华中科技大学数字图象处理.ppt

2019/5/28,数字图象处理第1章,1,本章主要内容,图像处理技术的概况及主要研究内容 计算机图像处理的特点及其应用 数字图像处理的系统简介 课程介绍 课程的内容、教学计划、学习方法等,2019/5/28,数字图象处理第1章,2,本章基本要求,基本要求 掌握图象处理与分析技术与图象工程的基本概念 了解图象处理技术的应用，培养对本课程的感性认识 了解本学科的研究发展趋势，增强对本课程的学习兴趣 了解课程安排，做好学习准备。 计划学时 1-2 学时,2019/5/28,数字图象处理第1章,3,1.1 从图象到图象工程,图象和数字图象 图象： 用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体 图象（广义/抽象） 图像（狭义/具体） 图象和信息： 人类从外界（客观世界）获得的信息约有75%来自视觉系统,2019/5/28,数字图象处理第1章,4,1.1 从图象到图象工程,图象表示：f (x，y，t) x ， y：2-D空间中坐标点的位置 ：光线的波长 t ：时间 如果只考虑光的能量，不考虑波长，视觉上就是黑白深浅的区别 图像表示为 f (x，y，t) 如果是静态图像，不考虑时间因素，图像表示为 f (x，y) 2-D数组,1.1 从图象到图象工程,对于静态的彩色图像 如果用红绿蓝三基色表示，图像是一个3个2-D数组 f R(x，y)， f G(x，y) ，f B(x，y) 如果是多光谱图像，图像是一个n个2-D数组 对于动态的连续图像，可以是一个时间序列 黑白电视信号 f 1(x，y)， f 2(x，y) ，f k(x，y) 彩色电视信号 f Rk(x，y)， f Gk(x，y) ，f Bk(x，y)， k=1，2，,2019/5/28,数字图象处理第1章,5,2019/5/28,数字图象处理第1章,6,1.1 从图象到图象工程,复习 题面 可以用 f (x, y)来表示： (A) 一幅2-D数字图象； (B) 一个在3-D空间中的客观景物的投影； (C) 2-D空间XY中一个坐标点的位置； (D) 在坐标点(x, y)的某种性质F的数值。 提示 注意三个符号各自的意义。 答案 (A)；(B)；(D),2019/5/28,数字图象处理第1章,7,1.1 从图象到图象工程,复习 题面 数字图象 f (x, y)中的 f ： (A) 可对应X光的强度； (B) 可表示XY空间中一个坐标点的位置； (C) 可对应场景中物体的辐射度； (D) 可以表示照片的亮度。 提示 图象是场景的投影，f 对应场景点的某种性质。 答案 (A)；(C)；(D)。,2019/5/28,数字图象处理第1章,8,1.1 从图象到图象工程,图象技术和图象工程 图象技术 图象技术在广义上是各种与图象有关的技术的总称。 主要功能/作用包括： 对图象的各种加工（见下） 基于加工结果的判断决策和行为规划 为此进行的硬件设计及制作 图象加工技术 例如：图象的采集、获取、编码、存储和传输，合成和产生，显示和输出，变换、增强、恢复和重建，分割，目标的检测、表达和描述，特征的提取和测量，序列图象的校正，3-D景物的重建复原，图象数据库的建立、索引和抽取，图象的分类、表示和识别，图象模型的建立和匹配，图象和场景的解释和理解，,2019/5/28,数字图象处理第1章,9,1.1 从图象到图象工程,图象技术应用领域示例 视频通信：可视电话，电视会议，按需电视，远程教育； 文字档案：文字识别，过期档案复原，邮件分捡，支票，签名辫伪，办公自动化； 生物医学：红白学球计数，染色体分析、X光、CT、MRI、PET图象分析，医学手术模拟规划，远程医疗； 遥感测绘：巡航导弹制导，无人驾驶飞机飞行，精确制导，矿藏勘探，资源探测，气象预报，自然灾害监测； 工业生产：工业检测，工业探伤，自动生产流水线监控，移动机器人，无损探测，金相分析，印刷板质量检验，精细印刷品缺陷检测； 军事公安：雷达图象分析、巡航导弹路径规划 / 制导，罪犯脸形合成、识别，指纹、印章的鉴定识别； 交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管理。,2019/5/28,数字图象处理第1章,10,1.1 从图象到图象工程,图象工程 不同层次图象技术的有机结合及应用 图象工程三层次： 图象处理（图象 图象） 图象分析（图象 数据） 图象理解（图象 解释）,2019/5/28,数字图象处理第1章,11,1.1 从图象到图象工程,图象工程三层次： 图象处理,2019/5/28,数字图象处理第1章,12,1.1 从图象到图象工程,图象工程三层次： 图象分析,椭圆：红色 上部：兰色 下部：绿色 中部：几何体,2019/5/28,数字图象处理第1章,13,1.1 从图象到图象工程,图象工程三层次： 图象理解,椭圆：红色 上部：兰色 下部：绿色 中部：几何体,红色椭圆是太阳 上部兰色是天空 下部绿色是草地 中部几何体是建筑,结论：清晨的郊外,1.1 从图象到图象工程,图像处理的方法 图像的数字化 如何由一幅模拟图像获取一幅满足需求的数字图像，使图像便于计算机处理、分析 图像的变换 图像变换目的在于：处理问题简化、有利于特征提取、加强对图像信息的理解。,2019/5/28,数字图象处理第1章,14,1.1 从图象到图象工程,图像增强 改善图像视觉效果，增强图像的有用信息，消弱噪声的干扰。 