数字图像的相关论述课件

第1章数字图像的相关论述1.1数字图像处理的发展1.2数字图像的相关概念1.3数字图像的处理方法1.4图像数字化技术1.5数字图像处理技术的发展方向1.6图像的统计特征1.7MATLAB简介1.8图像读取与显示1.9MATLAB图像处理应用示例数字图像处理（DigitalImageProcessing）是指用计算机对数字图像进行的处理，数字图像处理主要有两个目的：其一，为了便于分析而对图像信息进行改进；其二，为使计算机自动理解而对图像数据进行存储、传输及显示。图像工程与相关学科图像工程的内涵

图像工程的内容非常丰富，根据抽象程度和研究方法等的不同，可分为图像处理、图像分析和图像理解三个层次，这三个层次既有联系又有区别，如图1-8所示。换句话说，图像工程是图像处理、图像分析及图像理解三者的有机结合及工程应用。

1.图像处理

图像处理的重点是图像之间进行的变换。尽管人们常用图像处理泛指各种图像技术，但比较狭义的图像处理主要是对图像进行各种加工，以改善图像的视觉效果并为自动识别奠定基础，或对图像进行压缩编码以减少所需存储空间。

2.图像分析

图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息，从而建立对图像的描述。如果说图像处理是一个从图像到图像的过程，则图像分析是一个从图像到数据的过程。这里的数据可以是目标特征的测量结果，或是基于测量的符号表示，它们描述了目标的特点和性质。

3.图像理解

图像理解的重点是在图像分析的基础上，进一步研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得出对图像内容含义的理解以及对原来客观场景的解释，从而指导和规划行动。

如果说图像分析主要以观察者为中心来研究客观世界，那么图像理解在一定程度上是以客观世界为中心，借助知识、经验等来把握整个客观世界(包括没有直接观察到的事物)的。

图像工程与计算机图形学(ComputerGraphics)、模式识别(PatternRecognation)、计算机视觉(ComputerVision)等的关系如图1-9所示。计算机图形学研究的是用计算机技术生成图形的理论、方法和技术，即从非图像形式的数据描述来生成逼真的图像，可以生成现实世界中已经存在的物体的图形，也可以生成虚构物体的图形。它的研究对象和输出结果与图像分析的研究对象和输出结果正好对调。图像模式识别与图像分析则比较相似，只是前者试图把图像分解成可用符号较抽象地描述的类别。计算机视觉主要强调用计算机实现人的视觉功能，要用到图像工程三个层次的许多技术，但目前的研究内容主要与图像理解相结合。图像工程与相关学科的联系与区别以上学科各有所侧重，但互相联系、有所重合、互为补充。其实，这些名词也经常混合使用，它们在概念上或实用中并没有严格的界限，专业和背景不同的人习惯使用不同的术语。另外，人工智能、神经网络、遗传算法、模糊逻辑等新理论、新工具、新技术的发展，对上述学科均提供了有力的技术支持，促进了这些学科的长足发展。

图像处理技术的主要应用领域有：生物医学、遥感技术、工业生产、军事技术、通信技术、侦缉破案、气象预报、宇宙探索、考古等，已经遍布国民经济的各个领域。图像处理技术的应用领域

医学应用：通过CT及核磁共振、超声波、X射线成像的分析等，可提供医学诊断依据。X线片CT片MRIECT:地球资源勘探遥感：农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构造解译、找矿，环境污染检测等等。1998年长江（枝城-岳阳）洪涝灾害监测工业生产：无损探伤，石油勘探，生产过程自动化（识别零件，装配质量检查），工业机器人研制等。军事：航空及卫星侦察照片的测绘、判读，雷达、声纳图像处理，导弹制导，军事仿真等。军事目标跟踪隐形飞机、定位轰炸通信：图像传真，数字电视、网络可视聊天、可视电话网页动画等。空间探索公安：指纹识别，印签、伪钞识别，安检，手迹、印记鉴别分析等。气象预报：获取气象云图进行测绘、判读等。风云1号风云2号气象预报气象云图计算机绘画

计算机合成图像

广告设计1.2数字图像的相关概念1.2.1图像及其类型1.2.2图像与数字图像1.2.3其他相关概念1.2.4数字图像的获取1.2.5用矩阵表示数字图像1.2.1图像及其类型图像是物体在平面坐标上的直观再现。图片（picture）和图形（graphics）是与图像密切相关的两个概念。图片为“经过合适的光照条件形成一个可见的物体分布”。可见图像（visibleimage）是指视觉系统可以直接看见的图像。（1）可见图像图1-1图像的基本类型物理图像（physicalimage）所反映的是物体的电磁波辐射能。（3）数学图像数学图像（mathematicalimage）指由连续函数或离散函数生成的抽象图像。（2）物理图像1.2.2图像与数字图像一幅图像可以看作是物体辐射能量的空间分布，这个分布是空间坐标、时间和波长的函数，即

