數(shù)字圖像處理第一章(00002)課件

數(shù)字圖像處理第１章緒論內(nèi)容提要:數(shù)字圖像處理的發(fā)展簡(jiǎn)史圖像處理的任務(wù)基本的圖像處理系統(tǒng)數(shù)字圖像處理的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)1.1數(shù)字圖像處理及發(fā)展簡(jiǎn)史1.1.1圖像的定義圖像：二維空間上的強(qiáng)度分布如果只考慮光的能量圖像在視覺(jué)上表現(xiàn)為灰色影像--灰度圖像：

靜止灰度圖像：模擬圖像－人眼成像瞳孔，晶狀體視網(wǎng)膜神經(jīng)大腦模擬圖像例－人眼成像視網(wǎng)膜區(qū)域分布了大量的視覺(jué)細(xì)胞，以接受外界光的強(qiáng)弱及顏色。中央凹的視覺(jué)細(xì)胞分布很密，向外逐漸稀疏。視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)中央凹視網(wǎng)膜中央?yún)^(qū)域稱為a區(qū)域，主要以觀察物體的細(xì)節(jié)為主。視網(wǎng)膜邊界區(qū)域稱為?區(qū)域，主要以觀察運(yùn)動(dòng)物體為主。模擬圖像與數(shù)字圖像數(shù)字圖像：一個(gè)被采樣和量化后的二維函數(shù)，采用等距離矩形網(wǎng)格采樣，對(duì)幅度進(jìn)行間隔量化。1.1.3

數(shù)字圖像原理取樣和量化的基本概念數(shù)字化包括取樣和量化兩個(gè)過(guò)程：取樣：對(duì)空間連續(xù)坐標(biāo)(x,y)的離散化量化：幅值f(x,y)的離散化數(shù)字化圖像所需的主要硬件：采樣孔、圖像掃描機(jī)構(gòu)、光傳感器、量化器、輸出存儲(chǔ)體1.1.3

數(shù)字圖像原理圖像采樣與量化x0y寬度方向：列高度方向：行若灰度級(jí)劃分為8，則用3個(gè)二進(jìn)制位表示：23＝8（稱為8色圖像或3位圖像）象素07654321彩色模擬圖像灰度圖像（縮?。㏑GB顏色空間（c）像素（d）灰度級(jí)1.1.4數(shù)字圖像的基本屬性在計(jì)算機(jī)中的二維陣列（網(wǎng)格）：二維數(shù)組兩個(gè)基本屬性：①幾何屬性：坐標(biāo)②物理屬性：灰度、亮度I→顏色、透射度、深度。

1.1.5數(shù)字圖像表示單色圖像(monochromeimage)：即黑白圖像，每個(gè)像素的灰度值只有0和1灰度圖像(grayscaleimage)：每個(gè)像素的灰度值占一個(gè)字節(jié)彩色圖像：真彩色圖像：每個(gè)像素的灰度值占三個(gè)字節(jié)，分別為R、G、B索引彩色圖像：即調(diào)色板彩色圖像，如8位或16位偽彩色圖像多譜圖像：如由衛(wèi)星多孔徑雷達(dá)所成的多波段圖像，多幅圖像表達(dá)同一圖像的不同波段信息壓縮圖像彩色空間示意圖數(shù)字圖像常見(jiàn)參數(shù)分辯率：用來(lái)描述數(shù)字圖象所表示的空間細(xì)節(jié)的程度（高或低）。設(shè)備無(wú)關(guān)：象素的個(gè)數(shù)M*N設(shè)備有關(guān)：如pixel/mmIntensity&Contract（亮度和對(duì)比度）&graylevel灰度級(jí)：表示1Byte/pixel-256級(jí)（灰度級(jí)）

2005年1月14日，“惠更斯”探測(cè)器拍攝了“土衛(wèi)六”的圖像土衛(wèi)六的地貌圖陸地衛(wèi)星5號(hào)1.2.1圖像處理的目的一般地，圖像處理中需要完成以下一個(gè)或幾個(gè)任務(wù)：（1）提高圖像的視覺(jué)質(zhì)量以提供人眼主觀滿意或較滿意的效果。（2）提取圖像中目標(biāo)的某些特征，以便于計(jì)算機(jī)分析或機(jī)器人識(shí)別。（3）為了存儲(chǔ)和傳輸龐大的圖像和視頻信息，常常對(duì)這類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮。（4）信息的可視化。（5）信息安全的需要。1.2圖像處理的目的、任務(wù)與特點(diǎn)

