dd数字图像处理1课件

1、数字图像处理燕山大学理学院课程的地位和意义：数字图像处理是一门新兴的跨学科的前沿高科技，在军事、工业、科研、医学等领域获得了广泛应用，是国内外高校和科研院所教育中一个重要的研究方向，具有广阔的发展前景。教学安排:课堂教学：48学时 实验：8学时教材:数字图像处理(第3版) ，(美)冈萨雷斯，电子工业出版社，2011年5月参考书籍：数字图像处理(第2版),Rafael C. Gonzalez等著, 阮秋琦等译数字图像处理(Matlab版),Rafael C. Gonzalez等著, 阮秋琦等译图像处理和分析基础,章毓晋,高等教育出版社图像工程,章毓晋,清华大学出版社数字图像处理,陈天华,清华大学

2、出版社第1章 绪论引言图像处理方法源于两个主要的应用领域：改善图示信息以便于人们解释；为存储、传输和表示而对图像数据进行处理，以便于机器理解；像素组成的二维排列，可以用矩阵表示；对于单色即灰度图像而言，每个象素的亮度用一个数值来表示，通常数值范围在0到255之间，即可用一个字节来表示：0表示黑255表示白(0,255)表示从黑到白的灰度级别。灰度图像 彩色图象(128x128)及其对应的数值矩阵（仅列出一部分）(207,137,130) (220,179,163) (215,169,161) (210,179,172) (210,179,172) (207,154,146) (217,124,

3、121) (226,144,133) (226,144,133) (224,137,124) (227,151,136) (227,151,136) (226,159,142) (227,151,136) (230,170,154) (231,178,163) (231,178,163) (231,178,163) (236,187,171) (236,187,171) (239,195,176) (239,195,176) (240,205,187) (239,195,176) (231,138,123) (217,124,121) (215,169,161) (216,179,170) (

4、216,179,170) (207,137,120) (159, 51, 71) (189, 89,101) (216,111,110) (217,124,121) (227,151,136) (227,151,136) (226,159,142) (226,159,142) (237,159,135) (237,159,135) (231,178,163) (236,187,171) (231,178,163) (236,187,171) (236,187,171) (236,187,171) (239,195,176) (239,195,176) (236,187,171) (227,13

5、3,118) (213,142,135) (216,179,170) (221,184,170) (190, 89, 89) (204,109,113) (204,115,118) (189, 85, 97) (159, 60, 78) (136, 38, 65) (160, 56, 75) (204109113)(227151136)(226159142)(237159135)(227151136)2.数字图像处理数字图像处理是指借助于数字计算机来处理数字图像。数字图像处理的三个层次：1）. 低级-图像处理：从图像到图像的过程: 对图像进行各种加工，以改善图像的视觉效果；在图像之间进行的变换

6、；输入、输出都是图像如：图像对比度增强2）.中级-图像分析：对图像中感兴趣的目标进行提取和分割，获得目标的客观信息（特点或性质），建立对图像的描述；图像分析是一个从图像到数据的过程。输入是图像；但输出是从图像中提取的特征（如：边缘、各物体的标识等）可见，图像处理、图像分析和图像理解是处在三个抽象程度和数据量各有特点的不同层次上。图像处理是比较低层的操作， 它主要在图像像素级上进行处理， 处理的数据量非常大。图像分析则进入了中层，分割和特征提取把原来以像素描述的图像转变成比较简洁的非图像形式的描述。图像理解主要是高层操作， 基本上是对从描述抽象出来的符号进行运算，其处理过程和方法与人类的思维推理

