数字图像处理分析IPA-1绪论

1、数字图像处理与分析谭立湘参考书Digital Image Processing R.C.Gonzalez 数字图像处理（第三版） 阮秋琦 电子工业出版社图像工程 （第三版） 章毓晋 上、中、下册 清华大学出版社 MATLAB 图像处理 清华大学出版社课程目的与要求掌握数字图像处理的基本概念、原理和方法掌握图像分析的方法，初步运用所学知识解决实际问题为图像处理及相关领域的研究打下基础图像处理/医学影像处理计算机视觉生物特征识别：人脸识别、指纹识别、掌纹识别、虹膜识别等图像分类、图像和视频的检索（图像理解）上课要求和成绩评定兴趣、宽松、和谐公平、满意 20学时实验 课程报告序言人类获取信息的重要来

2、源：视觉 70%；听觉 15%；其他 15% 图像是人类视觉的延伸 观察系统使用的光波段：可见光、红外、X射线、微波、超声波等序言可见光谱成像不同光照图像 序言“勇气”号和“机遇”号两个火星探测器在拍摄这些图片时，使用的是绿色、蓝色及红外线滤光镜头，没有使用绿色、蓝色和标准红色滤光镜头。这种镜头拍摄出的照片还是很精确的，但颜色会显得特别突出，所以人们看上去觉得有些怪。 序言序言序言-伽马射线序言-X射线序言-紫外线序言-超声波序言-光学显微镜图像序言-飓风的多光谱图像序言-红外线（夜间灯光）序言-西藏西南山区的空间雷达图像 （微波波段成像）计算机生成的图像计算机生成的图像艺术风格绘画模拟计算机

3、生成的图像动画图像计算机生成的图像由树的分形模型生成的黑山茱萸树 (a) 没有树叶 (b) 有树叶1.1 数字图像1.2 数字图像处理1.3 相关学科和领域1.4 数字图像处理的主要应用与发展趋势1.5 工程应用简介1.1 数字图像1.1.1 数字图像的基本概念1.1.2 数字图像的基本特点1.1.1 数字图像的基本概念图像是一种语言表达方法直观表现力强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 数字图像1.1.1 数字图像的基本概念图：反射光或透射光的分布，或自身发出的能量(客观)像：人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识 （主 观）观察系统使用的光波段：可见光

4、、红外、X射线、微波超声 波、 射线等图像： 静止文字、图片等 运动分行物、心脏图 色彩：黑白、彩色图像处理: 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1.1.1 数字图像的基本概念模拟图像 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 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。以像素为元素的矩阵，像素的值代表图像在该位置的亮度/色

5、度，称为图像的灰度值/色度值。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1.1.2 数字图像的基本特点图像是人类信息获取的重要手段 数字图像的分辨率逐步提高 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 数字图像可以长期保存和永不失真 1.2 数字图像处理数字图像处理作为一门学科追溯到60年代，1964年美国喷气推进实验室利用计算机对太空船发回的月球图像信息进行处理。 1.2.1 数字图像处理的基本特点1.2.2 数字图像

6、处理的主要研究内容1.2 数字图像处理1.2.1 数字图像处理的基本特点信息量大：5125128bit256KB 256KB25帧/s6400KB=6.25MB占用的频带较宽：电视图像的带宽56MHz，而语言带宽4KHz，频带越宽，技术实现难度越大像素相关性大：压缩潜力大评价受人的影响大表达： 建模，图像采样、数字化图像和视觉基础图像变换： 提高图像质量图像处理图像基础图像增强： 改善图像质量图像几何处理： 平移、缩放、旋转、扭曲图像复原： 去噪声、去模糊图像重建： 重建原始图像1.2.2 数字图像处理的主要研究内容1.2.2 数字图像处理的主要研究内容图像编码压缩 减少存储量和传输量图像分割

7、 图像区域分割和理解、目标表达和描述图像理解 图像感知、解释、推理等1.2.2 数字图像处理的主要研究内容图像增强1.2.2 数字图像处理的主要研究内容图像复原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1.3.1 数字信号处理学 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的学科。1.3.2 计算机图形学 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、

