数字图象处理绪论

1、第1章 绪论1.1 数字图像（了解）1.2 数字图像处理(掌握）1.3 相关学科和领域（了解）1.4 数字图像处理系统(掌握）1.5 数字图像处理的主要应用与发展趋势（了解）数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势1.1.1 数字图像的基本概念1.1.2 数字图像的发展历史1.1.3 数字图像的基本特点1.1 数字图像数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势图像图像 一幅图像是一种代表另一个客体（或对象）的一种写真或模拟；是一种生动的、图形化的描述。也就是说，图像是一种代表客观世界中另一物体的、生动的图形表达，它包含了描述其所代表的物体的

2、信息。图像分类图像分类 根据其生成方法或存在形式分成类。所有图像的总体可以看作客观世界的一部分，或者叫做客观世界的一个子集，而图像本身又可进一步划分为若干子集（若干类）。最重要的一个子集是可见图像子集。1.1.1 数字图像的基本概念数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势物体物体objects图像图像images不可见的物理图像不可见的物理图像Non-visiblephysical image数学函数数学函数Mathematical function连续函数连续函数continuous离散函数离散函数Discrete(digital image)可见的图像可见的图像

3、Visible image光图像光图像Opticalimage图片图片pictures照片照片photograph图图drawing画画paintings types of images数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势 T 色彩：黑白、彩色T 图像处理: 是对图像信息进行加工处理，以满足人的视觉心理和实际应用的需求T 图像处理方法： 光学方法 、电子学方法1.1.1 数字图像的基本概念数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势T模拟图像 连续的，采用数字化（离散化）表示和数字技术出现之前，图像是连续的，这一类图像称为模拟图像或连续图

4、像 连续的：指从时间上和从数值上是不间断的1.1.1 数字图像的基本概念数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势T数字图像 由连续的模拟图像采样和量化而得。组成数字图像的基本单位是像素，所以数字图像是像素的集合。T像素为元素的矩阵，像素的值代表图像在该位置的亮度，称为图像的灰度值。T数字图像像素具有整数坐标和整数灰度值。1.1.1 数字图像的基本概念数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势T图像是一种语言表达方法直观表现力强T图像信息是人类信息获取和交流的主要方式视、听、触、嗅、味等1.1.1 数字图像的基本概念数字图像数字图象处理相关学

5、术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势T（模拟）图像分类维数：二维图像 、三维图像 颜色：黑白图像 、彩色图像时间：静止图像 、活动图像 静止文字、图片等 运动分行物、心脏图 三维立体山脉、建筑群( , )i x y( , )i x y( , , )i x y z( ,)i x y( , , )i x y z1.1.1 数字图像的基本概念数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势1. 1. 最早应用在报纸业，最早应用在报纸业，2020世纪世纪2020年代，第一次通过海底电缆传输图像年代，第一次通过海底电缆传输图像 1921年用电报打印机采用特殊字符在编码纸带中产生

6、的图像1922年在信号两次穿越大西洋后，从穿孔纸带得到的数字图像（光学还原）1.1.2 数字图像的发展历史数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势 1929年年从伦敦到从伦敦到纽约用纽约用15级色调设级色调设备传送的备传送的照片（由照片（由5级到级到15级编码）级编码）1.1.2 数字图像的发展历史数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势2. 202. 20世纪世纪6060年代早期年代早期 第一台执行有意义的图像处理任务的大型计算机第一台执行有意义的图像处理任务的大型计算机计算机的发展计算机的发展, ,空间项目开发空间项目开发, ,利用计

7、算机改善空间探测器发回的图像工作利用计算机改善空间探测器发回的图像工作 美国航天器传送的美国航天器传送的第一张月球照片，第一张月球照片，“旅行者旅行者7 7号号”卫卫星星19641964年年7 7月月3131日日9 9点点0909分（东部白天分（东部白天时间）在光线影响时间）在光线影响月球表面月球表面1717分钟时分钟时摄取的图像摄取的图像19641964年：美国加利福尼亚喷气推进实验室用计算机对年：美国加利福尼亚喷气推进实验室用计算机对“徘徊者七号徘徊者七号”太空船发回的大批月球照片进行处理。太空船发回的大批月球照片进行处理。1.1.2 数字图像的发展历史数字图像数字图象处理相关学术和领域数