图像恢复与重建 恢复图像原本面貌，辐射校正、几何几何校正,2019/5/28,数字图象处理第1章,15,1.1 从图象到图象工程,图像编码 压缩数据，有效传输 图像分割 将一幅图像划分为互不重叠的区域，为后续的图像分析做基础,2019/5/28,数字图象处理第1章,16,1.1 从图象到图象工程,二值图像形状分析 腐蚀与膨胀 边界与骨架提取,2019/5/28,数字图象处理第1章,17,1.1 从图象到图象工程,纹理分析 空间规律性的分析 图像识别 图像中不同对象的分类和描述,2019/5/28,数字图象处理第1章,18,2019/5/28,数字图象处理第1章,19,1.1 从图象到图象工程,图象工程与其他学科： 图形学： 原指用图形、图表、绘图等形式表达数据信息的科学，而计算机图形学研究的就是如何利用计算机技术来产生这些形式 图象模式识别： 试图把图象分解成可用符号较抽象地描述的类别 计算机视觉： 主要强调用计算机实现人的视觉功能，目前的研究内容主要与图象理解相结合,2019/5/28,数字图象处理第1章,20,1.2 图象处理与分析系统,系统的一般框图,2019/5/28,数字图象处理第1章,21,1.2 图象处理与分析系统,图象采集 图象采集装置 为采集数字图象，需要两种装置（器件）： 对某个电磁能量谱波段（如X射线、紫外线、可见光、红外线等）敏感的物理器件，它能产生与所接受到的电磁能量成正比的（模拟）电信号； 数字化器，它能将上述（模拟）电信号转化为数字（离散）的形式。 图象采集设备 电荷偶合器件CCD (Charge-Coupled Device)利用电荷存储传送和读出方式工作 固态阵：由感光基元构成。 感光基元产生正比于光强的电压 摄像机空间分辨率取决于基元排列 数字化器：摄像机幅度分辨率取决于量化级数,2019/5/28,数字图象处理第1章,22,1.2 图象处理与分析系统,图象显示 图象处理的结果多是供观察的 图象数据 亮度模式显示 显示设备 LCD液晶显示 PDP等离子显示 阴极射线管（CRT) 打印设备 转换到幻灯片、照片或透明胶片上 半调输出 象素灰度 打印点尺寸,2019/5/28,数字图象处理第1章,23,1.2 图象处理与分析系统,半调输出举例 2 2 5种灰度 3 3 10种灰度 抖动（dithering）技术，用随机变化掩盖虚假轮廓,2019/5/28,数字图象处理第1章,24,1.2 图象处理与分析系统,图象存储 数据量度单位 比特（bit），字节（byte = 8 bit） 千字节（ K byte） 兆（10 6）字节（M byte） 吉（10 9）字节（G byte） 太（10 12）字节（T byte） 图象存储器 处理和分析过程中使用的快速存储器 计算机内存，帧缓存 较快重新调用的在线或联机存储器 磁盘，磁光盘 不经常使用的数据库（档案库）存储器 磁带，光盘，光盘塔,2019/5/28,数字图象处理第1章,25,1.2 图象处理与分析系统,图象存储格式 矢量格式 用线段或线段的组合体来表示图象 光栅格式 用许多图象点的集合来表示图象 常见格式 BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG 格式,2019/5/28,数字图象处理第1章,26,1.2 图象处理与分析系统,BMP格式（BitMaP）：位图 位图文件头（也称表头） 位图信息（常称调色板） 1:单色，4:16色，8:256色，24:真彩色 位图阵列（即图象数据） R:8bit， G:8bit， B:8bit,2019/5/28,数字图象处理第1章,27,1.2 图象处理与分析系统,GIF格式（Graphics Interchange Format） 8位文件格式，最多只能存储256色图象 图象数据均为压缩过的（LZW算法） 一个GIF文件中可以存放多幅图象，以实现网页上的动画,2019/5/28,数字图象处理第1章,28,1.2 图象处理与分析系统,TIF格式（Tagged Image Format File） 独立于操作系统和文件系统 文件可分4类： 二值图象 灰度图象 调色板彩色图 全彩色图象,2019/5/28,数字图象处理第1章,29,1.2 图象处理与分析系统,JPEG格式（Joint Photographic Expert Group） 适用于静止的灰度或彩色图象 JPEG文件交换格式 JFIF （file interchange format） 一种使用灰度表示或者使用Y，Cb，Cr分量彩色表示的JPEG图象,2019/5/28,数字图象处理第1章,30,1.2 图象处理与分析系统,图象通信 图象通信可使不同系统共享图象数据资源 近程和远程图象通信 (1) 近程：不同设备间交换数据 (2) 远程：异地图象系统间交换数据 数据量大，通道窄 = 图象处理,2019/5/28,数字图象处理第1章,31,1.2 图象处理与分析系统,图象处理与分析 对图象进行压缩编码以减少对其所需存储空间或传输时间、传输通路的要求 对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果并为自动识别打基础 对图象中感兴趣目标进行检测、提取以测量其参数和描述其性质，在此基础上对目标进行识别、分类，建立符号表达,2019/5/28,数字图象处理第1章,32,1.4 授课安排,课程目标 介绍数字图像处理基本概念、理论和方法 要求初步掌握图像处理和分析的基本算法 能将所学知识综合应用于对图像信息的检测、分析、处理和控制等图象工程之中。 使用教材 数字图象处理（第二版） 【美】冈萨雷斯，电子工业出版社2007.8 计划学时 讲课36 + 课程设计 先修课程 数字信号处理，信号与系统，线性代数，C语言,2019/5/28,数字图象处理第1章,33,1.4 授课安排,课程实施 讲授注重理论与实用结合，多媒体演示处理过