第1章 圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述課件

1圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述

主要參考書(shū)

張廣軍，《機(jī)器視覺(jué)》崗薩雷斯，《數(shù)字圖像處理》章毓晉《圖像工程》《計(jì)算機(jī)視覺(jué)——一種現(xiàn)代方法》

林學(xué)訚等譯，《機(jī)器視覺(jué)算法與應(yīng)用》

楊少榮等譯，第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述課程介紹基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)學(xué)：線(xiàn)性代數(shù)、概率與統(tǒng)計(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)：軟件編程電子學(xué)：信號(hào)處理第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述視覺(jué)重要？古語(yǔ)百聞不如一見(jiàn)一目了然眼見(jiàn)為實(shí)，耳聽(tīng)為虛。。。人類(lèi)信息的主要傳遞手段視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，味覺(jué)，觸覺(jué)等視覺(jué)占60％以上人機(jī)交互字符、圖形計(jì)算機(jī)接收信息手段單一（鍵盤(pán)，鼠標(biāo)）第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述圖像處理重要？?jī)纱髴?yīng)用需求對(duì)圖像信息的改進(jìn)機(jī)器自動(dòng)理解：使計(jì)算機(jī)具有視覺(jué)第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述主要學(xué)科圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.1 圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的發(fā)展及系統(tǒng)構(gòu)成

1.圖像（Image）可以看作是對(duì)物體或場(chǎng)景的一種表現(xiàn)形式抽象定義：二維函數(shù)f(x,y)(x,y):點(diǎn)的空間坐標(biāo)（實(shí)數(shù)）f:點(diǎn)(x,y)的幅度（亮度、強(qiáng)度或灰度）英文單詞Image：一般指用鏡頭等科技手段得到的視覺(jué)形象Picture：強(qiáng)調(diào)手工描繪的人物或景物畫(huà)Drawings：人工繪制的工程圖Lenna1.1.1圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的概念第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述圖像實(shí)例光學(xué)圖像LennaIKONOS衛(wèi)星光學(xué)圖像423mile高16000miles/h1m分辨率EP－3,海南陵水,01-4-4大腦斷層圖像

遙感圖像第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述2.數(shù)字圖像數(shù)字化：對(duì)x，y和f進(jìn)行離散化

