數(shù)字圖像處理緒論

數(shù)字圖像處理第一章數(shù)字圖像處理緒論任課教師林忠華課程內(nèi)容第1章數(shù)字圖像處理緒論第2章圖像增強(qiáng)第3章圖像復(fù)原

第4章圖像編碼

第5章圖像分割第6章目標(biāo)表示與描述第7章形態(tài)學(xué)數(shù)字圖像處理緒論一、教材與參考書二、圖像及其分類三、圖像和像素四、像素間的關(guān)系五、采樣與量化六、三種常見的圖像七、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)八、數(shù)字圖像處理的目的、應(yīng)用及發(fā)展方向九、數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容十、小結(jié)習(xí)題1教材與參考書姚敏等，數(shù)字圖像處理，機(jī)械工業(yè)出版社RafaelC.Gonzalez,RichardE.Woods著，阮秋琦，阮宇智等譯，數(shù)字圖像處理（第二版），電子工業(yè)出版社RafaelC.Gonzalez，RichardE.Woods，StevenL.Eddins，DigitalImageprocessingUsingMATLAB

，電子工業(yè)出版社章毓晉，圖像處理和分析技術(shù)，高等教育出版社何斌等，VisualC++數(shù)字圖像處理（第二版），人民郵電出版社章毓晉，圖像處理和分析教程，人民郵電出版社李俊山等，數(shù)字圖像處理，清華大學(xué)出版社圖像實(shí)例(a)衛(wèi)星云圖

(b)風(fēng)景圖片

圖像特點(diǎn)1直觀形象2易懂3信息量大2圖像分類按灰度分類：二值、多灰度

按色彩分類：?jiǎn)紊⒉噬?/p>

按運(yùn)動(dòng)分類：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)

按時(shí)空分布分類：二維、三維

3圖像和像素?cái)?shù)字圖像是指由被稱作像素的小塊區(qū)域組成的二維矩陣。將物理圖像行列劃分后，每個(gè)小塊區(qū)域稱為像素（pixel）。每個(gè)像素包括兩個(gè)屬性：位置和亮度（或色彩）。對(duì)灰度圖像而言，每個(gè)像素的亮度用一個(gè)數(shù)值（即灰度值）來表示，通常數(shù)值范圍在0到255之間，即可用一個(gè)字節(jié)來表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度級(jí)別。Pictureelement3圖像和像素物理圖像及對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像3圖像和像素圖1-1數(shù)字圖像3圖像和像素圖像數(shù)字化是將一幅畫面轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能處理的形式——數(shù)字圖像的過程。

模擬圖像數(shù)字圖像正方形點(diǎn)陣具體來說，就是把一幅圖畫分割成如圖所示的一個(gè)個(gè)小區(qū)域（像元或像素），并將各小區(qū)域灰度用整數(shù)來表示，形成一幅數(shù)字圖像。它包括采樣和量化兩個(gè)過程。小區(qū)域的位置和灰度就是像素的屬性。數(shù)字圖像的兩個(gè)基本問題像素?cái)?shù)目灰度值的度量本質(zhì)問題：連續(xù)-》離散4像素間的基本關(guān)系N4(p)——像素(x,y)的4鄰域(x+1,y)，(x-1,y)，(x,y+1)，(x,y-1)ND(p)——像素(x,y)的對(duì)角鄰域(x+1,y+1)，(x+1,y-1)，(x-1,y+1)，(x-1,y-1)N8(p)——像素(x,y)的8鄰域

N4(p)+ND(p)4像素間的基本關(guān)系像素鄰域

4鄰域，記為N(p)對(duì)角鄰域，記為N(p)

8-鄰域，記為N(p)4像素間的基本關(guān)系V是用于定義連接性的灰度值集合

4連接：2個(gè)像素p和r在V中取值，且r在N4(p)中，則它們?yōu)?連接；8連接：2個(gè)像素p和r在V中取值，且r在N8(p)中，則它們?yōu)?連接；m連接(混合連接)：2個(gè)像素p和r在V中取值，且滿足下列條件之一，則它們?yōu)閙連接：r在N4(p)中；

r在ND(p)中且N4(p)∩N4(r)是空集，該集合是由p和r的在V中取值的4近鄰像素組成。4像素間的基本關(guān)系從具有坐標(biāo)(x,y)的像素p到具有坐標(biāo)(s,t)的像素q的通路（或曲線）是特定像素序列，其坐標(biāo)為(x0,y0)，(x1,y1)，，(xn,yn)這里，(x0,y0)=(x,y)，(xn,yn)=(s,t)，并且像素(xi,yi)和(xi-1,yi-1)是連接的。在這種情況下，n是通路的長(zhǎng)度。如果(x0,y0)=(xn,yn)，則通路是閉合通路。可以依據(jù)所用的連接類型定義4，8或m通路。

