数字图像处理课件

《数字图像处理》

DigitalImageProcessing

郑州大学物理工程学院

赵书俊《数字图像处理》

DigitalImageProces1绪论绪论一：数字图象处理的基本概念二：数字图象处理的发展历史三：生物医学图象四：数字图象处理的研究内容五：数字图象处理系统的组成六：数字图象处理的教学方式绪论绪论一：数字图象处理的基本概念2绪论数字图像处理是一门关于如何用计算机对图像进行处理的学科，本课程主要讲解基本原理和方法，强调编程实践和建立图像处理应用系统的方法。一：数字图像处理的基本概念二维函数f(x,y)。（图像和图片）x,y是空间坐标，f(x,y)幅值称为强度或者灰度数字图像：空间离散，幅值离散像素绪论数字图像处理是一门关于如何用计算机对图像进行处理的学3绪论一：数字图像处理的基本概念1.什么是数字图像？数字图像是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。对于单色即灰度图像而言，每个像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，而其它表示灰度。如下图所示：绪论一：数字图像处理的基本概念1.什么是数字图像？4绪论125,153,158,157,127,70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133,60,133,154,158,100,116,120,97,74,54,74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115,88,49,155,163,95,112,123,101,137,108,81,71,63,81,137,142,146,152,159,161,159,154,138,81,78,84,114,95,167,69,85,59,65,43,85,34,69,78,104,101,117,132,134,149,160,165,158,143,114,99,57,45,51,57,54,46,38,44,38,36,44,36,25,48,115,113,114,124,135,152,168,169,156,75,43,39,41,38,42,41,58,30,44,35,28,69,144,147,57,60,93,106,119,124,131,144,175,177,63,30,30,124,139,65,31,39,61,35,75,51,66,58,167,177,153,58,80,95,108,120,133,155,182,137,84,74,54,61,149,96,36,29,115,71,84,105,86,136,172,175,128,126,114,106,109,115,127,169,187,105,102,95,66,135,145,87,38,38,124,120,106,93,95,117,120,131,148,144,113,112,109,115,128,162,193,143,132,124,110,131,97,53,66,47,129,123,128,114,108,115,102,121,129,125,113,112,111,111,127,162,192,150,129,117,112,107,64,67,73,48,133,139,132,127,128,134,136,144,140,141,113,120,114,115,122,154,188,159,143,131,125,112,105,95,88,52,136,138,143,145,138,143,143,141,144,129,118,119,115,112,120,152,186,165,150,139,128,117,109,104,93,58,一：数字图像处理的基本概念图1.1灰度图像(128x128)及其对应的数值矩阵（仅列出一部分）绪论125,153,158,157,127,70,105绪论一：数字图像处理的基本概念彩色图像可以用红、绿、蓝三元组的二维矩阵来表示。通常，三元组的每个数值也是在0到255之间，0表示相应的基色在该像素中没有，而255则代表相应的基色在该像素中取得最大值，这种情况下每个像素可用三个字节来表示。绪论一：数字图像处理的基本概念彩色图像可以用红、绿、蓝三6绪论一：数字图像处理的基本概念(207,137,130)(220,179,163)(215,169,161)(210,179,172)(210,179,172)(207,154,146)(217,124,121)(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)图1.2彩色图像(128x128)及其对应的数值矩阵绪论一：数字图像处理的基本概念(207,137,130)7绪论绪论二：数字图像处理的发展历史及应用绪论绪论二：数字图像处理的发展历史及应用8数字图象处理的发展概况和应用发展概况：（1）二十世纪二十年代：图象远距离传输。（2）二十世纪五十年代：数字计算机发展到一定水平，数字图象处理引起巨大关注。（3）1964年：美国喷气推进实验室用计算机对“徘徊者七号”太空船发回的大批月球照片进行处理。数字图象处理应用从空间研究计划扩展到生物医学，工业生产，军事侦察等领域。数字图象处理的发展概况和应用发展概况：9图象处理最先应用于空间探索图象处理最先应用于空间探索10图象处理最先应用于空间探索图象处理最先应用于空间探索11（4）二十世纪六十年代末：数字图象处理较完整的理论体系已形成，成为一门新兴的学科。（5）二十世纪六十年代至八十年代：随着离散数学理论的创立和完善，数字图象处理理论和方法进一步完善，应用范围更加广泛。（6）二十世纪八十年代以来：数字图象处理向更高级的方向发展：实时性，智能化，普及化，网络化，低成本。数字图像处理ppt课件121.简明历史（1）本世纪20年代，纽约－伦敦海底电缆传输数字化的新闻图片。传递时间从一个多星期减少到3个小时。1921年电报打印机采用特殊字符在编码纸带打印。输出设备从专用到通用再到专用。1929年从伦敦到纽约15级色调通过电缆传递照片。从早期5个灰度到15灰度。现在的网络、移动通信再次历经这个过程。1922年两次穿越大西洋，穿孔纸得到图像检测误差。图像通信系统信源编码和信道编码。1.简明历史（1）本世纪20年代，纽约－伦敦海底电缆传输131.简明历史（1）五十年代中期在太空计划的推动下开始这项技术的研究。重要标志是1964年美国喷气推进实验室（JPL）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。美国航天器传送的第一张月球照片，1964年7月31日在光线影响月球表面17分钟摄取的图像。1.简明历史（1）五十年代中期在太空计划的推动下开始这项141.简明历史（2）60年代末，数字图象处理形成一个比较完整的理论与技术体系，从而构成了一门独立的技术70年代，CT的发明，血球自动分类仪的商业化CT发明获得1979年诺贝尔医学奖。X射线1901年物理学奖。70年代以来迅猛发展。广泛应用于太空探索，遥感应用，生物医学工程工业应用，军事应用等方面。1.简明历史（2）60年代末，数字图象处理形成一个比较完152.现状七十年代以来迅猛发展。1：主观需求：人类从外界获取得信息60～70％通过眼睛的图象信息。2：计算机技术的发展和通信手段的发展提供客观可能；以FFT为代表的数字信号处理算法和现代信号处理方法的精确性，灵活性与通用性。3：数学化的特点是该学科成熟的一个标志。“一种科学只有在成功地运用数学时，才算真正达到了完美的地步”