-其中的每個(gè)點(diǎn)稱(chēng)為圖像元素，即像素。第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述分類(lèi)（根據(jù)f的性質(zhì)）灰度圖像（特殊：二值圖像）彩色圖像第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述3.數(shù)字圖像處理DIP（DigitalImageProcessing）廣義：與圖像相關(guān)的處理（圖像分析、理解和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等）狹義（從輸入和輸出內(nèi)容）：對(duì)圖像進(jìn)行各種加工，以改善圖像的視覺(jué)效果或突出目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)圖像之間進(jìn)行的變換，是一個(gè)從圖像到圖像的過(guò)程廣義上分為三種類(lèi)型：低、中、高級(jí)處理圖像處理主要是低級(jí)處理及部分中級(jí)處理第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述3.數(shù)字圖像處理低級(jí)處理：輸入輸出都是圖像中級(jí)處理：圖像分割及目標(biāo)的描述，輸出是目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)高級(jí)處理：目標(biāo)物體及相互關(guān)系的理解，輸出是更抽象的數(shù)據(jù)第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述4.圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的區(qū)別與聯(lián)系圖像處理主要集中在二維圖像分析、識(shí)別和理解，如光學(xué)字符識(shí)別、工件表面、顯微圖片和航空照片的分析和解釋等。計(jì)算機(jī)視覺(jué)是采用圖像處理、模式識(shí)別、人工智能技術(shù)相結(jié)合的手段，著重于一幅或多幅圖像的計(jì)算機(jī)分析，圖像可以由單個(gè)或多個(gè)傳感器獲取，也可以是單個(gè)傳感器在不同時(shí)刻獲取的圖像序列。分析是對(duì)目標(biāo)物體的識(shí)別，確定目標(biāo)物體的位置和姿態(tài)，對(duì)三維景物進(jìn)行符號(hào)描述和解釋。機(jī)器視覺(jué)：計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)工程化，能夠自動(dòng)獲取和分析特定的圖像，以控制相應(yīng)的行為。計(jì)算機(jī)視覺(jué)為機(jī)器視覺(jué)提供圖像和景物分析的理論及算法基礎(chǔ)，機(jī)器視覺(jué)為計(jì)算機(jī)視覺(jué)的實(shí)現(xiàn)提供傳感器模型、系統(tǒng)構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)手段。第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.1.2圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的發(fā)展1.20世紀(jì)20年代：報(bào)紙業(yè)圖像的編碼與重構(gòu)技術(shù)Bartlane電纜圖片傳輸系統(tǒng)：從倫敦到紐約傳送一幅圖片從1周減少到3小時(shí)色調(diào)質(zhì)量和分辨率改善1921年，電報(bào)打印機(jī)，5個(gè)灰度級(jí)1922年，穿孔紙帶，5個(gè)灰度級(jí)1929年，15級(jí)灰度第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述2.1964年：航天技術(shù)60年代初作為一門(mén)學(xué)科，主要目的是改善圖像質(zhì)量，采取的方法有圖像增強(qiáng)和復(fù)原技術(shù)美國(guó)JPL（噴氣推進(jìn)）實(shí)驗(yàn)室處理衛(wèi)星發(fā)射回來(lái)的月球表面的照片應(yīng)用圖像畸變的校正、灰度變換、去除噪聲第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述3.20世紀(jì)70年代：遙感衛(wèi)星和醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)和圖像識(shí)別

