第一講 數(shù)字圖像處理基本概念課件

圖像處理與識別山東師范大學傳播學院學院孟祥增20011年3月第一講數(shù)字圖像處理基本概念課程名稱：圖像處理與識別英文名稱：ImageAnalyzingandRecognition課程編號：總學時：72授課學時：54實驗學時：18學分：3.5課程類別：選修課預修課程：數(shù)字信號處理第一講數(shù)字圖像處理基本概念選用教材RafaelC.Gonzalez著，“DigitalImageProcessing”（SecondEdition），電子工業(yè)出版社原版影印，2002。參考書目RafaelC.Gonzalez著，阮秋琦等譯《數(shù)字圖像處理》（第二版），電子工業(yè)出版社，2003KennethR.Castleman著，“DigitalImageProcessing”,清華大學出版社原版影印，1998。stleman著,朱志剛等譯,數(shù)字圖像處理（新版），北京:電子工業(yè)出版社，2002.2章毓晉編著，圖像處理和分析（第二版），北京：清華大學出版社，2004.7第一講數(shù)字圖像處理基本概念第一章數(shù)字圖像處理基本概念1.圖像與數(shù)字圖像

2.基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)

3.數(shù)字圖像處理的研究領域

第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像和數(shù)字圖像“圖”是物體投射或反射光的分布，“像”是人的視覺系統(tǒng)對圖的接受在大腦中形成的印象或反映。圖像是客觀和主觀結合的產(chǎn)物。數(shù)字圖像是對二維連續(xù)光函數(shù)進行等距離矩形網(wǎng)格采樣，再對幅度進行等間隔量化得到的二維數(shù)據(jù)矩陣。第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像的示例第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像的示例第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像的示例第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像的示例第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像的示例第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理系統(tǒng)第一講數(shù)字圖像處理基本概念基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)對象物光光源攝像單元A/D轉(zhuǎn)換單元圖像存儲單元計算機第一講數(shù)字圖像處理基本概念照明方法攝像單元對象物光源背光照明攝像單元對象物光源正面照明攝像單元對象物光源斜射照明第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術語第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術語第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術語數(shù)字圖像處理對圖像進行各種加工以改善圖像的視覺效果。對圖像進行壓縮編碼以適應存儲或傳輸要求。一個圖像到圖像的過程。數(shù)字圖像分析對圖像中感興趣的目標進行檢測和測量。對目標特征測量的結果，或是基于測量的符號表示。描述了圖像中目標的特點和性質(zhì)。一個從圖像到數(shù)據(jù)的過程。數(shù)字圖像理解在圖像分析的基礎上，研究圖像中各目標的性質(zhì)和它們之間的相互聯(lián)系。得出對圖像內(nèi)容含義的理解以及對原來客觀場景的解釋。指導和規(guī)劃行動。第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術語計算機圖形學使用計算機將由概念或數(shù)學描述所表示的物體進行處理和顯示的過程。側重點在于根據(jù)給定的物體描述模型、光照及攝像機的成像幾何，生成一幅圖像的過程。計算機藝術也屬于計算機圖形學。計算機視覺目的是發(fā)展出能理解自然景物的系統(tǒng)。在機器人領域，計算機視覺為機器人提供眼睛。第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術語數(shù)字化將一幅圖像從原來的形式轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的過程。一個非破壞性的過程。掃描對一幅圖像內(nèi)給定位置的尋址。把圖像劃分為矩形網(wǎng)格，即光柵。掃描的最小單元為像素。第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術語采樣在一幅圖像的每個像素位置上測量灰度值。傳感元件將光亮度轉(zhuǎn)化為電壓值。對圖像信號的定義域離散化。量化將測量的灰度值用整數(shù)表示。通過模數(shù)轉(zhuǎn)化器實現(xiàn)。對圖像信號的值域離散化。第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術語數(shù)字化過程掃描、采樣、量化構成了數(shù)字化過程。對比度灰度反差的大小?；叶确直媛手钢档膯挝环壬习幕叶燃墧?shù)。第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像顯示第一講數(shù)字圖像處理基本概念