8、字图像处理系统主要应用与发展趋势图象处理在空间探索的应用3. 203. 20世纪世纪6060年代末、年代末、7070年代初年代初 开始用于医学图像、地球遥感、天文学等开始用于医学图像、地球遥感、天文学等领域计算机轴向断层术领域计算机轴向断层术 (CAT,CT) (CAT,CT) 获诺贝尔医学奖获诺贝尔医学奖 胸部胸部X X射线图像射线图像头部头部CTCT图像图像1.1.2 数字图像的发展历史数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势4. 4. 至今至今 广泛用于工业、医学、生物科学、地理学、考古学、物理学、天文广泛用于工业、医学、生物科学、地理学、考古学、物理学、天文

9、学等多个领域学等多个领域 太空技术：航天技术、空间防御、天文学太空技术：航天技术、空间防御、天文学 生物科学：生物学和医学生物科学：生物学和医学 刑事刑事/ /物证：指纹、人脸分析物证：指纹、人脸分析 国防：军事探测国防：军事探测 工业应用：产品检测工业应用：产品检测 日常生活应用：照片编辑、影视制作日常生活应用：照片编辑、影视制作 下面在应用中具体讲解下面在应用中具体讲解1.1.2 数字图像的发展历史数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势T图像是人类信息获取的重要手段 T数字图像的分辨率逐步提高 T数字图像可以充分利用现代化的数字通讯和信息传输技术 T数字图像可

10、以长期保存和永不失真 1.1.3 数字图像的基本特点数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势1.2.1 数字图像处理的基本特点1.2.2 数字图像处理的主要研究内容1.2 数字图像处理数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势数字图像处理定义数字图像处理定义简单概括就是利用计算机来处理数字图像。数字计算机最擅长处理各种数据。图像可看成是在计算机中的有序数据。把利用计算机对图像进行去噪、增强、复原、分割、提取特征等的理论、方法和技术叫做数字图像处理(Digital Image Processing)。数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像

11、处理系统主要应用与发展趋势T处理精度高，再现性好。T图像数据量庞大。T占用的频带较宽。T像素相关性大导致压缩潜力大。T评价受人的影响大。T图像处理技术综合性强。1.2.1 数字图像处理的基本特点数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势T 表达： 建模，图像采样、数字化T 图像和视觉基础T 图像变换： 提高图像质量图像处理图像基础T图像增强： 改善图像质量T图像几何处理： 平移、缩放、旋转、扭曲T图像复原： 去噪声、去模糊T图像重建： 重建原始图像1.2.2 数字图像处理的主要研究内容数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势T图像编码压缩

12、减少存储量和传输量T图像分割 图像区域分割和理解、目标表达和描述1.2.2 数字图像处理的主要研究内容数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势图像增强1.2.2 数字图像处理的主要研究内容数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势图像复原1.2.2 数字图像处理的主要研究内容数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势图像压缩图像压缩复原图复原图原图原图信噪比：信噪比：66.02压缩比压缩比:11.83:11.2.2 数字图像处理的主要研究内容数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势图像分

13、割图像分割1.2.2 数字图像处理的主要研究内容数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势1.3.1 数字信号处理学1.3.2 计算机图形学1.3.3 计算机视觉1.3 相关学科和领域数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势数据压缩计算机图像学数字信号处理线性代数图像处理学概述数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势 数字信号处理 图像处理研究对象：一维数字信号 二维数字信号研究内容：数字滤波器、数字 图像滤波器、图像 正交变换、数字编 正交变换、图像编 码等 码等数字信号处理与图像处理是紧密相关学科。1.3.1

14、 数字信号处理学数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势 计算机图形学 图像处理研究对象： 图形 图像研究内容： 图形生成、透视、 图像处理、图像分 消隐 割、图像分析过程： 由数学公式生成仿 由原始图像处理出 真图形或图像 分析结果计算机图形学与图像处理是逆过程。1.3.2 计算机图形学数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势 图像 描述图像处理计算机图形学图像识别图像理解1.3.2 计算机图形学数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势 计算机视觉 图像处理研究对象： 图像或图像序列 图像研究内容： 视觉感知

