数字图像处理与分析课件全总复习

1、数字图像处理与分析回顾与复习刘定生对地观测与数字地球科学中心2010年春季学期1课程目标与安排第六章第七章第八章第九章第十章图像编码图像复原图像重建图像分析模式识别的理论与方法第一章图像处理与分析导论第二章图像及其数字处理基本概念第三章数字图像处理基本运算第四章图像处理中的正交变换第十一章三维图像处理与分析第五章图像增强数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心2第一章图像处理与分析导论n 数字图像处理与分析概述Ø 数字图像处理基本概念9什么是图像、图像的分类、什么是数字图像、形成数字图像的基本过程、数字图像的表示、数字图像的基本要素、数字图像处理与分析定义、数字图像处

2、理与分析研究的实质、数字图像处理与分析研究的内容、数字图像处理与分析的哲学观点Ø 数字图像处理历史发展Ø 理论基础与学科关系9信息与通讯理论、与图形学的关系、数字图像处理与分 析特点Ø 数字图像处理与分析发展趋势数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心3第二章图像及其数字处理第二章 图像及其数字处理n 基本概念¾图像的表示矩阵表示、二维离散函数与矩阵¾图像的质量灰度、灰度级、对比度、图像质量优劣的客观指标¾人类的视觉模型杆状细胞、锥状细胞、人眼对亮度的适应能力与鉴别能力、人眼的 分辨能力¾图像的颜色视觉三基色

3、假说、常用的颜色模型、 CIE色度图、伪彩色图像数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心4第二章图像及其数字处理n 基本概念¾图像的描述黑白图像、灰度图像、彩色图像、计算机中图像数据的方式、图像数据的¾图像的直方图格式灰度直方图的定义、直方图的性质、直方图的用途n 图像的数字化¾图像的采样连续信号的采样、 Nyquist条件、图像的亚采样¾分辨率概念：空间分辨率与灰度分辨率¾量化：均匀量化和非均匀量化数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心5第二章作业与思考题思考题¾我们知道，要一幅数字图像需要采样和量

4、化，如果采样和量化都充分细的话，就可以得到好的画质。但是数据量也就变得很大。问当数据量设为一个定值时，在什么时候将采样优先考虑？什么情况下将量化优先考虑？为什么？在图像量化中，有非均匀量化技术。当灰度级低的时候用它比较有效。但是为什么在灰度级级数高时几乎不用？¾作业¾自习“视觉的空间性质”与“视觉的时间特性”，初步了解图像时空特性在人眼中的作用。¾试用实验图像素材中小狗的，进行消除的处理。实验¾¾利用已有程序文件，通过编程练习打开和显示BMP图像利用Photoshop软件或通过编程，对不同的图像，进行彩色变换、伪彩色处理等，巩固本单元所学内容数

5、字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心6第三章数字图像处理基本运算第三章 数字图像处理基本运算图像的像素级运算Ø 点运算：线性点运算、非线性点运算Ø 代数运算：加法、减法、乘法、除法Ø 逻辑运算：求反、异或、或、与图像的空域变换Ø 基本几何变换的定义Ø 常用的基本几何变换平移变换、旋转变换、镜像变换、放缩变换、拉伸变换、错切变换、双线性几何变换、任意变形变换、二维图像的Ø 基本几何变换的特征变换数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心7第三章数字图像处理基本运算n 图像的空域变换Ø 数字图像几

6、何变换的计算空间坐标：向前Ø 灰度插值法、向后法像素值计算重采样：最近邻插值法、双线性插值、三次卷积插值Ø 非几何变换非几何变换的定义、模板运算、灰度变换、直方图变换的理论基础、直方图均衡n 灰度直方图Ø 基本概念、定义、计算、性质Ø 直方图变换的理论基础直方图均衡：基本思想、算法数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心8第三章 数字图像处理基本运算n 图像的像素级运算Ø 点运算线性点运算、非线性点运算Ø 代数运算加法、减法、乘法、除法Ø 逻辑运算求反、异或、或、与n 图像的空域变换Ø 几何变换，非