941001041191251361431531571581031041069810311914115515916010913613612395781171491551601101301441491297897151161158109137178167119781011851881611001431671348785134216209172104123166161155160205229218181125131172179180208238237228200131148172175188228239238228206161169162163193228230237220199圖像灰度表示數(shù)字矩陣數(shù)字圖像的矩陣表示第一講數(shù)字圖像處理基本概念灰度圖像

紅綠藍彩色圖像彩色圖像第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像的分辯率5122561286432GMN

512512256256128128646432321616第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像灰度表示2563282圖像灰度級256128643216842第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理的歷史到二十世紀五十年代

六十年代：登月七十年代：醫(yī)學圖像CT八十年代：普及九十年代：多媒體第一講數(shù)字圖像處理基本概念TheresultofprocessingMartiansurfacebyinterferenceduringtransmissiontoEarth

(c)(d)第一講數(shù)字圖像處理基本概念Theresultafteraveragingseveralnoisyimagesofacellheavilycorruptedbyelectronnoise.(a)(b)第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理的研究領域

包括：圖像變換、圖像編碼、圖像增強、圖像恢復、圖像分割、圖像理解和識別、圖像重建等。第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像變換傅立葉變換Walsh變換離散余弦變換小波變換……空間域變換域第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像編碼壓縮圖像壓縮編碼技術可以減少描述圖像的數(shù)據(jù)量，以便節(jié)省圖像傳輸、處理時間、減少存儲空間。主要方法：熵編碼、預測法編碼、變換編碼、分形編碼……第一講數(shù)字圖像處理基本概念CompressionCompression

"Colorimageof600x800pixels–Withoutcompression#600*800*24bits/pixel=11.52Kbits=1.44Mbytes–AfterJPEGcompression(popularlyusedonweb)#only89Kbytes#compressionratio~16:1"Movie–720x480perframe,30frames/sec,24bits/pixel–Rawvideo~243Mbits/sec–DVD~about5Mbits/sec–Compressionratio~48:1第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像增強和復原目的：提高圖像質(zhì)量（去除噪聲、提高圖像的清晰度），改善供人觀看圖像主觀質(zhì)量主要方法：灰度修正、平滑、幾何校正、圖像銳化、頻域增強、維納濾波、卡爾曼濾波第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像增強第一講數(shù)字圖像處理基本概念運動模糊圖像恢復圖像圖像恢復第一講數(shù)字圖像處理基本概念第一講數(shù)字圖像處理基本概念第一講數(shù)字圖像處理基本概念第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像拼接第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像的分割目的：提取出感興趣的對象。為進一步的理解和識別做準備。主要方法：灰度閥值分割、基于紋理的分割、區(qū)域生長法第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像的分割第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像分析對輸入圖像進行處理，產(chǎn)生對圖像的描述主要技術方法：分割描繪紋理分析形狀分析場景分析第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像識別計算機識別景物視覺功能識別能力人的視覺機理研究初步階段完善的視覺模型尚未建立圖像處理和識別技術識別景物相對簡單常用識別方法(相關匹配、結構匹配)各種專家系統(tǒng)應用于識別復雜的景物，并已做出一些實用的系統(tǒng)。第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像重建投影重建利用X射線、超聲波等手段取得物休的多幅來自不同角度的二維投影圖，通過計算得出物體內(nèi)部圖像三維信息重建技術利用明暗、運動、體視等圖像信息恢復三維物體形狀。投影重建原理示意圖第一講數(shù)字圖像處理基本概念主要應用航天航空生物醫(yī)學工程通訊領域工業(yè)軍事公安文化藝術……第一講數(shù)字圖像處理基本概念應用1：航空航天登月、火星照片處理飛機遙感、衛(wèi)星遙感氣象預報第一講數(shù)字圖像處理基本概念應用2：生物醫(yī)學工程CT、MRI（核磁共振）、B超顯微圖像：紅細胞、白細胞、染色體的分析X光、心電圖……第一講數(shù)字圖像處理基本概念應用3：通訊領域發(fā)展趨勢：多媒體通訊電話、電視、計算機三