7、有许多类似之处。根据本课程的任务和目标，本书重点放在图像处理上，并学习图像分析的基本理论和方法。1.2 数字图像处理的起源利用计算机技术改善空间探测器发回的图像；重要标志是1964年正式使用数字计算机对“徘徊者7号”太空船送回的四千多张月球照片进行了处理，以校正航天器上电视摄像机中的各种类型的图像畸变； 徘徊者7号撞击月球表面前约17分 钟时摄取的第一张月球图像。 网状标记用于几何校正（第2章） 这也是美国航天器拍摄的第1幅月球图像；1.2 数字图像处理的起源进行太空应用的同时，数字图像处理技术在20世纪60年代末和70年代初开始用于医学图像、地球遥感监测和天文学等领域。最新领域 生物特征识别

8、（指纹识别、人脸识别） 特效处理、互联网、视频、多媒体等 基于内容的图像检索、视频检索 水印、游戏、电影特技、虚拟现实、电子商务等- 数字图像处理的应用无处不在1.3 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用领域多种多样。最简便的方法是按照信息源进行分类；最主要的图像能源是电磁能谱，其他主要的能源包括声波、超声波和电子（用于电子显微镜）。1.3 数字图像处理的应用实例根据光子能量排列的电磁波谱：伽马射线 X射线 紫外线 可见光 红外线 微波 无线电波 一个光子的能量（电子伏特）1.3.1 伽马射线成像核医学中，将放射性同位素注入人体，当其衰变时会射出伽马射线，由伽马射线检测仪收集到的放射线来产

9、生图像；伽马射线成像的主要用途包括医学和天文观测。(a) 骨骼扫描图像(b) 正电子放射断层（PET）(c) 天鹅星座环(d) 核反应堆真空管的伽马辐射图像1.3.2 X射线成像X射线在医学诊断上的应用（a）X光片（b）血管照相术（c）头部CAT切片图像X射线是最早用于成像的电磁辐射源之一；1.3.2 X射线成像(d) 电路板的x射线图像(e) 天鹅星座环1.3.3 紫外波段成像紫外光的应用多种多样:平板印刷技术工业检测显微镜方法激光生物图像天文观测普通玉米的荧光显微镜图像被“黑穂病”感染的玉米遥感美国华盛顿区域的卫星遥感图像，每个频谱波段显示了一幅图像：1.3.4 可见光及红外波段成像1）可

10、见蓝光(0.45-0.52)2）可见绿光(0.52-0.60)3）可见红光(0.63-0.69)4）近红外光(0.76-0.90)5）中红外光(1.55-1.75)6）热红外光(10.4-12.5)7）中红外光(2.08-2.35)天文天气观测与预报是卫星多光谱图像的主要应用领域;飓风的卫星图像1.3.4 可见光及红外波段成像工业检测：可见光谱中主要成像领域是生产产品的自动视觉检测：a)检测丢失的原件（右上角黑色方块）b) 药片检测c) 未装满的瓶子d) 部件内的气泡数量1.3.4 可见光及红外波段成像拇指指纹图像识别：指纹识别、人脸识别、车牌号码的识别1.3.4 可见光及红外波段成像1.3.

11、5 微波波段成像雷达：在雷达图像中，看到的只是反射到雷达天线的微波能量；可以穿透云层，甚至穿透植被、冰层和干燥的沙漠航天器拍摄的西藏东南山区雷达图像1.3.6 无线电波成像无线电波段成像主要应用在医学和天文学；在医学中，无线电波用于磁共振成像（MRI)：a)膝盖 b)脊椎1.3.7 使用其他成像的例子过热损坏的钨丝（250倍）损坏的IC电路（2500倍） 超声波成像 电子显微镜成像计算机生成的图像分形图像例1：图像增强直方图均衡化例2：图像着色例3: 图象边缘检测 例4: 图像恢复1.5 图像处理系统的基本组成结构主要由三大部分组成:图像数字化设备，包括数码相机、数码摄像机、带照相和/或摄像功

