《数字图像处理教程（OPENCV版）》 课件 Ch01 绪论、Ch02 数字图像的基本概念和运算

数字图像处理教程第1章绪论数字图像与模拟图像

2024/5/621.1数字图像处理系统的组成2024/5/63实际场景在适当光源照射下产生反射光波或者物体本身发射电磁波传感器接收到反射光波或物体本身发射的电磁波，并将接收到的信号数字化后输出给图像处理设备图像处理设备指配置适当软件、硬件的处理设备，该设备可根据指定用途将图像显示、存储或者经后期算法处理达到特定目的1.2电磁波谱与可见光数字图像处理主要图像源是电磁波谱电磁波大致分类如下：无线电波、微波、红外波段、可见光波段、紫外波段、X射线波段以及伽马射线等可见光波段人眼可见，呈现色彩，可见光波段波长由长变短依次分为：红橙黄绿蓝青紫光学传感器获得的非可见光波段信号无色彩，需要将信号强度转化为图像灰度或者赋予色彩，将信号用图像这种直观的方式表示2024/5/641.2电磁波谱与可见光无线电波波段成像主要用于医学和天文学在天文观测中星星和气体的排放会发送无线电波，这种能量最低的射线可以显示电子和氢气的分布。医学中无线电波波段用于核磁共振成像（MRI），该技术是病人放在强磁场中，并让无线电短脉冲通过病人的身体，脉冲引发人体组织产生响应脉冲，根据接收到的响应脉冲强度绘制出的二维剖面图像2024/5/651.2电磁波谱与可见光微波是频率在300MHz~300GHz，用于天文观测、生物组织成像、遥感等，自动驾驶中所用的雷达波成像就是微波成像与无线电波相比，微波具有频率高、频带宽、信息容量大、波长短、方向性好等特点微波可以穿透冰层，受云雨影响小，能够穿透烟雾，因而可以探测植被、沙漠、冰层的下方，这使得微波遥感图像在多云多雨地区、灾后生态环境较差地区、森林火灾地区具有突出的优势2024/5/661.2电磁波谱与可见光红外波成像无需外部光或热源就可获得完整的热排放量被动影像，用于天文、夜间辅助驾驶、安防监控、交通监控、军事设备全天候全视系统、遥感、生物检测、地质勘探波长由高到低依次可细分为远红外波、长波红外波、中波红外波、短波红外波和近红外波红外热成像位于长波、中波二个波段，在这个波段的感测器不需要外部光或热源就可获得完整的热排放量被动影像短波红外波成像与可见光类似，用于被动获取目标信息。短波红外波用于遥感成像和地面灾害检测、矿物质勘测、农产品质量检测等2024/5/671.2电磁波谱与可见光光波段图像是最常见的，无需处理人眼就可直接看到彩色图像，这一波段的成像应用领域之广远超其它波段，广泛应用于遥感、天文、工业检测、娱乐等各个方面2024/5/681.2电磁波谱与可见光紫外线波长100nm~400nm，应用包括平板印刷术、工业检测、显微镜方法、激光、生物成像和天文观测等2024/5/691.2电磁波谱与可见光X射线最早用于成像的电磁波辐射源之一。医学中的血管造影用的就是X射线成像，将显影剂注入血管里，因为X光无法穿透显影剂，这样可以消除骨骼和软组织影像，使血管清晰显，血管造影正是利用这一特性，通过显影剂在X光下所显示的影像来诊断血管病变。如冠状动脉造影图。CT就是X射线断层扫描X射线图像还被广泛用于工业检测和天文研究。x射线波段在天文中用于观测星际气体。在安防领域X射线也有很多应用，例如地铁、车站的行李安检机用的就是X射线2024/5/6101.2电磁波谱与可见光伽马射线频率最高该波段成像的主要用于核医学和天文观测在核医学中将放射性同位素注射到人体内，当这种物质衰变时会释放出伽马射线，然后用伽马射线检测仪收集到的放射线来产生图像，主要用于骨骼病变的定位伽马射线成像在天文观测中常用，伽马射线风暴代表了黑洞或中子星的诞生2024/5/6111.3电磁波传感器2024/5/6121.3电磁波传感器