1.2.2圖像處理的任務(wù)

圖像處理的主要任務(wù)：圖像獲取與數(shù)字化圖像增強(qiáng)圖像恢復(fù)圖像重建圖像變換圖像編碼與壓縮圖像分割圖1.5胸部X光片圖像圖1.6紅外熱像儀檢測(cè)的手1.2.3數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)4．?dāng)?shù)字圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)。5．?dāng)?shù)字圖像處理與模擬方式處理圖像相比，也有一些不足之處，如（1）數(shù)字圖像處理的信息大多是二維或二維以上的多維信息，數(shù)據(jù)量巨大（2）數(shù)字圖像信號(hào)占用的頻帶較寬。（3）處理費(fèi)時(shí)。1.3.1圖像處理硬件1.圖像輸入設(shè)備完成將模擬光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成模擬電圖像的過(guò)程。數(shù)字化圖像輸入設(shè)備還進(jìn)一步將模擬電圖像進(jìn)行數(shù)字化以便于存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)處理。2.圖像存儲(chǔ)器為了適應(yīng)圖像的大數(shù)據(jù)量要求，輸入圖像、輸出圖像以及中間結(jié)果圖像必須用大容量存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)。3.主機(jī)用于圖像處理的計(jì)算機(jī)。4．顯示器及圖像輸出設(shè)備1.3.2圖像處理軟件

圖1.11圖像處理軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1.3.2圖像處理軟件1.圖像設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序2.操作系統(tǒng)：（1）IBMPC及兼容機(jī)一般使用MicrosoftWindows操作系統(tǒng)。（2）AppleMacintosh機(jī)一般使用MacOSX操作系統(tǒng)。（3）圖形工作站典型使用UNIX或XWINDOWS操作系統(tǒng)。3．圖像處理開(kāi)發(fā)工具（1）VC++面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸?）MATLAB的圖像處理工具箱（3）圖像應(yīng)用軟件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee1.3.3數(shù)字圖像處理內(nèi)容的四個(gè)層次

(1)

圖像輸入輸出（掃描儀、多媒體視頻卡、圖像卡、監(jiān)視系統(tǒng)）(2)

圖像表示、轉(zhuǎn)換（多媒體各種文件格式、幾何、亮度、對(duì)比度、剪貼）——給人看(3)

圖像處理、分析（特征提出、圖像壓縮、幾何校正2D→3D）——給機(jī)器看(4)圖像理解、解釋——計(jì)算機(jī)視覺(jué)計(jì)算機(jī)視覺(jué)計(jì)算機(jī)視覺(jué)是用各種成象系統(tǒng)代替視覺(jué)器官作為輸入敏感手段,有計(jì)算機(jī)代替大腦完成處理和解釋,為計(jì)算機(jī)和機(jī)器人開(kāi)發(fā)具有人類水平的視覺(jué)能力。最終目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)對(duì)三維景物世界的理解。計(jì)算機(jī)視覺(jué)計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理的原始信息多是圖像，在這個(gè)意義上計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)當(dāng)是圖像處理的一部分。從發(fā)展的眼光來(lái)看，圖像處理的發(fā)展方向必然趨向計(jì)算機(jī)視覺(jué)。圖像處理將成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)的前期研究?jī)?nèi)容。經(jīng)典理論——Marr理論2維2.5維3維提取二維平面特征建立三維模型將二維平面特征進(jìn)行組合進(jìn)而得到三維信息為什么要研究生物視覺(jué)在圖像處理方面具有計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)達(dá)不到的能力。即使是嬰兒的圖像識(shí)別能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前計(jì)算機(jī)。依據(jù)生物視覺(jué)機(jī)理，提高計(jì)算機(jī)圖像處理能力，是計(jì)算機(jī)圖像處理的必然發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)學(xué)科的難題軟件角度：“一只馬戲團(tuán)的猴子如何教會(huì)另一只馬戲團(tuán)的猴子如何演馬戲”。硬件角度：大腦信息處理的機(jī)制與計(jì)算機(jī)不同大腦：大量CPU（簡(jiǎn)單）計(jì)算機(jī)：少量CPU（復(fù)雜）好處永無(wú)止盡研究人員可以大膽發(fā)揮想象力，充分開(kāi)發(fā)個(gè)人的智力。在理解與掌握現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上，研究將不受束縛。沒(méi)有權(quán)威，全依仗研究人員悟性。所謂：“人人都是食神！”計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的特點(diǎn)多學(xué)科交叉計(jì)算機(jī)視覺(jué)計(jì)算機(jī)心理學(xué)生理學(xué)物理學(xué)信號(hào)處理數(shù)學(xué)最優(yōu)化理論高等幾何線性系統(tǒng)高度代數(shù)概率統(tǒng)計(jì)隨機(jī)過(guò)程等等計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的途徑硬件：第四代計(jì)算機(jī)（人工智能計(jì)算機(jī)）軟件：通過(guò)研究人的視覺(jué)機(jī)理，提高計(jì)算機(jī)圖像處理能力：傳感器（眼睛）：成像機(jī)理及前期處理處理機(jī)理（大腦）：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效途徑研究視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)：假象：虛幻、不真實(shí)錯(cuò)覺(jué)：真實(shí)，錯(cuò)誤從錯(cuò)覺(jué)出發(fā)，可能能夠了解人視覺(jué)機(jī)理。進(jìn)一步將其數(shù)學(xué)模型化。即可達(dá)到目的。常見(jiàn)錯(cuò)覺(jué)Hermann格子圖像Muller—Lyer錯(cuò)覺(jué)Ponzo錯(cuò)覺(jué)Hering錯(cuò)覺(jué)Orbison錯(cuò)覺(jué)Pogendoff錯(cuò)覺(jué)Zollnar錯(cuò)覺(jué)圖像表示與轉(zhuǎn)換放大、縮小：圖像表示與轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)圖像表示與轉(zhuǎn)換亮度調(diào)整圖像表示與轉(zhuǎn)換對(duì)比度調(diào)整圖像處理與分析圖像分割圖像處理與分析圖像分割圖像處理與分析紋理分割圖像處理與分析角點(diǎn)檢測(cè)圖像處理與分析線條檢測(cè)圖像處理與分析線條檢測(cè)圖像處理與分析邊緣檢測(cè)圖像處理與分析邊緣檢測(cè)