8、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 图像 描述图像处理计算机图形学图像识别图像理解1.3.3 计算机视觉 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、 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 虚拟博物馆1.4 数字图像处理的主要应用与趋势1.4.1 数字图像处理的主要应用1.4.2 数字图像处理的发展趋势1.4.1 数字图像处理的主要应用遥感图像应用：资源调查、灾害监测、农林业规划、城市 规划、环

9、境保护等医学图像应用: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1.4 数字图像处理的主要应用与趋势1.4.1 数字图像处理的主要应用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、监控等文化艺术图像应用：服装设计、画作/照片的复制和修复、运动员动作分析等图像数据传输应用：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 数字图像输入输出设备从低分辨率向高分辨率发展 从二维（2D）向三维（3D）发

10、展从静止图像向动态图像发展从单态图像向多态图像发展结合应用方面的新进展1.4.2 数字图像处理的发展趋势1.5 工程应用简介1.5.1 遥感图像处理1.5.2 工业与实验图像处理1.5.3 医学图像处理1.5.4 办公图像处理1.5.5 公安图像处理1.5.6 影视图像处理1.5.1 遥感图像处理军事侦察：战略目标定位、多光谱去伪装导弹制导：红外、雷达图像处理农作物估产：多光谱图像分析地质研究：宏观地质结构、探矿灾情估计：红外图像统计气象云图：图像几何处理与拼接遥感图像增强前后的遥感图像遥感多光谱图例华盛顿特区处理前后高分辨率遥感图像高分辨率遥感图像Quickbird 美国快鸟遥感卫星 Qui

11、ckBird卫星于2001年10月由美国DigitalGlobe公司发射，是世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星，它每年能采集七千五百万平方公里的卫星影像数据。 香港新机场遥感图像航片地表覆盖1.5.2 工业与图像处理自动装配生产线： 实时图像处理机器人视觉： 立体图像处理无损探伤： 高能X射线探测金属内部车辆牌照识别： 交通管制流动显示与测速： PIV （粒子图像测速技术）识别棉花中的杂质车牌识别工件裂纹检测1.5.3 医学图像处理病理图像分析：显微图像、染色体图像X射线图像处理：X射线透视和照片增强超声图像处理：黑白超和彩超、动态CT图像重建：断层图像计算X光图像增强CT切片图像CT边缘提

12、取B超图像染色体1.5.4 办公图像处理邮政编码识别：手写数字图像处理识别印刷体文字识别：OCR 文字图像识别机械图样自动录入：线条跟踪、拟合1.5.5 公安图像处理指纹图像处理：刑侦、司法鉴定、自动门卫面孔图像处理：自动门卫印章比对：司法鉴定、银行支票笔迹比对：刑侦、司法鉴定1.5.6 影视图像处理照片去模糊处理： 焦距模糊、运动模糊绿幕剪影： 图像合成变脸特技： 帧间插值处理静止图像压缩： JPEG标准、网络传输动态图像压缩： MPEG标准、VCD和DVD数字电影院： 未来电影技术由黑白图像转换的伪彩色图像图象质量自动调整 lena1 原始图像 2 加入水印后的图像 3 水印特征提取效果图

13、 原图图像分割图像锐化边缘增强边缘提取轮廓提取和跟踪基于形状的图像检索IBMR- Image-Based Modeling and Rendering 从照片中生成逼真的3D虚拟人算法-面部复制求特征点求其3D位置修改通用人头修改嘴和眼纹理映射算法-躯干复制几种常见的生物特征示例脸形脸部热量图指纹几种常见的生物特征示例手形手部血管分布 虹膜视网膜 签名 声音指纹特征信息指纹比对模糊匹配:三维到二维的映射；变形（随机性）指纹分类 拱形 尖拱形 右旋 左旋 旋涡指纹增强将质量比较差、纹线不清晰的指纹图象通过一定的技术处理，使其清晰化，但不能改变指纹纹线的固有结构图像增强直方图均衡化人脸检测与识别基于内容的视频片断检索视频字幕识别图像工程的3