曲阜师范大学图像信息处理课件第1章 导论

1、数字图像处理 曲阜师范大学曲阜师范大学 刘振刘振 Emai： Tel:共勉 永远都不要丢失自己的激情和梦想！ 死记硬背也许能让你通过大学4年，但会毁掉你 接下来的40年！ 印度电影三个大傻大闹宝莱坞 课程设置 考核方式：考查课考核方式：考查课 卷面分数：卷面分数：50分，占总评成绩：分，占总评成绩：50% 平时成绩：平时成绩：20分，占总评成绩：分，占总评成绩：20% 作业实验：作业实验：30分，占总评成绩：分，占总评成绩：30% n注不及格条件：注不及格条件： 全学期点名6-8次，若旷课3次-不及格 作业3-4次作业，若2次以上未作-不及格 期末考试不参加 参考教材

2、： 1.朱虹，数字图像处理基础M，科学出版社 2.冈萨雷斯,数字图像处理M,电子工业出版社 引言 n要解决的问题：要解决的问题： 什么是数字图像处理？ 这门课的精髓是什么？ 这门课与我们专业的关系？ 数字图像处理的应用前景？ 数字图像处理： 所属学科：所属学科：测绘学测绘学（一级（一级）；摄影测量与遥感学摄影测量与遥感学（二级）；（二级）； 1.1 数字图像处理的概念 图像的概念 图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生 动的写真或描述，是一种不完全不精确的描述。动的写真或描述，是一种不完全不精确的描述。 仅从图像无法判断气仅从图像无法判断气 温、降雪量

3、、交通，温、降雪量、交通， 因此图像是不完全、因此图像是不完全、 不准确的描述不准确的描述 1.1 数字图像处理的概念 图像的类别 物物 体体 图像图像 数学数学 函数函数 不可见的不可见的 物理图像物理图像 可见的图像可见的图像 光图像光图像 照片、图照片、图 与画与画 1.1 数字图像处理的概念 可见光成像和不可见光成像可见光成像和不可见光成像 1.1 数字图像处理的概念 图像分类 物理图像物理图像：物质或能量的实际分布物质或能量的实际分布 虚拟图像虚拟图像：采用数学的方法，将由概念形成的物采用数学的方法，将由概念形成的物 体（不是实物）进行表示的图像体（不是实物）进行表示的图像 数字图像

4、数字图像：用一个数字阵列来表示的图像，其：用一个数字阵列来表示的图像，其 描述是指如何用一个数值的方式来表示图像描述是指如何用一个数值的方式来表示图像 （可以是物理图像，也可以是虚拟图像）（可以是物理图像，也可以是虚拟图像） 数字图像的最小单位是数字图像的最小单位是像素像素（pixel） 1.2 本科内容及与其他学科关系 数字图像处理内容 它是研究图像的获取、传输、存储，变换、显示、理解与 综合利用的一门崭新学科。 根据抽象程度不同可分为三个层次：狭义图像处理、图像 分析和图像理解。 图像分析 图像理解 狭义处理 高 低 抽 象 程 度 高层 低层 中层语 义 数 据 量 操 作 对 象 小

5、大 符号 象素 目标 数字图像的研究领域 狭义的数字图像处理狭义的数字图像处理 1. 从图像到图像的处理从图像到图像的处理 图像到图像的处理 2. 图像分析：从图像到非图像的一种表示图像分析：从图像到非图像的一种表示 3. 计算机视觉：图像理解计算机视觉：图像理解 能够理解自能够理解自 然景物的系然景物的系 统，为机器统，为机器 设备或机器设备或机器 人提供眼睛人提供眼睛 的功能的功能 1.2 与其他学科关系 图 像图 像 数 据 符 号人 客 观 世 界 计算机图 形学 图像 理解 图像 分析 模 式 识 别 狭义图像处理 计 算 机 视 觉 计算机图形学计算机图形学 用计算机将由概念或者数

6、学描述所表示的虚构物 体图像进行处理和显示的过程 1.3 数字图像处理系统概述 一个通用的图像处理系统构成，主要分为采集、显示、 存储、通信、处理和分析5个模块。 n图像图像采集模块采集模块 常见的图像采集的设备如数码摄像机、数码相机、扫描仪、采 集卡、摄像头、遥感仪、CT机等。 n采集装置包括两采集装置包括两个部件：个部件： 光敏感器件光敏感器件 模模/数转换装置数转换装置 扫描仪扫描仪 采集卡采集卡 摄像头摄像头CT机机 图像显示模块图像显示模块 常见的图像显示的设备有显示器（包括CRT和LCD）、 打印机、绘图仪、显卡、胶片记录仪等。 打印机打印机 绘图仪绘图仪 n图像图像存储模块存储模

