數(shù)字圖像處理復(fù)習(xí)課件

-----復(fù)習(xí)數(shù)字圖像處理-----復(fù)習(xí)數(shù)字圖像處理1第一章：概述引言數(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(nèi)容數(shù)字圖像的應(yīng)用舉例第一章：概述引言2第一章：概述1.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(diào)和飽和度兩個色度特征；色調(diào)（Hue）：反映顏色的類別飽和度（Saturation）：表示顏色接近光譜色的程度。第一章：概述1.顏色的表觀特征：3第一章：概述“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。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2.圖像的概念第一章：概述“圖像”為“事件或事物的一種表示、寫真或臨摹，或4第一章：概述圖像輸入系統(tǒng)圖像處理與分析系統(tǒng)圖像輸出系統(tǒng)3.基本圖像處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖像存儲系統(tǒng)第一章：概述圖像輸入系統(tǒng)圖像處理與圖像輸出系統(tǒng)3.基本圖像54.數(shù)字圖像的獲取第一章：概述（1）

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（2）基于光電倍增管的輸入設(shè)備

——滾筒掃描儀（3）基于采集卡輸入設(shè)備4.數(shù)字圖像的獲取第一章：概述（1）基于CCD光電耦器6第一章：概述5.圖像質(zhì)量與空間分辨率和灰度分辨率的關(guān)系

影響圖像清晰度的因素6.圖像處理包括的內(nèi)容圖像增強(ImageEnhancement)圖像恢復(fù)(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)圖像融合(ImageFusion)第一章：概述5.圖像質(zhì)量與空間分辨率和灰度分辨率的關(guān)系6.7第一章：概述空間探索、遙感應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程工業(yè)應(yīng)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(biāo)探測與跟蹤。農(nóng)業(yè)應(yīng)用——農(nóng)作物選種數(shù)字娛樂——網(wǎng)絡(luò)數(shù)字媒體、視頻特技、虛擬現(xiàn)實、視頻會議等。8.數(shù)字圖像處理的應(yīng)用第一章：概述空間探索、遙感應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程工業(yè)應(yīng)用——視覺81.視覺感覺要素瞳孔：控制進入人眼內(nèi)之光通量(照相機光圈作用)。晶狀體：其曲率可調(diào)節(jié)，以改變焦距，使不同距離的圖在視網(wǎng)膜上成象。視細胞：視網(wǎng)膜上的視細胞分為兩類：錐狀細胞、桿(柱)狀細胞。第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識錐狀體細胞（600-700w）：明視細胞,在強光下檢測亮度和顏色桿(柱)狀體細胞(7500-15000w)：暗視細胞，在弱光下檢測亮度，無色彩感覺(微光視覺/暗視覺)。1.視覺感覺要素第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識錐狀體細胞9第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識視細胞視神經(jīng)視經(jīng)中樞光信號生理電信號成像大腦2.人眼成象過程視覺的空間特性

人眼的空間分辨能力為1’(1/60度)；灰度分辨能力大約64級。視覺的時間特性

活動圖像的幀頻至少是15幀/s的時候，人眼才有圖像連貫的感覺。第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識視細胞視神經(jīng)視經(jīng)中樞光信號生理10第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識3.視覺感覺要素4.數(shù)字圖像的取樣和量化

同時對比效應(yīng)馬赫帶效應(yīng)視覺錯覺

采樣：空間上的離散化量化：灰度上的離散化灰度級L=2k,稱為k位圖像第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識3.視覺感覺要素同時對比效應(yīng)11第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識5.空間和灰度分辨率6.圖像的收縮與放大空間分辨率:圖像中可分辨的最小細節(jié)，主要由采樣間隔值決定,采樣間隔值越小，空間分辨率越高.灰度分辨率:灰度級別中可辨別的最小變化，通常也把灰度級L稱為灰度分辨率（1）圖像的收縮——行、列刪除（2）圖像的放大

創(chuàng)立新的象素位置；給新象素賦灰度值內(nèi)插法：最近鄰內(nèi)插，雙線性內(nèi)插和雙三次內(nèi)插第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識5.空間和灰度分辨率空間分辨率12第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識7、圖像處理的算術(shù)操作

算數(shù)運算是指對兩幅或多幅輸入圖像進行點對點的加、減、乘、除計算而得到輸出圖像的運算（涉及一個空間位置（象素）的運算）。加法：去除“疊加性”噪音，生成圖像的疊加效果減法：去除不需要的疊加性圖案；檢測兩幅圖像之間的差別；