一幅二维静态单色平面图像可以用如下二维强度函数（也称为亮度函数）表示，即

1.2.3其他相关概念对数字图像的运算可分为几类：第一类是全局运算，第二类是点运算，第三类是局部运算。（1）噪声（noise）。噪声一般是指加性的或乘性的非图像本源信息，即图像的污染信息。（2）对比度（contrast）。对比度是指一幅图像中灰度反差的大小。（3）采样密度（samplingdensity）。采样密度是指在图像上单位长度包含的采样点数。采样密度的倒数即像素间距（pixelspacing）。（4）放大率（magnification）。放大率是指图像中物体与其所对应的景物中物体的大小比例关系。（5）数字化（digitizing）。数字化是将一幅图像从其原来的形式转换为数字形式的处理过程。数字化过程包括扫描、采样和量化3个步骤。（1）扫描（scanning）。扫描是按照一定的先后顺序对一幅图像进行遍历的过程。（2）采样（sampling）。采样是指遍历过程中，在图像的每个像素位置上测量其灰度值，即亮度值。（3）量化（quantization）。量化是将采样得到的灰度值通过模数转换等器件转换为离散的整数值。1.2.4数字图像的获取数字图像一般可以通过以下3种途径获取。（1）将传统的可见图像经过数字化处理转换为数字图像。（2）应用各种光电转换设备直接得到数字图像。（3）直接由二维离散数字函数生成数字图像。1.2.5用矩阵表示数字图像数字图像在计算机中采用二维矩阵表示和存储。图1-2数字图像的矩阵表示1.3数字图像的处理方法1.3.1空域处理法1.3.2频域处理法1.3.1空域处理法空域处理方法是指在空间域直接对数字图像进行处理。空域处理法主要有以下两大类。邻域处理法是对图像像素的某一邻域进行处理的方法。1．邻域处理法点处理法是指对图像像素逐一处理的方法。2．点处理法1.3.2频域处理法数字图像处理的变换域处理方法首先是通过傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换或是比较新的小波变换等变换算法，将图像从空间域变换到相应的变换域，得到变换域系数阵列，然后在变换域中对图像进行处理，处理完成后再将图像从变换域反变换到空间域，得到处理结果。1.4图像数字化技术1.4.1图像的数学模型1.4.2图像的采样1.4.3图像的量化1.4.1图像的数学模型矩阵的元素称为数字图像的像素或像元。上述过程可表示如下。代表经过量化后的像素值。为了分析和处理方便，有时需要将表示数字图像矩阵的元素逐行或逐列串接成一个向量，这个向量是数字图像的另一种表示形式。下面的过程表示逐行串接：图1-3用矩阵理论表示数字图像1.5数字图像处理技术的发展方向1．提高处理精度与速度2．图像处理的硬件技术3．新理论与新算法4．图像处理与通信技术结合5．图像处理领域的标准化6．应用领域不断开拓1.6图像的统计特征1.6.1图像的基本统计分析量1.6.2数字图像的直方图1.6.3多维图像的统计特性1.6.1图像的基本统计分析量1．图像的信息量2．图像灰度平均值图像灰度众数是指图像中出现次数最大的灰度值。4．图像灰度中值图像灰度中值是指数字图像全部灰度级中处于中间的值，当灰度级数为偶数时，则取中间的两个灰度值的平均值。3．图像灰度众数5．图像灰度方差6．图像灰度值域1.6.2数字图像的直方图数字图像处理中也常常应用灰度直方图表示图像的有关特征信息。灰度直方图是指图像中所有灰度值出现的次数或频率。1.6.3多维图像的统计特性1．协方差2．相关系数1.7MATLAB简介1.7.1MATLAB的特点1.7.2MATLAB的界面1.7.3M文件的编辑调试1.7.1MATLAB的特点（1）高质量、强大的数值计算功能。（2）数据分析和科学计算可视化功能。（3）强大的符号计算功能。（4）强大的非线性动态系统建模和仿真功能。（5）灵活的程序接口功能。（6）文字处理功能。1.7.2MATLAB的界面1．CommandWindow窗口图1-6CommandWindow窗口2．Workspace窗口图1-7Workspace窗口3．CommandHistory窗口图1-8调用CommandHistory窗口中的命令4．CurrentDirectory窗口图1-10SetPath窗口1.8图像读取与显示1．图像的读取函数imread()用来读取图像，把图像数据读出以后，可以赋给一个变量。2．图像数据的调用既然图像数据是存储在数组中，那么调用图像数据就变成了操作数组元素。函数imshow()用来显示图像。3．图像的显示1、支持多种类型的图像文件及各种类型文件的转换支持四种基本图像类型：索引图像：图像矩阵与颜色图数组，

Colormap＝[RGB]灰度图像：double，值域[0，1]；

uint8类型，值域[0，255]二进制图像:(0,1)RGB图像：图像数组为m×n×3，m，n表示图像象素的行列数与时间有关的图像序列：帧,m×n×3×f，m，n表示图像象素的行列数，f表示帧数,cat()图像输入/输出函数为imread()、

imwrite()：BMP、HDF、JPEG、PCX、TIFF、XWD等格式查看图像文件信息：imfinfo()mat文件：将内存中的图像用save命令以mat文件形式保存到磁盘中，随时可用load命令调用。例1I=imread('lena512.jpg');imshow(I)saveIImhist(I(:,:,1))%彩色图像Imhist(I)%灰度图像例2m=uint8(zeros(128,128,1,27));fori=1:27[m(:,:,:,i),map]=imread('mri.tif',i);endmontage(m,map)作业试用MATLAB的图像处理工具读取一个图像，并将其尺寸缩小0.5倍，将缩小后的图像旋转3