7、块 常见的图像存储的设备有磁盘、硬软盘、磁带、光盘等, 还有现在用于数码相机和手机的存储卡，包括CF卡、SD 卡、MMC卡、TF卡等。 图像数据量庞大，除了大容量磁盘外，MO(磁光存储器)、 CD、DVD等光学存储装置以及SAN、NAS等网络存储 系统，为存储海量图像数据提供了极好的支持。 磁带磁带 CF卡卡 NAS/ SAN网络存储设备网络存储设备 n图像通信模块 图像通信就是把图像传送到远方终端。 按传输图像种类分为： 静止图像通信，如电报、传真和图文电视等 活动图像通信，如电视、可视电话等。 计算机 以微机或工作站为主，配以图像卡和外设构成微型图像处 理系统 采用大型机 图像处理 和分析

8、模块 包含内容 图像恢复和重建图像恢复和重建 图像增强图像增强 图像编码图像编码 图像分割图像分割 图像描述和表达图像描述和表达 图像变换图像变换 将图像转换为变 换域的处理。 主要研究如何突 出图像中所感兴 趣的部分。 针对图像退化原因 建立模型，以滤波 恢复或重建图像。 主要用于减少数据量 ，以便存储和传输。 提取图像中有意义的区域。 是图像识别和理解的 必要前提。 n 图像处理 1.4 数字图像处理的特点及其应用 n 数字图像处理的数字图像处理的特点：特点： 精度高精度高 对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特、8比特还是其 它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。 所以

9、从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能 的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必 须对装置进行大幅度改进。 再现性好再现性好 不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送和 复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失 或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中， 就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性。 1.4 数字图像处理的特点及其应用 n 数字图像处理的数字图像处理的特点特点： 通用性、灵活性强通用性、灵活性强 对可见图像和不可见光图像（如X光图像、热红外图像和超声 波图像等），尽管这些图像生成体系中的设备规模和精度各不 相同，但当

10、把这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样 进行处理，这就是数字处理图像的通用性。 另外，改变处理图像的计算机程序，可对图像进行各种各样的 处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变换、放大、缩小和 各种逻辑运算等，所以灵活性很高。 生物医学领域应用 三维快速血管造影成像三维快速血管造影成像 头部头部CT 主要应用如X射线层析摄影(CT)、核磁共振(MRI)、超声成 像、血管造影、细胞和染色体自动分类等。这些技术和设备 大大提高了治疗诊断水平，减轻了病人的痛苦。 Gamma射线成像示例射线成像示例 超声波成像示例超声波成像示例 遥感和航空测量 遥感：遥感：主要用于资源、矿藏勘探、国土规划、高速公

11、路选线 、灾害调查、农作物估产、气象预报以及军事目标监视等。 气象卫星云图气象卫星云图 土地变化监测图土地变化监测图 云南省大理州森云南省大理州森 林火灾的遥感图林火灾的遥感图 3. 工业应用 该领域的应用从该领域的应用从70年代起取得了迅速年代起取得了迅速 的发展，主要有产品质量检测、生产的发展，主要有产品质量检测、生产 过程的自动控制、过程的自动控制、CADCAM等。等。 工业应用工业应用智能交通：智能交通： 智能交通控制智能交通控制 汽车牌照识别系统图汽车牌照识别系统图 4. 军事公安 军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动灭火器的控制军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动灭火器的控制 及反

12、伪装等等都需要用到图像处理技术；及反伪装等等都需要用到图像处理技术； 公安部门的现场照片、指纹、虹膜、面部、手迹、印章公安部门的现场照片、指纹、虹膜、面部、手迹、印章 等的处理和辨识也要借助图像处理。等的处理和辨识也要借助图像处理。 导弹制导导弹制导 指纹门锁指纹门锁 1）生物认证（）生物认证（Biometrics） 利用人类自身的特征来进行身份认证。利用人类自身的特征来进行身份认证。 2）生物特征）生物特征 人类自身的特征统称为生物特征。人类自身的特征统称为生物特征。 生物特征生物特征=生理特征生理特征+行为特征行为特征 n生理特征是与生俱来，如人脸、指纹、掌纹、虹膜、生理特征是与生俱来，如

13、人脸、指纹、掌纹、虹膜、 DNA、.； n行为特征后天形成，如笔迹、步态、声音行为特征后天形成，如笔迹、步态、声音 生物认证新技术 人脸识别热门、新兴技术 n室外远距离识别：人脸+步态 n基于生理学的人脸识别 从热红外图像提取人脸血管信息进行识别（休斯顿大学，2007） 人脸动（静）脉分布 5. 图像通信 常见的数字图像和数字视频设备如可视电话、会议电视、 卫星电视、数字电视、高清晰度电视、VCD、DVD等 会议电视终端会议电视终端 可视电话可视电话 卫星电视接收器卫星电视接收器 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用 6. 机器视觉 机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人，机器

