数字图像处理--第1章 - 绪论

1、 北 京 理 工 大 学 计算机学院 刘万春教材：教材： 霍宏涛等霍宏涛等 数字图像处理数字图像处理 北京理工大学出版社北京理工大学出版社参考书：参考书：1.1.姚敏姚敏 等等 数字图像处理数字图像处理机械工业出版社机械工业出版社 07332.2.陈传波陈传波 金先级数字图像处理机械工业出版社金先级数字图像处理机械工业出版社03250325 时间：第7.10.13.16周周5 13:3016:10平时成绩： 考试：开卷 前前 言言 数字图象处理是一种内容丰富、技术性强、实用、发展迅速的新型学科。它利用计算机完成数字图像信息的各种处理，是当今计算机领域不可缺少的一门热门学科。该学科主要研究图像处

2、理的基本理论、方法和技术。目前利用微机进行图象处理已在医疗诊断、工业自动检测与控制、智能机器人、交通、通信、天文、地质、宇航等众多领域得到广泛的应用。 我们所开设这门课程的主要任务是：使学生掌握当今微机图像处理的原理和方法，学会图像处理的基本技能，掌握一些实用程序编程技术。并适当介绍当前微机图象处理和分析若干新技术。 亽1.1 概述 20年代伦敦到纽约海底电缆数字压缩图像 60年代初迅速发展起来的学科 JPL 徘徊者7号 视觉: 人类最重要的感知器官 80% 图像1.1.1 基本概念本概念1。图像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。图像是与之对应的物体或目标的一个表示。2。

3、数字图像处理 对一个物体的数字表示，即对一个二维矩阵施加一系列操作， 以得到所期望的结果。 1.1.2 图像处理图像处理研究内容研究内容是研究图像的获取、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。如图1.2.1所示。1.图像的数字化图像的数字化 如何将一幅光学图像表示成一组数字，既不失真又便于计算机分析处理。 图像的数字图像的数字化化 2.图像编码及输出 简化图像的表示，压缩表示图像的数据，以便于存储和传输。 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。3.图像的变换图像的变换 将原定

4、义在图像空间的图像以某种形式转换到另外一些空间领域。 图像变换图像变换 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。 图像变换算法很多，重点学习傅立叶变换的算法、性质和应用。4. 图像的恢复与重建图像的恢复与重建 把退化、模糊了的图像复原.包括图像辐射和几何校正等内容； 由断层扫描重建二、三维图像。5. 图像增强图像增强 加强图象的有用信息，消弱干扰和噪声。 6. 图像分割图像分割 图像分割是指将一幅图像划分为互不重叠的区域的处理。重点介绍图像分割的方法及其应用。7. 二值图像处理与形状分析二值图像处理与形状分析二值图像的几何概念、二值图像连接成分的各种变形算法和二值

5、图像特征提取与分析的各种方法。 纹理分析纹理分析 主要介绍影像纹理的概念及其特征提取与分析的一些方法与应用。 图像识别图像识别 对图像中的不同对象进行分类、描述和解译。1 1.21.2相关研究领域研究内容相关研究领域研究内容.2.2 它与模式识别、计算机图形学、计算机视觉等学科既相互联系又相互区别。图像理解描述狭义处理计算机图形学图像理解客观世界图像(人)计算机视觉图像符号 新技术 新工具 新理论模式识别图像分析(转换)1.21.2 相关研究领域研究内容相关研究领域研究内容1 1、虚拟现实（、虚拟现实（VRVR）技术技术 利用计算机仿真技术、多媒体技术 计算机图形学原理模拟现实世界。 以达到操

6、作者能沉侵于计算机制造的虚拟世界为目的。 1.21.2 相关研究领域的研究内容相关研究领域的研究内容 2、计算机图形学 用计算机将由概念所表示的物体（不是实物）图像进行处理和显示。侧重于根据给定的物体的描述模型、光照及想象中的摄象机的成像几何，生成一幅图像。包括称之为“计算机艺术”的艺术创作。1.21.2 相关研究领域的研究内容相关研究领域的研究内容 3、计算机视觉 计算机视觉的目的是发展出能够理解自然景物的系统。在机器人领域中，计算机视觉为机器人提供眼睛的功能。1.3 数字图像处理系统概述 数字图像处理系统由硬件和软件组成。采集显示存储通信主机图像处理软件 获取数字图像的设备即采集装置 扫描

