数字图像处理：第01章 绪论

1、数字图像处理本课程的主要内容 图像的数字化和显示 图像变换 图像增强 图像编码和压缩 图像复原 图像分割 彩色图像处理 数学形态学 图像分析与模式识别教学参考书 阮秋琦 数字图像处理学 电子工业出版社 章毓晋 图像处理与分析教程 人民邮电出版社培养目标： 掌握数字图像处理的基本概念、原理、和方法，并能解决在实际工程问题。学习组织方式： 课堂教学自助式学习+项目开发课程考核方式： 课后作业（40%）+成组项目（60%）第章 绪论内容提要:数字图像处理的发展简史图像处理的任务基本的图像处理系统图像各种形式的表示1.1 数字图像处理及发展简史1.1.1 数字图像与像素图像是自然界景物的客观反映。在数

2、字图像领域，将图像看成是许多大小相同、形状一致的像素组成。像素（picture element，简称pixel）一幅图像可以用二维矩阵加以表示。图1.1 自然景物图像 (a)原图 (b)将原图放大4倍图像的数字化包括两个主要步骤：离散和量化1.1.2 图像处理的发展简史数字图像处理首次成功地应用在1964年美国宇航局喷气推进实验室（NASA JPL）对“徘徊者7号”探测器发来的几千张月球照片的进行几何校正、灰度变换、去除噪声等处理考虑了太阳位置和月球环境的影响用计算机绘制了月球表面的照片。2005年1月14日，“惠更斯”探测器拍摄了“土卫六”的图像。 图 土卫六的地貌图 图 陆地卫星5号数字图

3、像在医学领域的应用数字图像在生活中的广泛应用图像理解和机器视觉中国的嫦娥登月工程携带干涉成像光谱仪、激光高度仪和CCD立体相机共同完成月球表面所能为立体影像的获取工作。图像处理过程：CCD立体相机图像获取图像传输获得位流数据格式重整图像增强几何校正图像拼接1.2 图像处理的目的、任务与特点1.2.1 图像处理的目的一般地，图像处理中需要完成以下一个或几个任务：（1）提高图像的视觉质量以提供人眼主观满意或较满意的效果。（2）提取图像中目标的某些特征，以便于计算机分析或机器人识别。（3）为了存储和传输庞大的图像和视频信息，常常对这类数据进行有效的压缩。（4）信息的可视化。（5）信息安全的需要。1.

4、2.2 图像处理的任务图像处理、图像分析、图像理解图像处理的主要任务：图像获取与数字化图像增强图像恢复图像重建图像变换图像编码与压缩图像分割图像增强对视觉不满意额图像进行改善，突出图像中感兴趣的部分。图像复原对图像退化的原因或过程有一定了解，通过理论推导或实验数据甚至可以建立退化的数学模型，那就可以用某种方法从降质的图像上恢复原始图像。与图像增强的区别：恢复需要考虑图像降质的原因，增强则不考虑。图像重建根据不同视点或剖面的二维图像数据建立三维图像。图像变换在空域中难以获得和处理，计算量也大，这时可以考虑在变换域进行处理，如离散傅里叶变换、小波变换、余弦变换等。图像编码和压缩为了方便存储、传输和

5、处理的需要，压缩编码是必须的。压缩有失真和非失真图像分割按一定规则将图像分成若干个有意义或感兴趣区域的过程。图像融合利用多源信息进行决策，不同来源的图像数据经过处理最大限度地提取各自信道中有利信息，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，最后综合成高质量的图像。1.2.3 数字图像处理的特点1具有数字信号处理技术共有的特点。如：（1）处理精度高。（2）重现性能好。（3）灵活性高。2数字图像处理后的图像可能是供人观察和评价的，也可能作为机器视觉的预处理结果。3数字图像处理技术适用面宽。原始模拟图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像、超声波图像或红外图像。 图 胸

6、部X光片图像 图 红外热像仪检测的手4数字图像处理技术综合性强。5数字图像处理与模拟方式处理图像相比，也有一些不足之处，如（1）数字图像处理的信息大多是二维或二维以上的多维信息，数据量巨大（2）数字图像信号占用的频带较宽。（3）处理费时。1.3 基本的图像处理系统图像处理系统包括图像处理硬件和图像处理软件。1.3.1 图像处理硬件微机图像处理硬件系统主要由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出设备等组成。软件系统包括操作系统、设备驱动及图像处理开发工具等。较完整的数字图像处理系统结构框图：由输入设备、成像显示记录设备、数字图像处理核心、交互控制单元等组成。1 图像输入

7、设备完成将模拟光学图像转换成模拟电图像的过程。数字化图像输入设备还进一步将模拟电图像进行数字化以便于存储介质存储和计算机处理。2. 图像存储器为了适应图像的大数据量要求，输入图像、输出图像以及中间结果图像必须用大容量存储介质进行存储。3. 主机用于图像处理的计算机。4显示器及图像输出设备图像采集卡、显示卡、高速图像处理卡等。（1）图像采集卡（2）高速图像处理卡（3）显示卡1.3.2 图像处理软件1. 图像设备驱动程序2. 操作系统：（1）IBM PC及兼容机一般使用Microsoft Windows操作系统。（2）Apple Macintosh机一般使用Mac OS X操作系统。（3）图形工作

8、站典型使用UNIX或X WINDOWS操作系统。3图像处理开发工具（1）VC+面向对象可视化集成工具（2）MATLAB的图像处理工具箱和第三方开发包，如Opencv等（3）图像应用软件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee1.4数字图像处理的应用与发展趋势1.4.1 数字图像处理的应用1航天和航空技术方面的应用2生物医学工程方面的应用3通信工程方面的应用4工业自动化和机器人视觉方面的应用5军事和公安方面的应用6生活和娱乐方面的应用1.4.2 数字图像处理的发展趋势（1）上世纪末到本世纪初在图像处理技术领域出现了一些新热点（2）“传统的”图像分割和图像压缩编码等领域仍有研究的价值。（3）加强对视觉特性、心理学特性等的进一步研究，作为边缘学科，图像处理技术更应该注意借鉴其他学科的理论、技术和方法，完善图像处理的理论和技术体系。（4）在硬件技术方面，要在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。（5）图像处理技术在图像通信的研究和应用具有广阔的市场前景。（6）智能图像信息处理新