(分析，代数，几何）总之：是一门在理论研究和应用开发两方面获得极大统一的学科。2.现状七十年代以来迅猛发展。163.发展趋势1：结合网络和Internet技术需求而发展起来的新技术，比如网上图象、视频的传输、点播和新的浏览、查询手段。2：高级图象处理技术，结合最新的数学进展，诸如小波、分形、形态学等技术。3：智能化，图象自动分析、识别与理解。3.发展趋势1：结合网络和Internet技术需求而发展17应用领域：通信：图象传输，电视电话，HDTV等。宇宙探测：星体图片处理。遥感：地形、地质、矿藏探查，森林、水利、海洋、农业等资源调查，自然灾害预测，环境污染的监测，气象云图。生物医学：CT，NMR，PET，SPECT，DSA，X射线成象，B超，红外图象，显微图象。工业生产：产品质量检测，生产过程控制，CAD，CAM。应用领域：18应用领域：军事：军事目标侦察，制导系统，警戒系统，自动火器控制，反伪装等。公安：现场照片，指纹，手迹，印章，人像等处理和鉴别。档案：过期的文字、图片档案的修复和处理。机器人视觉娱乐：电影特技，动画，广告，MTV等。应用领域：19应用举例

非生物医学领域应用举例

非生物医学领域20空间探索空间探索21地球资源勘探地球资源勘探22遥感图片遥感图片23数字图像处理ppt课件24数字图像处理ppt课件25气象预报气象预报26气象云图气象预报气象云图27计算机绘画计算机绘画28计算机绘画

计算机绘画29计算机合成图像

计算机合成图像30计算机合成图像

计算机合成图像31广告设计广告设计32影视点击按钮播放视频影视点击按钮33动画

动画34网页设计网页设计35网页设计点击图片播放FLASH网页设计点击图片播放FLASH36军事应用目标跟踪军事应用37军事应用隐形飞机、定位轰炸军事应用38军事应用军事应用39军事应用军事应用40交通监控自动驾驶交通监控41绪论绪论三：生物医学图象绪论绪论三：生物医学图象42生物医学成像及图像处理在生命科学研究、医学诊断、临床治疗等方面起着重要的作用，X射线、CT、MRI的发现或发明者获得诺贝尔奖，就是其重要价值的印证。医学成像及图像处理设备占医院投资中的比例越来越高。仅GE公司下属的北京航卫2003年生产的中低档CT，销售额就达30亿元。发达国家高度重视。以美国为例，它是NSF，NIH的重要资助领域，近年美国还成立了NIBIB机构专门资助医学成像和生物医学工程领域的研究。生物医学成像及图像处理在生命科学研究、医学诊断、临床治疗等方43伽马射线X射线紫外光可见光红外光微波无线电波短波 长波高频 低频图像浏览伽马射线X射线紫外光可见光44数字图像处理ppt课件45伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。伦琴因发现X射线获得46Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979年47Bloch和Purcell因发现NMR现象获得1952年诺贝尔物理学奖。Bloch和Purcell因发现NMR现象获得1952年诺贝48发明MRI中Fourier重建方法的Ernst获得1991年诺贝尔化学奖。发明MRI中Fourier重建方法的Ernst获得1991年49Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得2003年诺贝尔医学和生理学奖。Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得250光学成像点击图片播放视频光学成像点击图片51数字图像处理ppt课件52数字图像处理ppt课件53X-RayX-Ray54MRIMRI55MRIMRI56MRIMRI57PETPET58