2024/5/6131.4视觉系统特性2024/5/614视网膜中包含大约视锥细胞（cones)、视杆细胞（rod）视锥细胞可以感知色彩，对红、绿、蓝光最敏感视杆细胞仅能分辨明暗不能感知色彩视杆细胞比视锥细胞数量多，因此人眼对亮度比对色彩更敏感弱光环境下仅视杆细胞起作用，视觉系统无法在暗环境中辨别色彩视锥细胞有三种，分别对波长在570nm红光、波长535nm绿光、波长445nm蓝光最敏感。三种视锥细胞有部分重叠的频率响应曲线，但响应强度有所不同，它们共同决定了色彩感觉视觉系统对相同强度、不同波长的光敏感度不同，其中对绿光最敏感，对蓝光最不敏感2024/5/6151.4.1视觉适应性分为暗适应、明适应和色适应暗适应是由视杆细胞代替视锥细胞的过程。一般10~30秒明适应反之。由于视锥细胞恢复工作远比视杆细胞快，因此明适应几秒内就可完成色适应指视觉系统随着观测光谱分布变化，对颜色刺激灵敏度发生变化的特性长时间观测很鲜艳的物体后感觉色彩没那么鲜艳了，长时间看色彩灰暗的物体后感觉色彩变鲜艳了，强蓝光刺激后再看红色物体，感觉是绿色等2024/5/6161.4.2视觉惰性对亮度变化反应滞后的特性称为视觉惰性光强度突然剧烈变化时，不能在瞬间形成稳定的主观亮度感觉，有个短暂的过渡时间，随着时间增长主观亮度感觉由小到大，达到最大值后又降低到正常值光消失时亮度感觉并不立即消失，而是近似指数衰减逐渐消失，视觉系统对消失的光维持大约0.05~0.1秒的感觉。视频就是利用了这个特性当光闪烁频率高于46Hz时，由于视觉惰性人眼无法觉察出闪烁，看到的是稳定的光源，电脑显示器、电视扫描利用此特性，以不低于50Hz的频率扫描刷新屏幕。2024/5/6171.4.3同时对比效应与马赫带效应同时对比效应：对某个区域的亮度感觉不仅取决于该区域亮度值本身，还与该区域周围的亮度有关马赫带效应：在明暗交界处会感觉亮处更亮、暗处更暗马赫带效应表明视觉系统有增强边缘对比度的机制2024/5/6181.4.4视觉分辨率在亮度合适情况下视觉分辨率达到最大相对对比度=物体亮度与背景亮度的差值/背景亮度。该比值越小，表示物体亮度与背景亮度越接近，此时分辨率下降运动速度越快视觉分辨率越低2024/5/6191.4.4视觉分辨率视觉系统对亮度的分辨力比对色彩分辨率更强，对不同色彩的分辨能力不同视觉系统对不同色彩的分辨能力不同，例如对波长380nm~430nm的光基本感觉不出色彩差别，对655nm~740nm的光也是如此，但在480nm~640nm波段即使波长只有1nm变化也能辨别出色彩差异视觉系统对亮度光强变化的响应是非线性。亮度掩蔽特性当光强在一定范围内变化时视觉系统感知不到亮度变化，只有当光强变化超过一定阈值时视觉系统才能感觉到变化2024/5/6201.4.5视觉错觉只有接近视觉中心才能看到物体的细节，越偏离视觉中心对细节的分辨能力越差视觉系统利用知识经验填补降低的分辨能力，有时这种填补造成错觉2024/5/6211.5数字图像处理应用2024/5/6221.5数字图像处理应用物理、天文等研究领域生物检测工业检测遥感、军事安检智能交通2024/5/623OPENCVOPENCV安装用编译好的OPENCV直接安装（简单，推荐）

/projects/opencvlibrary/files/

或者/releases/

选择OPENCV版本下载

进入版本对应目录，查看编译用的visualstudio版本，如果文件名为OPENCV-版本号-vc14-vc15.exe，说明编译好的OPENCV支持visualstudio2014、2015登录到https:///vs/older-downloads/下载对应的visualstudiocommunity并安装安装下载的OPENCV，不妨设安装在c:\OPENCV目录下用OPENCV源代码自己编译安装见https:///4.x/dd/d6e/tutorial_windows_visual_studio_opencv.html2024/5/624OPENCV在visualstudio中的配置设置系统环境变量路径Windows左下角“开始”—“设置”—“系统”—“关于”—“高级系统设置”中，点击“环境变量…”选择“系统变量”，点击“新建”，新建变量“OPENCV”,路径为OPENCV安装路径下的bin目录，例如C:\opencv\build\x64\vc14\bin打开visualstudio，创建新项目在visualstudio中选择x64版本修改项目属性C/C++>General

选项中，在AdditionalIncludeDirectories项中将OPENCV的安装目录下的include加上，例如C:\opencv\build\includelinker>General

选项中，

AdditionalLibraryDirectories项中添加OPECV链接库目录，例如

C:\opencv\build\x64\vc14\lib

在linker>Input的AdditionalDependencies中，添加文件名opencv＿world数字.lib（如果生成release版），添加文件名opencv＿world数字d.lib（如果生成debug版）。其中数字与版本有关2024/5/625数字图像处理教程第2章数字图像的基本概念和运算2024/5/6262.1图像成像模型2024/5/6272.1图像成像模型

2024/5/6282.2图像中的基本概念2024/5/6292.2.1采样和量化

模拟量难以存储，例如胶卷照片、老电影拷贝首先对空间坐标进行数字化，称之为采样对所对应的图像值进行数字化，称之为量化2024/5/6302.2.2数字图像表示

2024/5/6312.2.3空间分辨率与灰度级分辨率

2024/5/6322.3像素间的基本关系2024/5/6332.3.1相邻像素

2024/5/6342.3.2连通性、区域和边界

2024/5/6352.3.2连通性、区域和边界连通分量（区域）与连通性有关边界与连通性有关2024/5/636

2024/5/637

2024/5/6382.4数字图像的基本操作2024/5/6392.4.1图像间算术操作

图像算术操作是二幅图像中相同坐标的一对像素之间运算

常用的图像算术操作有图像加、减、乘、除等

算术操作要求参与运算的图像尺寸相同，图像深度相同，图像

通道数相同，即二幅都是灰度图像或者都是彩色图像图像

矩阵相同位置的元素进行算术操作2024/5/6402.4.1图像间算术操作

2024/5/641

单张图片32张相同场景图片平均的结果2.4.1图像间算术操作

2024/5/642

注射介质前注射介质后前两张图相减2.4.1图像间算术操作

图像乘法和除法通常用于校正阴影2024/5/6432.4.2图像逻辑运算

逻辑运算是将一幅或二幅图像通过对应像素间的逻辑与、或、非等运算获得输出图像逻辑与运算主要用于提取图像中感兴趣区域的内容并屏蔽其它区域。参与图像中至少一幅为二值图像逻辑或、异或运算通常在二幅二值图像间进行，结果仍是二值图像逻辑非运算只需一副图像，对图像中各个像素值取反2024/5/6442.4.3图像空间几何变换

2024/5/6452.4.3图像空间几何变换

2024/5/6462.4.3图像空间几何变换

2024/5/6472.4.3图像空间几何变换