計算物體邊界的梯度（差分運算）；第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識7、圖像處理的算術(shù)操作算數(shù)13第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識8.圖像處理的空間操作1.單象素操作：原圖像中象素的灰度值；處理后圖像中象素的灰度值2.鄰域操作：鄰域處理的局部平均：第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識8.圖像處理的空間操作1.14第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識3.幾何空間變換

4.圖像處理的概率方法概率方法應(yīng)用的前提：直將圖像的灰度值看成是隨機變量第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識3.幾何空間變換

4.15第三章：灰度變換與空間濾波圖象增強目的

1.改善圖象的視覺效果，提高圖像的清晰度；

2.圖像更適合于人眼觀察和機器分析識別的形式基本方法空間域處理：點處理（圖象灰度變換、直方圖均衡等）；

鄰域處理（線性、非線性平滑和銳化等）；頻域處理：空間濾波

第三章：灰度變換與空間濾波圖象增強目的1.改善圖象的視覺16第三章：灰度變換與空間濾波

灰度級變換函數(shù)：s=T(r)

r:變換前像素，s:變換后像素

三種基本類型

1.線性的(正比或反比)

2.對數(shù)的(對數(shù)和反對數(shù)的)

3.冪次的(n次冪和n次方根變換）4.分段線性變換函數(shù)

1.圖象灰度變換圖像反轉(zhuǎn)對數(shù)變換冪次變換第三章：灰度變換與空間濾波灰度級變換函數(shù)：1.圖象灰度17第三章：灰度變換與空間濾波2.直方圖處理直方圖：歸一化直方圖：原始圖象灰度分布的概率密度函數(shù)直方圖和圖像清晰度的關(guān)系：當(dāng)直方圖均勻分布時，圖像最清晰第三章：灰度變換與空間濾波2.直方圖處理直方圖：歸一化直方18第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識直方圖均衡化處理直方圖規(guī)定化：將原始圖象的直方圖轉(zhuǎn)換為期望的直方圖的形狀3.空間濾波基礎(chǔ)

圖像的平滑、銳化都是利用掩模操作來完成的。通過掩模操作實現(xiàn)一種鄰域運算

掩模運算的數(shù)學(xué)含義是卷積（或互相關(guān)）運算；掩模子圖像中的值是系數(shù)值，而不是灰度值；第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識直方圖均衡化處理圖像的平滑、19第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識掩膜版與圖像的相關(guān)和卷積運算4.空間平滑濾波

平滑線性濾波器（均值濾波器，濾波器領(lǐng)域模板內(nèi)像素的簡單平均）用途：用于模糊處理和減少噪聲。中值濾波器（統(tǒng)計濾波器的一種，模板領(lǐng)域內(nèi)像素排序，取中間值）主要用途：去除“椒鹽”噪聲5.空間銳化濾波器銳化處理的目的：是突出圖像中的細節(jié)或者增強被模糊了的細節(jié).第二章：數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識掩膜版與圖像的相關(guān)和卷積運算20第三章：灰度變換與空間濾波一階微分算子拉普拉斯算子梯度算子Robert交叉梯度算子第三章：灰度變換與空間濾波一階微分算子21第四章：頻率域濾波圖像是二維信號，其坐標(biāo)軸是二維空間坐標(biāo)軸，圖像本身所在的域稱為空間域（SpaceDomain）。圖像灰度值隨空間坐標(biāo)變化的快慢也用頻率來度量，稱為空間頻率（SpatialFrequency）。

利用傅里葉變換的特性，將時間信號正變換到頻率域后進行處理（例如低通、高通或帶通），然后再反變換成時間信號，即可完成對信號的濾波。第四章：頻率域濾波圖像是二維信號，其坐標(biāo)軸是二維空間坐標(biāo)軸，22第四章：頻率域濾波1.一維（連續(xù)）傅里葉變換一維離散傅里葉變換第四章：頻率域濾波1.一維（連續(xù)）傅里葉變換一維離散傅里23第四章：頻率域濾波2.二維連續(xù)函數(shù)的傅里葉變換二維離散傅里葉變換第四章：頻率域濾波2.二維連續(xù)函數(shù)的傅里24第三章：灰度變換與空間濾波3.頻域中的濾波思想：通過濾波器函數(shù)以某種方式來修改圖像變換，然后通過取結(jié)果的反變換來獲得處理后的輸出圖像。（1）陷波濾波器（帶阻濾波）第三章：灰度變換與空間濾波3.頻域中的濾波思想：通過濾波器25第四章：頻率域濾波（2）低通濾波器（模糊）類比空間域濾波的平滑處理，如均值濾波器（3）高通濾波器（銳化）類比空間域的梯度算子、拉普拉斯算子第四章：頻率域濾波（2）低通濾波器（模糊）類比空間域濾波的平26第四章：頻率域濾波4、使用頻率濾波器平滑圖像（低通）平滑理想低通濾波器巴特沃斯低通濾波器高斯低通濾波器第四章：頻率域濾波4、使用頻率濾波器平滑圖像（低通）平滑理想27第四章：頻率域濾波5、使用頻率域濾波器銳化圖像（高通）理想高通濾波器巴特沃斯高通濾波器高斯高通濾波器銳化此外：頻率域的拉普拉斯算子；銳化模板、高提升濾波和高頻強調(diào)濾波；同態(tài)濾波第四章：頻率域濾波5、使用頻率域濾波器銳化圖像（高通）理想高28第五章：圖像復(fù)原與重建圖像退化