7、几何变换总结n 图像的空域运算Ø 仅灰度值变化，空间关系不变Ø 空间关系改变，灰度值不变Ø 空间关系改变，灰度值改变Ø 输入图像中各像素运算Ø 输入图像中一定区域的像素参与运算领域运算数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心9第三章作业与思考题n 思考题Ø 假设你有两张同筑物的，这两张是不同的人在同一天站在同一地点上拍下的，时间相差4个小时，在这4个小时中，有人从该物的某个窗击了三枪。负责的不知道哪间办公室是事发房间，而对胶片的肉眼视觉检查也无法表明在这段时间内有哪扇窗户被打开或关上，你能帮助他吗？数字图像处理与分析总

8、复习刘定生对地观测与数字地球科学中心10第三章作业与思考题n 习题-1é59ê6157ù605959615859606057úF = êú58ú设图像为：ê62ê5956úëû1）请将它旋转45度；2）请将它在x方向进行45度错切。数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心11第三章作业与思考题n 习题-2已知一幅图像为：éêùúúú20025510200101009ê1ê 0

9、34;371002926= êfêêêêê3 êëúû2987220请对其进行灰度直方图的均衡化处理。数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心12第三章作业与思考题n 习题-3若希望通过非线性点运算降低较亮或较暗物体的对比度，从而加强灰度级处于中间范围物体的对比度：1. 请问相应的非线性点运算函数应如何？2. 试编写达到上述要求的函数并给出其输入输出曲线；3. 编写相应的程序，对实际图像进行处理效果。数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心13第三章作业与思考题n

10、 上机实验Ø 熟悉实验软件、Photoshop中的各种灰度变换操作及观察效果，通过实验巩固本节课所学内容Ø 对所附扫描图像，通过灰度变换方法使其清晰可用数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心14第三章作业与思考题n 编程实验Ø 编程试验ü 编制一个程序，对图像进行灰度变换，以增强其对比度ü 编制一个程序对图像进行旋转，要求适应任意角度Ø 应用软件提供的函数，编制实验图像集中sky_BW.bmp文件，进而编写直方图均衡化处理程序对其进行直方图均衡，存为另一幅BMP文件Ø 使用软件本身提供的直方图均衡化函数对s

11、ky_BW.bmp进行处理，判别自编程序与该函数的区别数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心15第四章图像处理中的正交变换n 图像的频域变换Ø 频域变换的理论基础9线性系统、线性系统的移不变性、卷积与相关9正交变换、连续函数集合的正交性和完备性、酉变换及其性质、基图像及其特征9离散图像的正交变换、可进行图像变换的基本条件、离散图像正交变换的特性数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心16第四章图像处理中的正交变换Ø 傅立叶变换定义与特征ü 调谐信号(欧拉公式)、傅立叶变换定义、二维离散傅立叶变换ü 二维离散傅立叶变换的性

12、质线性性质（加法定理）、比例性质（相似性定理）、可分离性、空间位移(位移定理)、频率位移、周期性、共轭对称性、旋转不变性、平均值、卷积定理、相关定理、拉Ø 二维离散傅立叶变换的显示与计算9离散傅立叶变换的显示9离散傅立叶变换的幅度与相位9离散傅立叶变换的计算9快速傅里叶变换（FFT）原理斯函数数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心17第四章图像处理中的正交变换Ø 傅里叶变换的应用9在图像高低通滤波中的应用9在图像噪声滤波中的应用9在图像的选择性滤波中的应用9在图像压缩中的应用9在图像增强中的应用数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心18第

13、四章图像处理中的正交变换n 其他变换Ø 离散余弦变换9离散余弦变换的实质、二维离散余弦变换、余弦变换的性质Ø 沃尔什哈达玛变换及其特性Ø K-L变换（主成分变换）9K-L变换的本质、 K-L变换原理、 K-L变换计算、 K- L变换性质、 K-L变换的深入讨论、 K-L变换的应用Ø 哈尔变换9哈尔变换的定义、哈尔基图像、哈尔变换的特性数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心19第四章图像处理中的正交变换n 其他变换Ø 小波变换9傅里叶变换的局限性、傅里叶变换到小波变换、连续小波变换、基本小波与小波基函数、几种典型的一维小波、小波