利用遙感圖片，進(jìn)行地質(zhì)資源探測(cè)，農(nóng)作物估產(chǎn)，水文氣象監(jiān)測(cè)等圖像重構(gòu)

X光斷層圖像重構(gòu)技術(shù)，英國(guó)G.N.Hounsfield第一臺(tái)腦斷層攝像儀應(yīng)用第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述4.20世紀(jì)70年代末：人工智能興起，開(kāi)始計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究，由2D獲取3D空間信息第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述5.80年代末到今：多媒體技術(shù)高速計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展：圖像壓縮和多媒體技術(shù)；文本圖像的分析和理解，文字的識(shí)別取得重大的進(jìn)展；圖像通訊和傳輸?shù)鹊膹V泛應(yīng)用第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.1.3圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成框圖第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述采集裝置：兩部分(1)傳感器：能產(chǎn)生與所接受到的電磁能量成正比的模擬電信號(hào)（CCD，CMOS）(2)高速圖像采集系統(tǒng)：它能將上述（模擬）電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字（離散）的形式輸入設(shè)備具備上述兩種裝置如：數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)，掃描儀第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述圖像輸入輸出設(shè)備第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述處理裝置：兩部分專(zhuān)用圖像處理系統(tǒng)：是計(jì)算機(jī)的輔助處理器，主要采用專(zhuān)用集成芯片（ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或者FPGA等設(shè)計(jì)的全硬件處理器。計(jì)算機(jī)：是整個(gè)系統(tǒng)的核心，除了控制整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的正常運(yùn)行外，還承擔(dān)最后結(jié)果運(yùn)算和輸出。第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割對(duì)象識(shí)別圖像增強(qiáng)表示&描述問(wèn)題域彩色圖像處理圖像壓縮第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：圖像采集圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割對(duì)象識(shí)別圖像增強(qiáng)表示&描述問(wèn)題域彩色圖像處理圖像壓縮第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：圖像增強(qiáng)圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割對(duì)象識(shí)別圖像增強(qiáng)表示&描述問(wèn)題域彩色圖像處理圖像壓縮第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：圖像復(fù)原圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割對(duì)象識(shí)別圖像增強(qiáng)表示&描述問(wèn)題域彩色圖像處理圖像壓縮第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：形態(tài)學(xué)處理圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割對(duì)象識(shí)別圖像增強(qiáng)表示&描述問(wèn)題域彩色圖像處理圖像壓縮第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：分割圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割對(duì)象識(shí)別圖像增強(qiáng)表示&描述問(wèn)題域彩色圖像處理圖像壓縮第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：表示&描述圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割對(duì)象識(shí)別圖像增強(qiáng)表示&描述問(wèn)題域彩色圖像處理圖像壓縮第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：對(duì)象識(shí)別圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割對(duì)象識(shí)別圖像增強(qiáng)表示&描述問(wèn)題域彩色圖像處理圖像壓縮第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：圖像壓縮表示&描述彩色圖像處理圖像壓縮圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割圖像增強(qiáng)對(duì)象識(shí)別問(wèn)題域第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟：彩色圖像處理表示&描述彩色圖像處理圖像壓縮圖像采集圖像復(fù)原形態(tài)學(xué)處理分割圖像增強(qiáng)對(duì)象識(shí)別問(wèn)題域第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量度單位比特（bit），字節(jié)（byte=8bit）千字節(jié)（Kbyte）兆（106）字節(jié)（Mbyte）吉（109）字節(jié)（Gbyte）太（1012）字節(jié)（Tbyte）圖像信息量大1024×1024，灰度圖：1M字節(jié)（不壓縮）1024×1024，真彩圖：3M字節(jié)（不壓縮）第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述存儲(chǔ)圖像存儲(chǔ)器(1)處理過(guò)程中使用的快速存儲(chǔ)器 計(jì)算機(jī)內(nèi)存，幀緩存(2)較快的在線(xiàn)或聯(lián)機(jī)存儲(chǔ)器 磁盤(pán)，磁光盤(pán)(3)不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫(kù)（檔案庫(kù)）存儲(chǔ)器 磁帶，光盤(pán)，光盤(pán)塔第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述存儲(chǔ)格式（表示格式和文件格式）(1)矢量格式用線(xiàn)段或線(xiàn)段的組合體來(lái)表示圖像(WMF)(2)光柵格式用許多像素點(diǎn)的集合來(lái)表示圖像

BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG格式第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2圖象理解理論框架 1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論

1.2.2對(duì)馬爾理論框架的改進(jìn)

1.2.3關(guān)于馬爾重建理論的討論

1.2.4新理論框架的研究

第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論

馬爾1982年出版了《視覺(jué)》一書(shū)

MarrD.1982.Vision

AComputationalInvestigationintotheHumanRepresentationandProcessingofVisualInformation.W.H.Freeman

一個(gè)理解視覺(jué)信息處理的框架要先理解視覺(jué)目的再去理解其中細(xì)節(jié)第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論1.視覺(jué)是一個(gè)復(fù)雜的信息加工過(guò)程 視覺(jué)是一個(gè)遠(yuǎn)比人所想象更為復(fù)雜的信息加工任務(wù)和過(guò)程，而且其難度常不為人們所正視為理解視覺(jué)這個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要解決兩個(gè)問(wèn)題視覺(jué)信息的表達(dá)問(wèn)題：某些信息是突出的和明確的，另一些信息則是隱藏的和模糊的視覺(jué)信息的加工問(wèn)題：對(duì)信息處理、分析、理解，將不同表達(dá)形式轉(zhuǎn)換，逐步抽象

第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論2.視覺(jué)信息加工的三個(gè)要素

①計(jì)算理論；②算法實(shí)現(xiàn)；③硬件實(shí)現(xiàn)①計(jì)算理論可計(jì)算性問(wèn)題：一個(gè)任務(wù)要用計(jì)算機(jī)完成，它應(yīng)該是可以被計(jì)算的 一般對(duì)于某個(gè)特定的問(wèn)題，如果存在一個(gè)程序，對(duì)于給定的輸入，這個(gè)程序都能在有限步內(nèi)給出輸出，這個(gè)問(wèn)題就是可計(jì)算的第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論2.視覺(jué)信息加工的三個(gè)要素①計(jì)算理論目前視覺(jué)的可計(jì)算性常指對(duì)計(jì)算機(jī)給定輸入，能否得到人類(lèi)視覺(jué)可獲得的類(lèi)似結(jié)果兩方面的研究?jī)?nèi)容：①計(jì)算的是什么以及為什么要計(jì)算它們；②提出一定的約束條件，它們可唯一地確定最終得到的運(yùn)算結(jié)果第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論2.視覺(jué)信息加工的三個(gè)要素②算法實(shí)現(xiàn) 需要給加工所操作的實(shí)體選擇一種合適的表達(dá) 選擇加工的輸入和輸出表達(dá) 確定完成表達(dá)轉(zhuǎn)換的算法 ①一般情況下可以有許多可選的表達(dá) ②算法的確定常取決于所選的表達(dá) ③給定一種表達(dá)，可有多種完成任務(wù)的算法第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論2.視覺(jué)信息加工的三個(gè)要素③硬件實(shí)現(xiàn) 有了表達(dá)和算法在物理上如何實(shí)現(xiàn)算法也是必不可少的 算法的確定常依賴(lài)于物理上實(shí)現(xiàn)算法硬件的特點(diǎn) 同一個(gè)算法也可由不同的技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論2.視覺(jué)信息加工的三個(gè)要素計(jì)算理論：如何由系統(tǒng)的輸入求出輸出。視覺(jué)系統(tǒng)輸入的是二維圖像，輸出則是三維物體的形狀、位置和姿態(tài)，任務(wù)是研究如何建立輸入輸出之間的關(guān)系和約束，如何由二維灰度圖像恢復(fù)物體的三維信息。算法實(shí)現(xiàn)：如何表達(dá)輸入和輸出信息，如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算理論所對(duì)應(yīng)的功能算法，以及如何由一種表示變換成另一種表示。硬件實(shí)現(xiàn)：用硬件實(shí)現(xiàn)上述表達(dá)和算法的問(wèn)題。 第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述視覺(jué)信息加工三要素的含義

要素名稱(chēng)含義和所解決的問(wèn)題1計(jì)算理論什么是計(jì)算目的，為什么要這樣計(jì)算2表達(dá)和算法怎樣實(shí)現(xiàn)計(jì)算理論，什么是輸入輸出表達(dá)，用什么算法實(shí)現(xiàn)表達(dá)間的轉(zhuǎn)換3硬件實(shí)現(xiàn)怎樣在物理上實(shí)現(xiàn)表達(dá)和算法，什么是計(jì)算結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié)1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述2.視覺(jué)信息加工的三個(gè)要素它們之間有一定的邏輯因果聯(lián)系，但并無(wú)絕對(duì)的依賴(lài)關(guān)系實(shí)際上看成兩個(gè)層次更恰當(dāng)一旦有了計(jì)算理論，表達(dá)和算法與硬件實(shí)現(xiàn)是互相影響的 1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論3.視覺(jué)信息的三級(jí)內(nèi)部表達(dá)

(1)基素表達(dá)（primalsketch）一種2-D表達(dá)，它是圖象特征的集合，描述了物體上屬性發(fā)生變化的輪廓部分只用基素表達(dá)不能保證得到對(duì)場(chǎng)景的唯一解釋

第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論3.視覺(jué)信息的三級(jí)內(nèi)部表達(dá)

(2)

2.5-D表達(dá)（2-Dsketch）①將物體可見(jiàn)面正交 投影分解成單元表面②用法線(xiàn)代表單元表 面的取向③將各法線(xiàn)畫(huà)出，疊加 于物體輪廓內(nèi)可見(jiàn)面上第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論3.視覺(jué)信息的三級(jí)內(nèi)部表達(dá)

(2)

