第一章《光電圖像處理》概述

電子科技大學光電信息學院二○一二年2月20日第一章《光電圖像處理》概述彭真明E-mail:zmpeng@

pengzm_ioe@163.com主要內容引言數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像的發(fā)展歷史數(shù)字圖像處理的研究內容數(shù)字圖像的應用舉例主要內容引言數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像的發(fā)展歷史數(shù)字圖像處理的研究內容數(shù)字圖像的應用舉例百聞不如一見Onepictureisworthmorethantenthousandwords. ——Anonymous

人類通過眼、耳、鼻、舌、身接收信息，感知世界。約有75%的信息是通過人眼(視覺系統(tǒng))獲取的。一、引言因此，數(shù)字圖像處理就是用數(shù)字計算機處理所獲取信息的技術。圖像存儲系統(tǒng)圖像輸入系統(tǒng)圖像處理與分析系統(tǒng)圖像輸出系統(tǒng)基本圖像處理系統(tǒng)的結構一、引言一、引言“圖像”為“事件或事物的一種表示、寫真或臨摹，或一個生動的或圖形化的描述”。“圖”是物體透射光或反射光的分布；“像”是人的視覺系統(tǒng)對圖的接收在大腦中形成的印象或認識；“圖像”是兩者的結合；圖像是客觀景物通過某種系統(tǒng)的一種映射；從廣義上說，是自然界景物的客觀反映。一、引言模擬圖像（物理圖像）：直接從觀測系統(tǒng)（輸入系統(tǒng)）獲得、未經(jīng)采樣和量化的圖像；模擬圖像在空間分布和亮度取值上均為連續(xù)分布。數(shù)字圖像：圖像的數(shù)字表示或經(jīng)過采樣和量化的圖像，像素就是離散單元，量化的灰度就是數(shù)字量值。電磁輻射與可見光一、引言

顏色的表觀特征：明度（Luminance）：顏色明亮的程度；一幅灰度圖像只有明度特征，而彩色圖像還具有色調和飽和度兩個色度特征；色調（Hue）：反映顏色的類別飽和度（Saturation）：表示顏色接近光譜色的程度。任何一種顏色都可以看著是某種光譜色與白色混合的結果，光譜色所占的比例越大，顏色接近光譜色的程度就越高，顏色的飽和度就愈高。飽和度高，顏色就深而艷。一、引言人對光的感覺是靠視網(wǎng)膜的感光細胞（椎狀和桿狀）椎狀細胞：感覺彩色色調桿狀細胞：提取亮度信息椎狀細胞桿狀細胞一、引言

顏色的定量描述LHS描述：

Luminance、Hue、Saturation描述法RGB描述：

Red、Green、Blue描述法三基色原理一、引言一、引言一、引言數(shù)字圖像的獲取基于CCD光電耦器件的輸入

——攝像機、數(shù)字攝像——數(shù)字相機——平板掃描儀基于光電倍增管的輸入設備

——滾筒掃描儀基于采集卡輸入設備一、引言圖像顯示—模擬電視掃描原理逐行掃描隔行掃描一、引言常見電視制式主要參數(shù)對比制式參數(shù)NTSC（美國）1952年制定PAL（西德）1962年制定總掃描行數(shù)525625行頻（Ｈz）1575015625隔行掃描2/12/1場頻（Ｈz）60（59.94）50幀頻（Ｈz）3025行同步寬度(um)4.7+-0.14.7+-0.2行消隱寬度(um)10.9+-0.212+-0.3高寬比4/34/3一、引言主要內容引言數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像的發(fā)展歷史數(shù)字圖像處理的研究內容數(shù)字圖像的應用舉例二、數(shù)字圖像基本概念圖像的數(shù)字化：采樣和量化

為了便于計算機處理，圖像函數(shù)f(x,y)在空間和取值上必須數(shù)字化。連續(xù)圖像數(shù)字圖像離散化NM圖像的數(shù)字化：采樣和量化

圖像的采樣（Sampling)：空間坐標(x,y)的數(shù)字化被稱為圖像采樣確定水平和垂直方向上的像素個數(shù)N、MＮＭ像素（pixel)二、數(shù)字圖像基本概念圖像的數(shù)字化：采樣和量化