14、变换的基本性质、二进正交小波变换、尺度向量和尺度函数、小波变换Ø 小波变换的应用9在图像压缩中的应用9在噪声滤波中的应用9在图像融合中的应用Haar小波变换实例、二维离散数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心20第四章作业与思考题n 思考题图像中含有电源60Hz干Ø 你手上有一台刚修理好的摄像机，你怀疑扰信号。但制造商认为无问题，你如何证明他错了。假定你有一套图像数字化与分析设施，可以数字化TV图像并进行静止图像的FFT变换和显示。描述这个实验及预期结果。n 习题Ø 傅里叶变换的存在条件是什么？Ø 图像的二维频谱在显示和处理时要注意什么

15、？Ø 用图示法说明偶函数和奇函数的卷积是一个奇函数。Ø 自行总结傅里叶变换的要点与特性n 选做实验题Ø 编写一个程序，它可以从数字图像中抽出一水平扫描行（线）并计算 和显示该行的一维傅里叶变换（幅度谱和相位谱）。用一个逐渐变窄 的垂直条作为输入图像来验证相似性定理。数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心21第四章作业与思考题n 习题P.322页开始：7.6、7.21、7.25、7.26¾n 实验Ø 阅读并使用小波变换工具，观察小波变换在不同尺度因子和位移因子的效果用于任意信号的Ø 不同内容的图像，观察其小波变换后的结

16、果图像n 编程Ø 试编写一个小波变换程序，进行同上的变换试验，并比较与的结果数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心22第一次综合作业1. 设计一个图像变换处理程序，要求如下：至少实现傅立叶变换与反变换，离散余弦变换与反变换。其它变换根据情况实现；可对任意BMP图像进行上述变换与反变换处理；2. 经过傅立叶变换与反变换、离散余弦变换与反变换后，图像是否有改变？请简略陈述你的理由3. 采用上述傅立叶变换与反变换程序，分别使用(1) Ideal，(2)Butterworth，(3)Gaussian三种滤波方式，对以下图像进行高通与低通滤波，比较不同截止频率下滤波结果图像，

17、对你所处理的结果进行分析与讨论数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心23第五章图像增强n 图像增强引言Ø 图像增强的应用及其分类ü 图像增强的目的、图像增强技术分类ü 图像中的噪声分类ü 图像质量的ü 图像增强空域法与频域法基本特征与相互关系n 空域处理Ø 点运算增强ü 线性变换、非线性变换、获取变换函数的方法、灰度变换的局限 性Ø 直方图增强ü 直方图均衡化的技术要点与特殊问题、直方图匹配数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心24第五章图像增强n 空域处理Ø

18、 彩色图像增强ü 在RGB模型上增强、偏色、彩色平衡方法ü 在HSI模型上增强ü 伪彩色图像处理、变换函数构造方法、密度分割法、多波段Ø 空域模板滤波ü 空域滤波的理论基础、定义与分类ü 平滑滤波基本低通滤波、滤波器模板系数的设计、模板对滤波器效果的影响、低通空域滤波的缺点和问题、算法实现和提高效率中值滤波原理、算法实现数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心25第五章图像增强n 空域处理Ø 空域模板滤波9锐化滤波基本高通滤波、滤波器模板系数的设计、滤波器效果的分析、基本 高通空域滤波的缺点和问题高增益滤波、

19、高增益滤波的原理、滤波器扩大因子及模板系数的设计、高增益滤波模板的选定、高增益滤波器效果的分析微分滤波、微分滤波器的原理、滤波器扩大因子及模板系数的设计、 Roberts交叉梯度算子、Prewitt梯度算子、Sobel梯度算子、拉斯算子、微分滤波器效果的分析Ø 模板滤波的综合应用图像噪声滤波数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心26第五章图像增强n 频域处理Ø 频域滤波增强基本原理Ø 频域滤波ü 低通滤波频域低通滤波的基本思想、理想低通滤波器、Butterworth低通滤 波器、指数滤波器、梯形滤波器ü 高通滤波频域高通滤波的

20、基本思想、理想高通滤波器、Butterworth高通滤 波器、指数滤波器、梯形滤波器ü 同态滤波器同态滤波器的基本思想、同态滤波器的定义、同态滤波器的效果 分析ü 小波变换滤波Ø 从频域规范产生空域模板基本原理、频域滤波器到空域模板的关系式数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心27第五章习题与思考题n 思考题Ø 已知一幅图像经过均值滤波之后，变得模糊了， 问用锐化算法是否可以将其变的清晰一些？请说明你的观点。Ø 直方图规定化处理的技术难点是什么？如何解决？n 习题1P.112：3.1、3.3、3.5、3.7¾数字图像

