qū)域x -8,8，y -8,8，繪制三維曲面并比較z=sin(sqrt(x2+y2)/ sqrt(x2+y2)標(biāo)準(zhǔn)三維曲面 sphere函數(shù)的調(diào)用格式為：x,y,z=sphere(n)cylinder函數(shù)的調(diào)用格式為：x,y,z= cylinder(R,n)peaks 函數(shù)，稱為多峰函數(shù)，常用于三維曲面的演示。其他三維曲面函數(shù)條形圖、桿圖、餅圖和填充圖等特殊圖形 bar3、stem3、pie3 和fill3 1. 讀取圖像： f = imread(filename);（1）支持的格式為：tiff、jpeg、gif、bmp、png

14、、xwd。（2）若命令行中沒有加分號，則matlab將立即顯示該行中指的運算結(jié)果。（3）m,n = size(f); 將返回圖像f 的行數(shù)m，列數(shù)n。（4）whos f; 顯示一個數(shù)組的附加信息（變量名、尺寸、字節(jié)數(shù)），有無分號都一樣。2. 顯示圖像：imshow(f, G);（1）f為圖像，G為顯示該圖像的灰度級數(shù)。默認為256。（2）imshow(f, low, high); 所有=high的值都顯示為白色，兩者之間將以默認的級數(shù)顯示為中等亮度值。（3）imshow(f, ); 將low設(shè)置為數(shù)組f的最小值，high設(shè)置為最大值，對顯示動態(tài)范圍較小會哦有正負值的圖像很有用。（4）figur

15、e, imshow(f); 將保留前面顯示的圖像不被覆蓋3. 保存圖像：imwrite(f, filename)（1）imwrite(f, filename, tif); 將圖像f寫為tiff格式且命名為filename的文件。（2）imwrite(f, filename.jpg, quality, q); q在0100之間，q越小，圖像退化越嚴重。（3）imfinfo filename.jpg; 可以顯示圖像filename.jpg 的詳細信息。4. 數(shù)據(jù)類間的轉(zhuǎn)換： B = dataname(A) 例如：b = im2uint8(a);MATLAB中讀入圖像的數(shù)據(jù)類型是uint8，而在矩陣中使用的數(shù)據(jù)類型是double。可以通過語句b = im2uint8(a);把圖像數(shù)組a轉(zhuǎn)換成double精度類型；如果不轉(zhuǎn)換，在對uint8進行加減時會產(chǎn)生溢出，可能提示的錯誤為：Function * is not defined for values of class uint8 im2double(a):將圖像數(shù)組轉(zhuǎn)換成double精度類型 im2uint8(a):將圖像數(shù)組轉(zhuǎn)換成u