15、、 图像处理、图像分割、 图像理解 图像分析过程： 由图像特征感知、 由原始图像处理出 识别和理解三维场景 分析结果 1.3.3 计算机视觉数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势图1-3 数字图像处理与相关学科的联系和区别 图像图像（人）符号数据计算机图形学图像理解图像处理图像理解（转换）模式识别计算机视觉新 新 新理 工 技论 具 术客观世界图像分析相关学科领域的比较和联系数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势 数字图像处理系统硬件数字图像处理系统硬件 早期的数字图像处理系统大都采用大型机。 随着科技发展，现在主机为PC机， 配以图

16、像采集卡及显示设备 目前，国产的CA540、VP32、等图像板研制成功并已商品化。 微型图像处理系统成本低，加之软件配置丰富，应用灵活、便于推广。图像处理及分析图像采集图像显示图像存储通信1.4 数字图像处理系统数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势 1） 电视摄像机（电视摄像机（Video Camera） 2） 数码照相机（数码照相机（Digital Camera） 3） 扫描仪（扫描仪（Scanner） 4） 遥感图像获取设备遥感图像获取设备 5）图像输入卡（采集卡）图像输入卡（采集卡)数字图像获取主要工具数字图像获取主要工具1.4 数字图像处理系统数字图像数

17、字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势3 数字图像输出和显示数字图像输出和显示打印机、绘图仪、显示卡、胶片记录器、显示器打印机、绘图仪、显示卡、胶片记录器、显示器4 数字图像存储数字图像存储 磁盘、硬软盘、磁带、光盘磁盘、硬软盘、磁带、光盘 5.计算机计算机1.4 数字图像处理系统数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势大面幅彩色打印机摄像头数码摄像机彩色打印机数码相机数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势采用半导体隔离CCD 采用硅氧化物隔离CCD Canon 656U采用CIS技术 CompactFlash存储卡

18、CompactFlash Memory Card MemoryStick PCMCIA存储设备存储设备 磁带数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势1.5.1 数字图像处理的主要应用1.5.2 数字图像处理的发展趋势1.5 数字图像处理的主要应用与趋势数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势1.5.1 数字图像处理的主要应用T 遥感图像应用：资源调查、灾害监测、农林业规划、城市 规划、环境保护等T 医学图像应用:计算机断层摄影计算成像CT技术、X射线、 染色体分析等T 工业和实验图像应用:无损探伤、自动检查和识别、智能机 器人等1.5 数

19、字图像处理的主要应用与趋势数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势T 办公室自动化图像应用：邮政编码图像识别、OCR（字符识别系统）、自动判卷系统、各类图纸自动识别与录入系统等T 军事公安图像应用：自动跟踪技术、指纹识别、不完整图片的复原、监控等T 文化艺术图像应用：服装设计、照片的复制和修复、运动员动作分析等T 图像数据传输应用：图像的存储、刻盘、互联网传输，以及其它卫星传输、无线传输等 1.5.1 数字图像处理的主要应用数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势三维实景虚拟居室虚拟自然景观模拟美人鱼数字图像数字图象处理相关学术和领域数字

20、图像处理系统主要应用与发展趋势Photo courtesy Philips Research 数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势% 100755025Schlaug, et al, 1995, Harvard Medical School and Beth Israel Hospital数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势为儿童提供高质安全的影像检查人眼虹膜识别系统数字图像数字图象处理相关学术和领域数字图像处理系统主要应用与发展趋势一种最为快捷方便的方法-手掌识别 T 识别手掌的几何特征识别手掌的几何特征 手掌放在录入头表面后，由手掌放在录入头表面后，由红外相机获取图像。然后对红外相机获取图像。然后对手掌的整体形状、手指和关手掌的整体形状、手指和关节的形状和长度进行测量，节的形状和长度进行测量，从而得到手掌的特征点。从而得到手掌