21、处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心28第五章习题与思考题n 习题2Ø 已知图像为：é200ùf239720ëû请对其进行边界保持的中值和均值滤波，并哪一点为噪声点数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心29第五章习题与思考题n 上机实验Ø 通过软件或编程，完成下述实验：9熟练掌握直方图均衡化和直方图规定化的计算过程9熟练掌握空域滤波中常用的平滑和锐化滤波器9熟练掌握低通和高通滤波器的使用方法，明确不同性质的滤波器对图像的影响和作用9掌握最简单的伪彩色变换方法，密度分割法 的实施过程Ø 其中滤波试

22、验可采用所附的带椒盐噪声图像数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心30第五章习题与思考题n 习题Ø 对图像增强技术进行全面回顾与总结，形成简明扼要的综述性报告9分类9理论基础9技术要点9实例n 上机实验Ø 自拟实验目标，进行图像增强的综合试验，尽可能地包括所学知识数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心31第六章图像压缩n 图像压缩基本概念Ø 数据与信息的理解、数据的冗余与相关、保真度准则n 图像压缩模型Ø 图像压缩系统的一般、信源编码与模型n 图像压缩中的信息论观点Ø 图像压缩中的问题、信息的测量、信源的模型

23、化、最大离散熵定理、离散无记忆信源的编码n 图像压缩编码的基本方法数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心32第六章图像压缩n 无损压缩Ø 熵编码9香农范诺编码、霍夫曼编码、算术编码Ø 基于字典的压缩9RLE编码行程编码、LZW编码n 有损压缩编码ü DPCM 编码、DM编码、最佳¾与最优编码数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心33第六章图像压缩n 有损压缩Ø 变换编码ü 变换编码的基本思想、正交变换压缩编码模型、变换编码的基本理论、变换编码、基本流程Ø 实现变换压缩算法的主要问题

24、2; 变换的选择、子图的选择、截取、量化和编码Ø DCT变换编码、小波变换编码n 图像压缩标准Ø 静止图像编码标准、连续帧图像编码标准数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心34第六章图像压缩习题与思考题n 习题Ø 习题1：Ø 习题2：P416第8.1、8.6 、8.14 、8.20题9对一个三符号的信源有多少种唯一的霍夫曼编码9构造这些唯一的编码Ø 习题3：画出LZW编码与Ø 习题4：思考题9变长编码程序能否用于压缩具有2n个灰度级的直方图均衡过的图像？9这样的图像是否包含可以用于数据压缩的像素间冗余？算法实现流程框

25、图数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心35第六章图像压缩习题与思考题n 习题：P418，8.23、8.27题¾n 综合题：Ø 通过资料查找，自行总结JPEG2000算法流程n 编程试验Ø 按照JPEG算法类似的结构，用小波变换代替DCT变换，编制小波变换压缩试验程序Ø 在上一步的基础上，进一步探讨变换后的量化编码方法数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心36第七章图像复原n 图像复原基本概念Ø 图像复原的目的Ø 与图像增强的区别Ø 图像复原的基本要点Ø 引起图像质量下降的客观因

26、素Ø 图像与复原模型数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心37第七章图像复原n 噪声单独干扰下的图像滤波复原Ø 噪声模型及参数估计Ø 空间滤波器设计Ø 自适应空间滤波器Ø 周期性干扰频域滤波器设计n 系统复原Ø 线性系统函数的估计Ø 逆滤波（反卷积）复原方法Ø 最小均方误差滤波（维纳滤波）Ø 约束最小二乘方滤波器、n 匀速运动模糊图像的复原Ø 运动模糊图像模型Ø 水平方向匀速直线运动数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心38第七章图像复原习题与思考题

27、n 习题一：与分析逆滤波谐波滤波器，解释：ü 为什么当Q值为正值时滤波器对去除“胡椒”噪声有效？ü 为什么当Q值为负值时滤波器对去除“盐”噪声有效？ü 为什么当Q值选择不当时滤波效果较差？n 习题二:¾p220页：5.15.9、5.16、5.21、5.26¾n 课程实验（选做内容）：Ø 结合本章内容，自行查阅或阅读课程上提供的参考文献，自行设计处理算法与程序，对提供的模糊图像进行复原处理数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心39第八章图像重建n 图像重建基本概念与基本原理Ø 图像重建目标由特定数据形成图像&