14、视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人， 邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件识别、定邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件识别、定 位，太空机器人的自动操作等。位，太空机器人的自动操作等。 ASIMO踢球踢球 ASIMO上楼梯上楼梯 数字图像处理应用领域（阅读） 1）生物医学中的应用：生物医学中的应用： (1)显微图像处理；显微图像处理； (2)DNA(脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸)显示分析；显示分析； (3)红、白血球分析计数；红、白血球分析计数； (4)虫卵及组织切片的分析；虫卵及组织切片的分析； (5)癌细胞识别；癌细胞识别； (6)染色体分析；染色体分析； (7)DSA

15、(心血管数字减影心血管数字减影)及其他减影技术；及其他减影技术； (8)内脏大小形状及异常检查；内脏大小形状及异常检查； 遥感航天中的应用 (1)军事侦察、定位、引导、指挥等应用；军事侦察、定位、引导、指挥等应用； (2)多光谱卫星图像分析；多光谱卫星图像分析； (3)地形、地图、国土普查；地形、地图、国土普查； (4)地质、矿藏勘探；地质、矿藏勘探； (5)森林资源探查、分类、防火；森林资源探查、分类、防火； (6)水利资源探查，洪水泛滥监测；水利资源探查，洪水泛滥监测； (7)海洋、渔业方面如温度、渔群的监测预报；海洋、渔业方面如温度、渔群的监测预报； (8)农业方面如谷物估产、病虫害调查

16、；农业方面如谷物估产、病虫害调查； (9)自然灾害、环境污染的监测；自然灾害、环境污染的监测； (10)气象、天气预报图的合成分析预报；气象、天气预报图的合成分析预报； (11)天文、太空星体的探测及分析；天文、太空星体的探测及分析； (12)交通、空中管理、铁路选线等。交通、空中管理、铁路选线等。 工业应用 (1)CAD和和CAM技术用于模具、零件制造、服装、印染业；技术用于模具、零件制造、服装、印染业； (2)零件、产品无损检测，焊缝及内部缺陷检查；零件、产品无损检测，焊缝及内部缺陷检查； (3)流水线零件自动检测识别流水线零件自动检测识别(供装配流水线用供装配流水线用)； (4)邮件自动

17、分拣、包裹分拣识别；邮件自动分拣、包裹分拣识别； (5)印制板质量、缺陷的检查；印制板质量、缺陷的检查； (6)生产过程的监控；生产过程的监控； (7)交通管制、机场监控；交通管制、机场监控； (8)纺织物花型、图案设计；纺织物花型、图案设计； (9)密封元器件内部质量检查；密封元器件内部质量检查； (11)标识、符号识别如超级市场算账、火车车皮识别；标识、符号识别如超级市场算账、火车车皮识别； (12)支票、签名、文件识别及辨伪；支票、签名、文件识别及辨伪； (13)运动车、船的视觉反馈控制。运动车、船的视觉反馈控制。 军事、公安领域中的应用 (1)巡航导弹地形识别；巡航导弹地形识别； (2

18、)指纹自动识别；指纹自动识别； (3)罪犯脸形的合成；罪犯脸形的合成； (4)雷达地形侦察；雷达地形侦察； (5)遥控飞行器的引导；遥控飞行器的引导； (6)目标的识别与制导；目标的识别与制导； (7)警戒系统及自动火炮控制；警戒系统及自动火炮控制； (8)反伪装侦察；反伪装侦察； (9)手迹、人像、印章的鉴定识别；手迹、人像、印章的鉴定识别； (10)过期档案文字的复原；过期档案文字的复原； (11)集装箱的不开箱检查。集装箱的不开箱检查。 与印刷相关 原稿图像获取（多光谱图像、融合拼接）原稿图像获取（多光谱图像、融合拼接） 产品缺陷质量检测（配准、脏点）产品缺陷质量检测（配准、脏点） 防伪印刷（数字水印、微结构图案）防伪印刷（数字水印、微结构图案） 三维立体印刷（光栅图像生成）三维立体印刷（光栅图像生成） 印版图案检测与油墨预置（印版图案检测与油墨预置（CPC3） 桌面软打样（色彩管理）桌面软打样（色彩管理） 褪变色原稿的颜色复原褪变色原稿的颜色复原 分色与加网算法、色域转换分色与加网算法、色域转换 印章真伪