圖像壓縮

原始圖像經(jīng)過(guò)壓縮后的圖像哈夫曼編碼預(yù)測(cè)編碼

圖像壓縮

預(yù)測(cè)編碼行程編碼1.原始圖像及其屬性行程編碼2.壓縮文件的屬性解壓后生成的文件

由于行程編碼屬于無(wú)損壓縮，所以原始圖像和解壓后的圖像基本上沒(méi)有任何差別，不會(huì)出現(xiàn)失真的情況LZW編碼1.原始圖像及其屬性LZW編碼2.壓縮文件的屬性屬性解壓后生成的文件幾何校正多項(xiàng)式卷繞圖像處理范例——圖像分割圖像處理范例——圖像融合（a）待融合圖像CT(b)待融合圖像MR（f）融合規(guī)則四的結(jié)果(e)融合規(guī)則三的結(jié)果(c)融合規(guī)則一的結(jié)果（d）融合規(guī)則二的結(jié)果（g）融合規(guī)則五的結(jié)果圖4－4運(yùn)用不同的融合規(guī)則得到的融合結(jié)果圖像處理范例——邊緣提取圖像處理范例——邊緣檢測(cè)圖像處理范例——邊緣檢測(cè)圖像處理范例——邊緣檢測(cè)圖像處理范例——畸變校正圖像處理范例——幾何校正圖像處理范例——背景更新圖像處理范例——背景更新圖像處理范例——目標(biāo)檢測(cè)1.４數(shù)字圖像處理的應(yīng)用1.遙感資源普查、規(guī)劃，氣象預(yù)報(bào)，環(huán)保（污染調(diào)查）利用衛(wèi)星照片和航空照片輻射校正（亮度）和幾何校正提取地物地貌特征或三維重建（shapefromshadow,SFS）

1.４數(shù)字圖像處理的應(yīng)用2.工程與辦公自動(dòng)化文件與圖紙讀?。ㄎ臋n保存數(shù)字化），OCR，文字識(shí)別等

3.生物醫(yī)學(xué)圖像處理

在X光片，血細(xì)胞圖像，淋巴細(xì)胞圖像，染色體圖像，B超圖像等中的處理及識(shí)別CT圖像處理及三維重建（虛擬人體）

1.４數(shù)字圖像處理的應(yīng)用4.軍事公安偵察、尋找目標(biāo)、制導(dǎo)、警戒安全系統(tǒng)和鑒別系統(tǒng)：入口控制，指紋、人臉、眼紋識(shí)別核材料檢測(cè)5.工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線控制（