第一講 數(shù)字圖像處理基本概念課件

圖像處理與識(shí)別山東師范大學(xué)傳播學(xué)院學(xué)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(shí)別英文名稱：ImageAnalyzingandRecognition課程編號(hào)：總學(xué)時(shí)：72授課學(xué)時(shí)：54實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：18學(xué)分：3.5課程類別：選修課預(yù)修課程：數(shù)字信號(hào)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(shū)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(xué)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(xué)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(lǐng)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(jué)系統(tǒng)對(duì)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(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)字圖像是對(duì)二維連續(xù)光函數(shù)進(jìn)行等距離矩形網(wǎng)格采樣，再對(duì)幅度進(jìn)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(duì)象物光光源攝像單元A/D轉(zhuǎn)換單元圖像存儲(chǔ)單元計(jì)算機(jī)第一講數(shù)字圖像處理基本概念照明方法攝像單元對(duì)象物光源背光照明攝像單元對(duì)象物光源正面照明攝像單元對(duì)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(shù)語(yǔ)第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術(shù)語(yǔ)第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術(shù)語(yǔ)數(shù)字圖像處理對(duì)圖像進(jìn)行各種加工以改善圖像的視覺(jué)效果。對(duì)圖像進(jìn)行壓縮編碼以適應(yīng)存儲(chǔ)或傳輸要求。一個(gè)圖像到圖像的過(guò)程。數(shù)字圖像分析對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量。對(duì)目標(biāo)特征測(cè)量的結(jié)果，或是基于測(cè)量的符號(hào)表示。描述了圖像中目標(biāo)的特點(diǎn)和性質(zhì)。一個(gè)從圖像到數(shù)據(jù)的過(guò)程。數(shù)字圖像理解在圖像分析的基礎(chǔ)上，研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的相互聯(lián)系。得出對(duì)圖像內(nèi)容含義的理解以及對(duì)原來(lái)客觀場(chǎng)景的解釋。指導(dǎo)和規(guī)劃行動(dòng)。第一講數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理術(shù)語(yǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)使用計(jì)算機(jī)將由概念或數(shù)學(xué)描述所表示的物體進(jìn)行處理和顯示的過(guò)程。側(cè)重點(diǎn)在于根據(jù)給定的物體描述模型、光照及攝像機(jī)的成像幾何，生成一幅圖像的過(guò)程。計(jì)算機(jī)藝術(shù)也屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)目的是發(fā)展出能理解自然景物的系統(tǒng)。在機(jī)器人領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)視覺(jué)為機(jī)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(shù)語(yǔ)數(shù)字化將一幅圖像從原來(lái)的形式轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的過(guò)程。一個(gè)非破壞性的過(guò)程。掃描對(duì)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(shù)語(yǔ)采樣在一幅圖像的每個(gè)像素位置上測(cè)量灰度值。傳感元件將光亮度轉(zhuǎn)化為電壓值。對(duì)圖像信號(hào)的定義域離散化。量化將測(cè)量的灰度值用整數(shù)表示。通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)化器實(shí)現(xiàn)。對(duì)圖像信號(hào)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(shù)語(yǔ)數(shù)字化過(guò)程掃描、采樣、量化構(gòu)成了數(shù)字化過(guò)程。對(duì)比度灰度反差的大小?；叶确直媛手钢档膯挝环壬习幕叶燃?jí)數(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(lán)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(jí)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(jì)五十年代

六十年代：登月七十年代：醫(yī)學(xué)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(lǐng)域

包括：圖像變換、圖像編碼、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像分割、圖像理解和識(shí)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(shù)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(shí)間、減少存儲(chǔ)空間。主要方法：熵編碼、預(yù)測(cè)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(qiáng)和復(fù)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(qiáng)、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(qiáng)第一講數(shù)字圖像處理基本概念運(yùn)動(dòng)模糊圖像恢復(fù)圖像圖像恢復(fù)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(duì)象。為進(jìn)一步的理解和識(shí)別做準(zhǔn)備。主要方法：灰度閥值分割、基于紋理的分割、區(qū)域生長(zhǎng)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(duì)輸入圖像進(jìn)行處理，產(chǎn)生對(duì)圖像的描述主要技術(shù)方法：分割描繪紋理分析形狀分析場(chǎng)景分析第一講數(shù)字圖像處理基本概念圖像識(shí)別計(jì)算機(jī)識(shí)別景物視覺(jué)功能識(shí)別能力人的視覺(jué)機(jī)理研究初步階段完善的視覺(jué)模型尚未建立圖像處理和識(shí)別技術(shù)識(shí)別景物相對(duì)簡(jiǎn)單常用識(shí)別方法(相關(guān)匹配、結(jié)構(gòu)匹配)各種專家系統(tǒng)應(yīng)用于識(shí)別復(fù)雜的景物，并已做出一些實(shí)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(lái)自不同角度的二維投影圖，通過(guò)計(jì)算得出物體內(nèi)部圖像三維信息重建技術(shù)利用明暗、運(yùn)動(dòng)、體視等圖像信息恢復(fù)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(yīng)用航天航空生物醫(yī)學(xué)工程通訊領(lǐng)域工業(yè)軍事公安文化藝術(shù)……第一講數(shù)字圖像處理基本概念應(yīng)用1：航空航天登月、火星照片處理飛機(jī)遙感、衛(wèi)星遙感氣象預(yù)報(bào)第一講數(shù)字圖像處理基本概念應(yīng)用2：生物醫(yī)學(xué)工程CT、MRI（核磁共振）、B超顯微圖像：紅細(xì)胞、白細(xì)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(yīng)用3：通訊領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)：多媒體通訊電話、電視、計(jì)算機(jī)三