2.5-D表達(dá)（2-Dsketch）本征圖，表示了物體表面面元的朝向可將2.5-D圖轉(zhuǎn)化成（相對(duì)）深度圖既表達(dá)了一部分物體輪廓的信息（這與基素表達(dá)類(lèi)似）表達(dá)了以觀察者為中心、可觀察到的物體表面的取向信息與人所理解的3-D物體一致（可見(jiàn)物體輪廓以?xún)?nèi)目標(biāo)的3-D信息，如邊界、深度，反射特性等）第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論3.視覺(jué)信息的三級(jí)內(nèi)部表達(dá)

(2)

2.5-D表達(dá)（2-Dsketch）將2.5-D圖轉(zhuǎn)化成（相對(duì)）深度圖給定z(x,y)對(duì)x和y的偏導(dǎo)p和q，理論上講可通過(guò)在平面上沿任意曲線(xiàn)的積分來(lái)恢復(fù)z(x,y)為最小化誤差可選擇z(x,y)滿(mǎn)足第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論3.視覺(jué)信息的三級(jí)內(nèi)部表達(dá)

(3)

3-D表達(dá)（3-Drepresentation）以物體為中心（即也包括了物體不可見(jiàn)部分）的表達(dá)形式在以物體為中心的坐標(biāo)系中描述3-D物體的形狀及其空間組織①空間占有數(shù)組，②單元分解，③幾何模型廣義圓柱體表達(dá)方法第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論3.視覺(jué)信息的三級(jí)內(nèi)部表達(dá)

從計(jì)算機(jī)或信息加工的角度來(lái)說(shuō)，視覺(jué)可計(jì)算性問(wèn)題可分成幾個(gè)步驟，步驟之間是某種表達(dá)形式，而每個(gè)步驟都是把前后兩種表達(dá)形式聯(lián)系起來(lái)的計(jì)算/加工方法第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述3.視覺(jué)信息的三級(jí)內(nèi)部表達(dá)

名稱(chēng)目的基元圖象表達(dá)場(chǎng)景的輝度或物體的照度象素（值）基素圖表達(dá)圖象中亮度變化位置、物體輪廓的幾何分布和組織結(jié)構(gòu)零交叉、端點(diǎn)、邊緣段、邊界等2.5-D圖在以觀察者為中心的坐標(biāo)系中表達(dá)物體可見(jiàn)表面的取向、深度、邊界等性質(zhì)局部表面朝向（“針”基元）、表面朝向的不連續(xù)點(diǎn)、深度、深度上不連續(xù)點(diǎn)3-D圖在以物體為中心的坐標(biāo)系中，用體元或面元集合描述形狀和形狀的空間組織形式3-D模型，以軸線(xiàn)為骨架，將體元或面元附在軸線(xiàn)上1.2.1馬爾視覺(jué)計(jì)算理論第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.2對(duì)馬爾理論框架的改進(jìn)

四個(gè)有關(guān)整體框架的問(wèn)題：(1)框架中輸入是被動(dòng)的(2)框架中加工目的不變，總是恢復(fù)場(chǎng)景中物體 的位置和形狀等(3)框架未足夠重視高層知識(shí)的指導(dǎo)作用(4)整個(gè)框架中信息加工過(guò)程基本自下而上，單 向流動(dòng)，沒(méi)有反饋 第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.2對(duì)馬爾理論框架的改進(jìn)

四個(gè)方面的相應(yīng)改進(jìn)：(1)增加了圖象獲取模塊(2)根據(jù)視覺(jué)目的進(jìn)行決策(3)利用高層知識(shí)可解決低層信息不足的問(wèn)題(4)增加了反饋控制流向 圖像獲取早期處理中期處理后期處理視覺(jué)目的高層知識(shí)第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.3關(guān)于馬爾重建理論的討論馬爾重建理論不同視覺(jué)任務(wù)/工作的共同的概念核心被假定為表達(dá)，共同的處理目標(biāo)是根據(jù)視覺(jué)刺激恢復(fù)場(chǎng)景并結(jié)合進(jìn)表達(dá)中視覺(jué)被看作一個(gè)由刺激開(kāi)始，順序的獲取和積累的重建過(guò)程