7、仪 数码照相机 数码摄像机 1.3.1 图像采集模块图像采集模块 采集装置都包括下面两个部件： 光敏感器件 模/数转换装置1.3.2 图像显示模块图像显示模块 图像显示的主要形式： 软拷贝形式 硬拷贝形式 常用硬盘、软盘、U盘、活动硬盘、光盘、磁带等 在海量图像存储备份系统中，采用磁盘阵列、磁带库、光 盘塔等存储设备。1.3.3 图像存储模块图像存储模块1.3.4 图像通信模块图像通信模块 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。1.3.51.3.5主机主机 以微机或工作站为主，配以图像卡和外设构成微型图

8、像处理系统 采用大型机1.3.6 1.3.6 图像处理软件图像处理软件 由系统管理、图像数据管理和图像处理模块三部分组成。1.4.1 数字图像处理的特点数字图像处理的特点 精度高精度高 对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特还是8比特和其它比特表示，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

9、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目前成果 通用性、灵活性强通用性、灵活性强 不管是可视图像还是X光图像、热红外图像、超声波图像等不可见光图像，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，这就是计算机处理图像的通用性。 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。 1.4.21.4.2 目前成果目前成果已经在以下方面做出的显著成果：已经在以下方面做出的显著成果： (1) (1)从可见光谱扩展到各

10、波段从可见光谱扩展到各波段 如遥感图象的多如遥感图象的多光谱图象处理、雷达波段的侧视雷达遥感图象处理、光谱图象处理、雷达波段的侧视雷达遥感图象处理、红外光波段的图象处理（如夜视仪、热象仪等）。红外光波段的图象处理（如夜视仪、热象仪等）。 （2 2）从静止图象到运动图象的处理从静止图象到运动图象的处理 如运动模如运动模糊图象的恢复、心脏搏动序列图象的处理、对运动糊图象的恢复、心脏搏动序列图象的处理、对运动目标的跟踪、巡航导弹的地形识别及瞄准等。目标的跟踪、巡航导弹的地形识别及瞄准等。 （3 3）从物体外部到物体内部图象的处理从物体外部到物体内部图象的处理 如人如人体的无损检测设备体的无损检测设备

11、CTCT，MRIMRI及字航用密封零件的无及字航用密封零件的无损检测、海关用的集装箱不开箱检查等。损检测、海关用的集装箱不开箱检查等。 1.4.21.4.2 目前成果目前成果 （4 4）从整体到局部图象的处理从整体到局部图象的处理 有选择性地对人类感兴有选择性地对人类感兴趣的局部图象进行处理，如空间、灰度、颜色、频域都可以趣的局部图象进行处理，如空间、灰度、颜色、频域都可以开窗口进行加工处理如放大、变换、校正等。开窗口进行加工处理如放大、变换、校正等。 （5 5）提取图象中特征的处理提取图象中特征的处理 从图象中抽出感兴趣的区从图象中抽出感兴趣的区域、物体以特征的形式表现出来，以便计算机识别控

12、制。域、物体以特征的形式表现出来，以便计算机识别控制。 （6 6）人工智能化的图象处理人工智能化的图象处理 用计算机去理解景物、图用计算机去理解景物、图象。如计算机视觉系统、自动驾驶系统和机器人的操纵系统象。如计算机视觉系统、自动驾驶系统和机器人的操纵系统等。等。 由于对图象处理的要求在不断增加，图象的应用领域还由于对图象处理的要求在不断增加，图象的应用领域还在不断的扩大，因此对图象处理的理论要不断地补充和发展。在不断的扩大，因此对图象处理的理论要不断地补充和发展。例如近来的形态学、混饨学和分维理论的引人就使图象处理例如近来的形态学、混饨学和分维理论的引人就使图象处理技术更加丰富了。技术更加丰

13、富了。1. 生物医学生物医学 利用电磁波谱成像分析系统诊断病情。如显微镜图像分析，DNA成像分析等；1.51.5 图像处理图像处理的应用的应用CT及核磁共振、超声波、 X射线成像分析等。如三维测量可视化软件系统可对各类医学断层图像进行分析处理，提供诊断依据。2. 遥感遥感 农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构造解译、找矿，环境污染检测等等。 1998年长江（枝城-岳阳）洪涝灾害监测3. 工业生产工业生产 无损探伤，石油勘探，生产过程自动化（识别零件，装配质量检查），工业机器人视觉等。4. 军事军事 航空及卫星侦察照片的测绘、判读，雷达、 声纳图像处理，导弹制导，军事仿真等。5. 通信通信 图像传真，可视电话，卫星通讯，数字电视等。 6. 公安公安指纹识别，印签、伪钞识