4像素間的基本關(guān)系4像素間的基本關(guān)系4像素間的基本關(guān)系5采樣與量化采樣

將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)的操作稱為采樣。采樣間隔的大小是個(gè)很重要的參數(shù)。

當(dāng)對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)際的抽樣時(shí)，怎樣選擇各抽樣點(diǎn)的間隔是個(gè)非常重要的問題。關(guān)于這一點(diǎn)，圖像包含何種程度的細(xì)微的濃淡變化取決于希望反映圖像的程度。5采樣與量化圖像量化取樣點(diǎn)數(shù)和量化級(jí)數(shù)的選取條件：圖像有M*N個(gè)像素，每個(gè)像素有Q個(gè)灰度級(jí)別。取值規(guī)則：M、N和Q通?？偸侨?的整數(shù)次冪。Q=2b，若Q=256，則b=8，稱為圖像的8bit量化，或稱256級(jí)灰度。取值范圍：由于存在量化誤差，原則上b越大重建圖像失真越小。 對(duì)于人眼應(yīng)用b取5-8； 而對(duì)于衛(wèi)星圖片等圖像分析應(yīng)用b取8-12。5采樣與量化實(shí)際需要：

1）當(dāng)圖像中有大面積灰度變化緩慢的平滑區(qū)域（如人臉），則b加大，M*N可變小。否則會(huì)出現(xiàn)假輪廓。

2）當(dāng)復(fù)雜的圖像時(shí)（如球場(chǎng)觀眾），則b減小，M*N可加大。否則會(huì)丟失圖像細(xì)節(jié)。5采樣與量化圖像質(zhì)量與采樣5采樣與量化圖像質(zhì)量與量化6三種常見的圖像灰度級(jí)6三種常見的圖像灰度圖像(128x128)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值矩陣（僅列出一部分(26x31)）

6三種常見的圖像彩色圖像可以用紅、綠、藍(lán)三元組的二維矩陣來表示。通常，三元組的每個(gè)數(shù)值也是在0到255之間，0表示相應(yīng)的基色在該像素中沒有，而255則代表相應(yīng)的基色在該像素中取得最大值，這種情況下每個(gè)像素可用三個(gè)字節(jié)來表示。彩色圖像(128x128)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值矩陣（僅列出一部分(25x31)）

6三種常見的圖像6三種常見的圖像索引圖像調(diào)色板（palette）：圖像的色彩索引表。若圖像的色彩數(shù)遠(yuǎn)小于全色彩數(shù)時(shí)，當(dāng)每個(gè)像素的值用色彩索引表的位置表示就可以大大節(jié)約存儲(chǔ)空間。6三種常見的圖像索引圖像7數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像數(shù)字化設(shè)備、圖像處理計(jì)算機(jī)和圖像輸出設(shè)備組成。圖像數(shù)字化設(shè)備：掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝象機(jī)與圖像采集卡等圖像處理計(jì)算機(jī)：PC、工作站等（通常將存儲(chǔ)設(shè)備也包括在內(nèi)）圖像輸出設(shè)備：打印機(jī)、繪圖儀等8數(shù)字圖像處理目的1.提高圖像的視感質(zhì)量，以達(dá)到賞心悅目的目的。2.提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，便于計(jì)算機(jī)分析。3.對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、編碼和壓縮，便于圖像的存儲(chǔ)和傳輸。8數(shù)字圖像處理應(yīng)用數(shù)字圖像處理日益普及數(shù)字化設(shè)備越來越多；計(jì)算機(jī)處理能力越來越強(qiáng)；存儲(chǔ)設(shè)備的發(fā)展；8數(shù)字圖像處理應(yīng)用_視覺監(jiān)控視覺監(jiān)視、公安：銀行防盜，人臉識(shí)別等。8數(shù)字圖像處理應(yīng)用_工業(yè)檢測(cè)工業(yè)檢測(cè)與測(cè)量：公路路面破損圖像識(shí)別網(wǎng)裂龜裂8數(shù)字圖像處理應(yīng)用_高精度制導(dǎo)軍事偵察、高精度制導(dǎo)Chinese_embassy193間諜衛(wèi)星和標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)彈8數(shù)字圖像處理應(yīng)用_醫(yī)療診斷醫(yī)療診斷：CT技術(shù)，癌細(xì)胞識(shí)別等。8數(shù)字圖像處理應(yīng)用_通訊通訊：可視電話，視頻點(diǎn)播等。8數(shù)字圖像處理應(yīng)用_公共服務(wù)影視業(yè)、娛樂、公眾服務(wù)：廣告，基于內(nèi)容檢索等。8數(shù)字圖像處理發(fā)展方向（1）在進(jìn)一步提高精度的同時(shí)著重解決處理速度問題（2）加強(qiáng)軟件研究、開發(fā)新的處理方法。（3）加強(qiáng)邊緣學(xué)科的研究工作。（4）加強(qiáng)理論研究，形成圖像處理科學(xué)自身的理論體系9數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容不管圖像處理是何種目的，都需要用計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、加工和輸出，因此數(shù)字圖像處理研究的內(nèi)容主要有以下8個(gè)部分：