第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.3關(guān)于馬爾重建理論的討論2.重建理論的問(wèn)題 隨著高層視覺(jué)信息的心理學(xué)研究成果和對(duì)高層視覺(jué)區(qū)域的解剖和功能組織的知識(shí)的增加

(1)在所有可能對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行解釋的方法中，包含重建的方法兜的圈子最大，因?yàn)橹亟ú⒉粚?duì)解釋有直接貢獻(xiàn)第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.3關(guān)于馬爾重建理論的討論2.重建理論的問(wèn)題(2)僅靠從原始圖象中進(jìn)行重建來(lái)實(shí)現(xiàn)表達(dá)在 實(shí)際中也很難實(shí)現(xiàn)(3)概念上的問(wèn)題具有一個(gè)普遍統(tǒng)一的表達(dá)是否值得?最好的表達(dá)應(yīng)該是最適合工作的表達(dá)對(duì)給定計(jì)算問(wèn)題選擇正確表達(dá)

第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.3關(guān)于馬爾重建理論的討論3.不需重建的表達(dá)

特征檢測(cè)器構(gòu)成了視覺(jué)世界中的某種特征存在性的表達(dá)：青蛙的眼睛空間分辨率的表達(dá)，一組覆蓋觀察區(qū)域的模式可以確定偏移信息，不需要重建第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.4新理論框架的研究1.基于知識(shí)的理論框架（感知特征群集）(1) 利用對(duì)感知組織的處理過(guò)程，從圖象特征中提取相對(duì)于觀察方向在大范圍內(nèi)保持不變的分組和結(jié)構(gòu)(2) 借助圖象特征構(gòu)建模型，在這個(gè)過(guò)程中利用概率排隊(duì)的方法減小搜索空間(3) 通過(guò)求解未知的觀察點(diǎn)和模型參數(shù)尋找空間對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得3-D模型的投影直接與圖象特征相匹配第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.2.4新理論框架的研究2.主動(dòng)視覺(jué)理論框架

(1) 選擇注意機(jī)制

(2) 注視控制

第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.3圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用領(lǐng)域

及面臨問(wèn)題

主要相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：原指用圖形、圖表、繪圖等形式表達(dá)數(shù)據(jù)信息的科學(xué)，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的就是如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)產(chǎn)生這些形式模式識(shí)別：試圖把圖像分解成可用符號(hào)較抽象地描述的類(lèi)別計(jì)算機(jī)視覺(jué)：主要強(qiáng)調(diào)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視 覺(jué)功能，目前的研究?jī)?nèi)容主要與圖像 理解相結(jié)合 第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述1.3.1圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用領(lǐng)域圖像增強(qiáng)/恢復(fù)藝術(shù)級(jí)效果醫(yī)學(xué)可視化工業(yè)檢驗(yàn)法律執(zhí)行人機(jī)交互1.3圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用領(lǐng)域

及面臨問(wèn)題

第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述舉例：圖像增強(qiáng)DIP技術(shù)最常見(jiàn)的用處是：提高質(zhì)量，消除噪音等等第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述舉例：Hubble望遠(yuǎn)鏡1990年發(fā)射的“哈勃”號(hào)太空望遠(yuǎn)

鏡能夠拍攝超遠(yuǎn)距離的物體，但是

由于鏡子出現(xiàn)誤差，拍攝到的圖像

就失去了價(jià)值，而借助于圖像處理

技術(shù)便可以修復(fù)第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述舉例：藝術(shù)效果藝術(shù)效果是指通過(guò)特

效或者圖像合成等方法，

使得圖像具有更強(qiáng)的視

覺(jué)效果第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述舉例：醫(yī)學(xué)通過(guò)MRI（核磁共振）掃描到的犬類(lèi)心臟切片，我們可以找出其中各種組織的邊界線(xiàn):灰度圖表示組織密度使用合適的濾波器來(lái)增強(qiáng)邊緣取自狗心臟的原始MRI圖像邊緣檢測(cè)圖像第1章圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)綜述舉例：GIS地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystems，GIS)，數(shù)字圖