圖像在形成、記錄、處理和傳輸過程中,由于成像系統(tǒng)、記錄設(shè)備、傳輸介質(zhì)和處理方法得不完善，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，稱為圖像退化。圖像退化的原因

成像系統(tǒng)的散焦成像設(shè)備與物體的相對運動引起運動模糊成像器材的固有缺陷外部干擾等。第五章：圖像復(fù)原與重建圖像退化圖像在形成、記錄、處理和傳輸過29圖像復(fù)原即根據(jù)退化的原因,分析引起退化的環(huán)境因素,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并沿著使圖像降質(zhì)的逆過程恢復(fù)圖像。因此,復(fù)原技術(shù)就是把退化模型化,并采用相反的過程進行處理,以便復(fù)原出原圖像。與圖像增強相似，圖像復(fù)原的目的也是改善圖像質(zhì)量。

圖像增強主要是一個主觀過程，而圖像復(fù)原主要是一個客觀過程。

圖像復(fù)原技術(shù)可以使用空間域或頻率域濾波器實現(xiàn)。第五章：圖像復(fù)原與重建圖像復(fù)原即根據(jù)退化的原因,分析引起退化的環(huán)境因素,建立相應(yīng)的30第五章：圖像復(fù)原與重建圖像退化/復(fù)原過程的模型退化函數(shù)

H復(fù)原濾波

退化復(fù)原第五章：圖像復(fù)原與重建圖像退化/復(fù)原過程的模型退化函數(shù)復(fù)原濾311.一些重要的噪聲

高斯噪聲瑞利噪聲伽馬（愛爾蘭）噪聲指數(shù)分布噪聲均勻分布噪聲脈沖噪聲（椒鹽噪聲）第五章：圖像復(fù)原與重建1.一些重要的噪聲高斯噪聲第五章：圖像復(fù)原與重建322.只存在噪聲的復(fù)原—空間濾波第五章：圖像復(fù)原與重建（1）均值濾波器算術(shù)均值濾波器諧波均值濾波器逆諧波均值濾波器（2）順序統(tǒng)計濾波器中值、最大值、最小值，中點濾波器及修正后的阿爾法均值濾波器2.只存在噪聲的復(fù)原—空間濾波第五章：圖像復(fù)原與重建（1）33（3）自適應(yīng)濾波器第五章：圖像復(fù)原與重建(1)自適應(yīng)、局部噪聲消除濾波器(2)自適應(yīng)中值濾波器(可用于處理更大概率密度得沖激噪聲)（4）帶阻濾波器

頻率濾波消減周期噪聲（3）自適應(yīng)濾波器第五章：圖像復(fù)原與重建(1)自適應(yīng)、局部噪34（3）線性、位置不變的退化第五章：圖像復(fù)原與重建由于退化模型為卷積的結(jié)果,且圖像復(fù)原需要濾波器,應(yīng)此術(shù)語”圖像去卷積”常用于表示線性圖像復(fù)原,而用于復(fù)原處理的濾波器稱為“去卷積濾波器”.估計退化函數(shù)的方法:(1)觀察法(2)實驗法(3)數(shù)學(xué)建模法（3）線性、位置不變的退化第五章：圖像復(fù)原與重建由于退化模型35圖像復(fù)原第五章：圖像復(fù)原與重建（1）逆濾波（2）最小均方差誤差濾波(維納濾波)（3）約束最小二乘法濾波（4）幾何均值濾波器圖像復(fù)原第五章：圖像復(fù)原與重建（1）逆濾波36圖像壓縮的可能性第八章：圖像編碼與壓縮1.數(shù)據(jù)冗余2.

應(yīng)用環(huán)境允許圖像有一定程度失真1.圖像編碼分