圖像的量化(Quantization)：取值的數(shù)字化：被稱為圖像灰度級量化量化處理：將f映射到Z的處理Z的最大取值：確定像素的灰度級數(shù)G=2m。二、數(shù)字圖像基本概念fZ數(shù)字圖像的數(shù)學表示：像素坐標像素的灰度（Grayscale)二、數(shù)字圖像基本概念數(shù)字圖像的數(shù)學表示：二、數(shù)字圖像基本概念空間分辨率（SpatialResolution)512×512256×256128×12864×64采樣引起的空間分辨率與圖像質量數(shù)碼相機：

3072×2304＝7077888(700萬像素)2592×1944＝5038848(500萬像素)二、數(shù)字圖像基本概念灰度分辨率（GrayResolution)量化引起的灰度分辨率與圖像質量5122561286484二、數(shù)字圖像基本概念原圖低色調低對比度低飽和度主要內容引言數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像的發(fā)展歷史數(shù)字圖像處理的研究內容數(shù)字圖像的應用舉例三、數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史

20世紀20年代，紐約－倫敦海底電纜傳輸數(shù)字化的新聞圖片。傳遞時間從一個多星期減少到3個小時。1921年電報打印機采用特殊字符在編碼紙帶得到的圖像。1922年在信號兩次穿越大西洋后，從穿孔紙得到的圖像。圖像通信系統(tǒng)信源編碼和信道編碼。1929年從倫敦到紐約15級色調通過電纜傳遞照片。從早期5個灰度到15灰度?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡、移動通信再次歷經(jīng)這個過程。

20世紀五十年代中期在太空計劃的推動下開始這項技術的研究。重要標志是1964年美國噴氣推進實驗室（JPL）正式使用數(shù)字計算機對“徘徊者7號”太空船送回的四千多張月球照片進行了處理。美國航天器傳送的第一張月球照片，1964年7月31日在光線影響月球表面17分鐘攝取的圖像。2007年10月24日18時05分04秒西昌衛(wèi)星發(fā)射中心“嫦娥一號”衛(wèi)星，11月20日傳回的首張圖片月球背面一個典型的輻射線撞擊坑

三、數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史通過反演得到三維圖

生物醫(yī)學圖像處理1901年倫琴因發(fā)現(xiàn)X射線獲得首屆諾貝爾物理學獎。

三、數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史主要內容引言數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像的發(fā)展歷史數(shù)字圖像處理的研究內容數(shù)字圖像的應用舉例四、圖像處理包括的內容按顏色類別：二值圖像(BinaryImage)灰度圖像(Gray－scaleImage)多光譜彩色圖像(Multi-SpectrumImage)按成像傳感器類別：電視圖像(TV/VisibleImage)紅外圖像(InfraredImage)雷達圖像(RadarImage)超聲圖像(UltrasonicImage)核磁共振(Magneticresonanceimaging,MRI)

X-RAY圖像四、圖像處理包括的內容不同傳感器圖像對比：電視圖像四、圖像處理包括的內容紅外圖像不同傳感器圖像對比：發(fā)熱癥狀四、圖像處理包括的內容可見光→紅外四、圖像處理包括的內容可見光→紅外不同傳感器圖像對比：可見光圖像合成孔徑雷達(SAR)圖像四、圖像處理包括的內容X-Ray與超聲圖像X-光片超聲圖像四、圖像處理包括的內容MRI圖像四、圖像處理包括的內容PET-正電子發(fā)射計算機斷層顯像它將人體代謝所必須的物質，如葡萄糖、蛋白質、核酸、脂肪酸等，標記上極微量的短壽命正電子核素，制成顯像計注入人體，再用特殊的探測裝置檢測這些正電子標記物在體內的分布青況。人體不同組織的代謝狀態(tài)不同，所以這些核素標記物質在人體各種組織中的分布也不同，這些特點可通過圖像方式反映出來，從而可對病變進行分析和診斷。四、圖像處理包括的內容顯微圖像四、圖像處理包括的內容按動態(tài)與靜態(tài)分類：靜態(tài)圖像(StaticImage)動態(tài)圖像(DynamicImage)四、圖像處理包括的內容按應用方式分類：圖像增強(ImageEnhancement)圖像恢復(ImageRestoration)圖像重建(ImageReconstruction)圖像分割(ImageSegmentation)圖像壓縮(ImageCompression)圖像識別(ImageRecognition)圖像跟蹤(ImageTrack)四、圖像處理包括的內容圖像融合(ImageFusion)圖像增強(主觀)四、圖像處理包括的內容原圖像增強圖像圖像恢復(客觀）四、圖像處理包括的內容原圖像增強圖像圖像重建圖像變換與重建四、圖像處理包括的內容圖像邊緣檢測與分割四、圖像處理包括的內容圖像壓縮壓縮倍數(shù)10.26，PSNR36.51壓縮倍數(shù)98.70，PSNR25.22Lena1994Lena1974四、圖像處理包括的內容圖像識別與分析四、圖像處理包括的內容紋理識別指紋識別人臉識別筆跡簽定車牌識別……圖像處理包括的內容圖像跟蹤圖像融合四、圖像處理包括的內容圖像融合四、圖像處理包括的內容按理論方法分類：點處理、代數(shù)處理、幾何處理變換域處理與分析隨機統(tǒng)計等現(xiàn)代信號處理方法小波、形態(tài)學、分形等先進數(shù)學工具人工智能方法：如模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等四、圖像處理包括的內容主要內容引言數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像的發(fā)展歷史數(shù)字圖像處理的研究內容數(shù)字圖像的應用舉例五、數(shù)字圖像處理的應用空間探索、遙感應用