28、#216; 投影图像重建的数据基础：三种投影模型Ø 投影理论Radon变换Ø 图像重建基本思想n 图像重建基本算法Ø 代数重建方法Ø 傅里叶变换重建方法Ø 卷积反投影重建数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心40第八章图像重建n 习题Ø 比较傅里叶反变换投影法和卷积反投影法Ø 证明：9图像f(x, y)在与X轴成角的直线上的傅里叶变换，是f(x, y)的傅里叶变换的在朝向角上的一个截面9如果f(x, y)是旋转对称的，那么它应该可以由单个图投影重建9如果f (x, y)可以分解成相应的点扩散函数g(x)和h

29、(y)的乘积，那么它可以由2个与坐标轴垂直的投影重建数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心41第九章 图像分析n 图像分析基本概念Ø 图像分析基本目标、分析的任务n 图像分析主要研究内容的目标图像分割、图像特征及其提Ø 从图像中找到感取Ø 目标的有效表示形状分析，表示与描述Ø 目标的识别模式识别数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心42第九章 图像分析n 数字图像处理与分析系统基本框架经典数字图像处理数字图像分析可见光、X射线、变换、增强、复原识别与解译数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心43分割、

30、表示与描述分析理解特征提取图像预处理图像获取第九章 图像分析n 图像分割Ø 基础ü 技术特征、常用方法、图像分割概念、基本策略Ø 边界分割法ü 点、线与边的检测Ø 边缘连接法ü 局部连接处理、Hough变换Ø 阈值分割法ü 通过交互方式得到阈值、通过直方图得到阈值、通过边界特性选 择阈值、简单全局阈值分割、分割连通区域、基于多个变量的阈 值Ø 面向区域的分割ü 基本概念、5项基本条件、通过像素集合的区域增长、区域 合并与数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心44第九章 图像分析

31、n 数学形态学图像处理Ø 基本概念ü 理论基础、研究内容、结构元素、运算方式Ø 基本运算ü 腐蚀与膨胀、开闭运算、变体；各类运算的性质、对图像的作 用Ø 形态学图像处理应用ü 滤波、边界提取Ø 灰度图像的形态学处理ü 理解方式ü 处理策略ü 特征数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心45第九章 图像分析n 图像的纹理分析¾基本概念9图像纹理基本特征、纹理的组成要素、确定性纹理、随机性纹理、纹理的描述与研究方法¾统计纹理分析9纹理分析的直方图统计方法9纹理分析

32、的自相关函数方法9傅里叶变换纹理分析、环特征和楔特征¾结构纹理分析¾图像纹理分析的应用领域数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心46第九章 图像分析n 图像的表示与描述Ø 基本概念9形式化表达的两种选择：外部特征、内部特征9表达方式的选择Ø 表示法设计9链码、多边形逼近、外形特征、边界分段、区域骨架抽取、边界描述子（简单描述子、傅立叶描述子、矩量）、关系描述子（基本概念、阶梯关系编码、骨架关系编码、方 向关系编码、内角关系编码、树结构关系编码）数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心47第十章模式识别的理论与方法n 图像

33、模式识别的基础理论与方法Ø 决策理论是图像识别的理论基础Ø 特征和分类是图像识别的关键Ø 图像识别的基本方式Ø 统计模式识别方法基本概念Ø 句法结构模式识别方法基本概念Ø 模式识别的基本流程n 模式与模式类Ø 模式的定义、模式类的定义、模式识别的定义Ø 常用的模式序列模式向量、模式串、模式树数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心48第十章模式识别的理论与方法n 统计模式识别决策论法Ø 基本概念ü 统计模式识别基本过程、决策论法的基本概念Ø 最小距离分类器ü 基本思想、算法、分类器定义Ø 相关匹配ü 基本思想、算法、问题Ø 贝叶斯分析ü 理论基础、贝叶斯公式、贝叶斯分类器Ø 特征的抽取与选择n 句法结构模式识别结构法Ø 匹配形状数、串匹配数字图像处理与分析总复习刘定生对地观测与数字地球科学中心49第十章模式识别的理论与方法综合作业2Ø 结合已学