1)圖像獲取、表示和表現(xiàn)該過程主要是把模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字形式，以及把數(shù)字圖像顯示和表現(xiàn)出來（如打印）。這一過程主要包括攝取圖像及數(shù)字化等幾個(gè)步驟。

9數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容2)圖像復(fù)原

當(dāng)造成圖像退化（圖像品質(zhì)下降）的原因已知時(shí)，復(fù)原技術(shù)可以對(duì)圖像進(jìn)行校正。圖像復(fù)原最關(guān)鍵的是對(duì)每種退化都需要有一個(gè)合理的模型。退化模型和特定數(shù)據(jù)一起描述了圖像的退化，因此，復(fù)原技術(shù)是基于模型和數(shù)據(jù)的圖像恢復(fù)，其目的是消除退化的影響，從而產(chǎn)生一個(gè)等價(jià)于理想成像系統(tǒng)所獲得的圖像。

9數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容3)圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是對(duì)圖像質(zhì)量在一般意義上的改善。當(dāng)無法知道圖像退化有關(guān)的定量信息時(shí)，可以使用圖像增強(qiáng)技術(shù)較為主觀地改善圖像的質(zhì)量。有時(shí)可能需要徹底改變圖像的視覺效果，以便突出重要特征的可觀察性，使人或計(jì)算機(jī)更易觀察或檢測(cè)。在這種情況下，可以把增強(qiáng)理解為增強(qiáng)感興趣特征的可檢測(cè)性，而非改善視感質(zhì)量。9數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容4)圖像分割

把圖像分成區(qū)域的過程就是圖像分割。圖像中通常包含多個(gè)對(duì)象，圖像處理為達(dá)到識(shí)別和理解的目的，幾乎都必須按照一定的規(guī)則將圖像分割成區(qū)域，每個(gè)區(qū)域代表被成像的一個(gè)物體。9數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容5)圖像壓縮編碼

數(shù)字圖像的特點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)量龐大。因此在實(shí)際應(yīng)用中圖像壓縮是必需的。圖像編碼主要是利用圖像信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性及人類視覺的生理學(xué)及心理學(xué)特性，對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行高效編碼，即研究數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，目的是解決數(shù)據(jù)量大的矛盾。一般來說，圖像編碼的目的有三個(gè)：①減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量；②降低數(shù)據(jù)率以減少傳輸帶寬；③壓縮信息量，便于特征提取，為后續(xù)識(shí)別作準(zhǔn)備。

9數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容6)圖像處理中的頻域變換

數(shù)字圖像處理的方法主要分為:一是空域法,二是頻域法.把圖像變換到頻率域可以從另一個(gè)角度來分析圖像的特性，以便更準(zhǔn)確地處理它.在頻域處理法中最為關(guān)鍵的預(yù)處理便是變換處理.目前,在圖像處理技術(shù)中,頻率域變換正被廣泛地運(yùn)用于圖像的特征提取,圖像增強(qiáng)，圖像復(fù)原以及圖像的變換編碼等領(lǐng)域中.9數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容7)目標(biāo)表達(dá)與描述通過圖像分割把圖像空間分成一些有意義的區(qū)域，然后采用不同于原始圖像的適當(dāng)形式將目標(biāo)表示出來，并對(duì)目標(biāo)特征進(jìn)行描述，再對(duì)圖像進(jìn)行分析和理解處理圖像分割的結(jié)果要么是區(qū)域內(nèi)的像素的集合，要么是位于區(qū)域邊界上的像素的集合，所以對(duì)圖像中目標(biāo)的表達(dá)方法分為區(qū)域表達(dá)和邊界表達(dá)，對(duì)目標(biāo)的描述一般也分為對(duì)邊界的描述和對(duì)區(qū)域的描述9數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容8）形態(tài)學(xué)以形態(tài)為基礎(chǔ)對(duì)圖像進(jìn)行分析的一類數(shù)學(xué)工具。 基本思想是用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素，去量度和提取圖像中的對(duì)應(yīng)形狀，以達(dá)到對(duì)圖像分析