生物醫(yī)學工程工業(yè)應用——視覺檢驗、零部件選取、過程控制、交通監(jiān)控、自動駕駛等。軍事/公安——指紋識別、人臉識別、筆跡鑒定、目標探測與跟蹤。農(nóng)業(yè)應用——農(nóng)作物選種數(shù)字娛樂——網(wǎng)絡數(shù)字媒體、視頻特技、虛擬現(xiàn)實、視頻會議等?？臻g探索地球資源勘探遙感圖片氣象云圖氣象預報計算機繪畫計算機繪畫

計算機合成圖像

計算機合成圖像

廣告設計動畫

Wallpaper娛樂軍事應用——精確制導、目標跟蹤

“道爾”

野戰(zhàn)地空導彈武器系統(tǒng)，是世界上最先采用垂直發(fā)射方式的近程防空系統(tǒng)，同時也是一種全天候、全自動、三位一體(目標搜索、跟蹤和導彈發(fā)射裝置同時裝在一輛車上)的新一代高性能防空導彈發(fā)射車。它具有警戒、指揮與控制、導彈制導與發(fā)射等眾多功能，既可以獨立作戰(zhàn)，也可以和發(fā)射連的其它發(fā)射車協(xié)同作戰(zhàn)。它可在低空、超低空和近程區(qū)域內攔截多種非隱身與隱身空襲目標，如固定翼飛機、直升機、無人機以及巡航導彈、空地導彈、反輻射導彈、精確制導炸彈等，主要用于保護陸地作戰(zhàn)部隊和一些重要目標免遭敵人空襲，其性能在同類系統(tǒng)中是出類拔萃的。

軍事應用——隱形飛機、定位轟炸

B－2轟炸機的單價高達22.2億美元，是世界上迄今為止最昂貴的飛機。北約在對南聯(lián)盟空襲中，首次動用了2架B－2隱形戰(zhàn)略轟炸機，使這種飛機第一次用于實戰(zhàn)。B－2轟炸機由美國諾思羅普公司為美國空軍研制，采用了眾多的隱形技術，特別是它怪異的外形，機翼出奇的長，全身漆黑，就像一只巨大的蝙蝠，而且外面看不到任何武器。該型機沒有機身，機身與機體完全融為一體。它的高度約5.18米，長約21米，翼展達52.42米。目前，美國空軍有20架B－2轟炸機，并正在研制一種“綽號”為“金冠球座”（TEE－SAM）的空對空、空對地和空對艦三維遠程攻擊導彈。揚言，B－2轟炸機能在接到命令后數(shù)小時內自美國本土起飛，攻擊世界任何地區(qū)的目標。軍事應用——紅外夜視交通監(jiān)控自動駕駛主要內容引言數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像的發(fā)展歷史數(shù)字圖像處理的研究內容數(shù)字圖像的應用舉例幾點要求教學日歷：（每周4個學時，周一1-2節(jié)，周四5-6節(jié)）

1-12周，包括課堂教學(40)與上機練習(8).作業(yè)與考試：

作業(yè)5-6次，平時成績（20分）、實驗（20分）與期末考試（60分）至少掌握一門編程語言：

VC++或Matlab

教材：

——《光電圖像處理及應用》，彭真明等，電子科技大學出版社，2008年3月。

答疑地點

——逸夫樓樓217或239幾點要求網(wǎng)絡學堂：

22/wlxt/listcourse.asp?courseid=0414

參考資料：

1、劉文耀等編著，《光電圖像處理》，北京：電子工業(yè)出版社，2002年11月2、Kenneth