12、能的手机等图像处理设备，包括计算机和存储系统图像输出设备，包括打印机，也可以输出到Internet上的其它设备1.6 MATLAB集成环境1.6.1 启动与退出MATLAB集成环境1MATLAB系统的启动与一般的Windows程序一样，启动MATLAB系统有2种常见方法：(1)使用Windows“开始”菜单。(2) 利用快捷方式。MATLAB 的工作环境启动MATLAB后，将进入MATLAB。MATLAB 工作环境包括:主窗口命令窗历史命令窗当前目录浏览器工作空间浏览器内存数组编辑器M文件编辑/调试器交互界面分类目录窗帮助导航/浏览器图形窗 当MATLAB安装完毕并首次启动时，展现在屏幕上的界

13、面为MATLAB的默认界面，如图所示。2MATLAB系统的退出要退出MATLAB系统，也有3种常见方法：(1) 在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit MATLAB命令。(2) 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。(3) 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。1.6.2 主窗口MATLAB主窗口是MATLAB的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。1.6.3 命令窗口命令窗口是命令行语句和命令文件执行的主要窗口。在命令窗口中直接输入命令或MATLAB函数，系统自动反馈结果。命令窗口是MATLAB的主要交互窗口，用于输入命令并显示除图形以外的所

14、有执行结果。MATLAB命令窗口中的“”为命令提示符，表示MATLAB正在处于准备状态。在命令提示符后键入命令并按下回车键后，MATLAB就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以回车结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。例如：p=15,m=35p=15;m=35如果一个命令行很长，一个物理行之内写不下，可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键，然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。3个小黑点称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。在MATLAB里，有很多的控制

15、键和方向键可用于命令行的编辑。1.6.4 工作空间窗口工作空间窗口是MATLAB的一个变量管理中心，可以显示变量的名称、尺寸、字节和类别等信息，同时用不同的图标表示矩阵、字符数组、元胞数组、构架数组等变量类型。在该窗口中可对变量进行观察、编辑、保存和删除。1.6.5 当前目录窗口和搜索路径1当前目录窗口当前目录是指MATLAB运行文件时的工作目录，只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或调用。在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。将用户目录设置成当前目录也可使用cd命令。例如，将用户目录c:mydir设置为当前目录，可在命令窗口输入命令：c

16、d(c:mydir)2MATLAB的搜索路径当用户在MATLAB命令窗口输入一条命令后，MATLAB按照一定次序寻找相关的文件。基本的搜索过程是：(1) 检查该命令是不是一个变量。(2) 检查该命令是不是一个内部函数。(3) 检查该命令是否当前目录下的M文件。(4) 检查该命令是否MATLAB搜索路径中其他目录下的M文件。用户可以将自己的工作目录列入MATLAB搜索路径，从而将用户目录纳入MATLAB系统统一管理。设置搜索路径的方法有： (1) 用path命令设置搜索路径。例如，将用户目录c:mydir加到搜索路径下，可在命令窗口输入命令：path(path,c:mydir)(2) 用对话框设

17、置搜索路径 在MATLAB的File菜单中选Set Path命令或在命令窗口执行pathtool命令，将出现搜索路径设置对话框。通过Add Folder或Add with Subfolder命令按钮将指定路径添加到搜索路径列表中。在修改完搜索路径后，则需要保存搜索路径。1.6.6 命令历史记录窗口在默认设置下，历史记录窗口中会自动保留自安装起所有用过的命令的历史记录，并且还标明了使用时间，从而方便用户查询。通过双击命令可进行历史命令的再运行。如果要清除这些历史记录，可以选择Edit菜单中的Clear Command History命令。在该窗口的某一命令上单击鼠标右键会弹出菜单。1.6.7 M文件编辑/调试器1.6.8 图形窗图形窗的打开方式有三种：1）在主窗口上依次选择FileNew Figure或Open file操作时，选择打开图形文件。2) 在命令窗口输入figure命令。3) 执行结果为图形的语句。% sin_x.m: This m-file calculates and plots the % function sin(x) for 0 = x = 6.x = 0:0.1:6;y = sin(x);plot(x,y); 1.6.9 MATLAB帮助系统1. 进入帮助窗口可以通过以下3种方