超声图象超声图象59

超声图象超声图象60超声图象PhotocourtesyPhilipsResearch

Ultrasoundexaminationduringpregnancy

超声图象PhotocourtesyPhilipsRes61超声图象PhotocourtesyPhilipsResearch

3Dultrasoundimages

超声图象PhotocourtesyPhilipsRes62DSADSA63红外图象红外图象64红外图象红外图象65医学图象医学图象66RadiologistMRINeuroPhysiologistEMGPhysicianDiagnosisChemistNeurologistPathologistCardiologistEEGECGCTUSUVTLCHPLCISEFFMDiagnosingDiseaseRadiologistMRINeuroEMGPhysici67ImagingSystemEndUserProcessingDisplaySpectroscopyImagedObjectDetectionImageFormationRadiationorEnergyImagingSystemEndProcessingDis68数字图像处理ppt课件69MultispectralTissueClassificationT1T2

3DHistogramSegmentedImageFletcher,Barsotti,Hornak,Magn.Reson.Med.29:623(1993)MultispectralTissueClassif70MotorActivation-RightIndexFingerMovement1Hz 2Hz 3Hz%

100755025Schlaug,etal,1995,HarvardMedicalSchoolandBethIsraelHospitalMotorActivation-RightIndex71AsymmetryofAuditoryRegionsinMusicianswithPerfectPitchSchlaug,etal,Science

267:699(1995)AsymmetryofAuditoryRegions72Mammography乳腺造影术Benignlesion-Fibroadenoma

MammographyBenignlesion-Fib73ColonoscopywithspiralCTSpiralscanCT(byPicker)

ColonoscopywithspiralCTSpi743D图象3D图象75绪论绪论四：数字图象处理的研究内容绪论绪论四：数字图象处理的研究内容761.研究对象和方式图象图象描述描述狭义图象处理计算机图形学模式识别，图像分析，图象理解1.研究对象和方式图象图象描述描述狭义图象处理计算机图形772.研究内容分类1、按研究对象2、按应用方式3、按理论方法2.研究内容分类1、按研究对象781）按研究对象（1）（1）灰度图象（2）二值图象（3）彩色及多光谱图象（4）图象序列分析1）按研究对象（1）（1）灰度图象（2）二值图象（3）彩色及79灰度和色彩灰度和色彩801）按研究对象（2）（1）灰度图象（2）二值图象（3）彩色及多光谱图象（4）图象序列分析1）按研究对象（2）（1）灰度图象（2）二值图象（3）彩色及811）按研究对象（3）（4）图象序列分析1）按研究对象（3）（4）图象序列分析821）按研究对象（3）（4）图象序列分析1）按研究对象（3）（4）图象序列分析832）按应用方式（1）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢复（4）图象重建（5）图象边缘检测与分割（6）图象测量与分析（7）图象识别与理解压缩倍数10.26，PSNR36.51压缩倍数98.70，PSNR25.222）按应用方式（1）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢842）按应用方式（2）（1）图象压缩（2）图象增强（主观）（3）图象恢复（客观）（4）图象重建（5）图象边缘检测与分割（6）图象测量与分析（7）图象识别与理解2）按应用方式（2）（1）图象压缩（2）图象增强（主观）（3852）按应用方式（3）（1）图象压缩（2）图象增强（主观）（3）图象恢复（客观）（4）图象重建（5）图象边缘检测与分割（6）图象测量与分析（7）图象识别与理解2）按应用方式（3）（1）图象压缩（2）图象增强（主观）（3862）按应用方式（4）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢复（4）图象重建（5）图象边缘检测与分割（6）图象测量与分析（7）图象识别与理解2）按应用方式（4）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢872）按应用方式（5）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢复（4）图象重建（5）图象边缘检测与分割（1）（6）图象测量与分析（7）图象识别与理解2）按应用方式（5）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象882）按应用方式（6）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢复（4）图象重建（5）图象边缘检测与分割（2）（6）图象测量与分析（7）图象识别与理解2）按应用方式（6）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢892）按应用方式（7）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢复（4）图象重建（5）图象边缘检测与分割（6）图象测量与分析（7）图象识别与理解交叉距离交叉距离(d)(e)(f)(g)(a)(b)(c)2）按应用方式（7）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢902）按应用方式（8）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢复（4）图象重建（5）图象边缘检测与分割（6）图象测量与分析（7）图象识别与理解2）按应用方式（8）（1）图象压缩（2）图象增强（3）图象恢913）按理论方法（1）（1）点处理，代数处理，几何处理。（2）变换域处理与分析（傅立叶变换及滤波器设计分析）（3）随机统计等现代信号处理方法。（4）小波形态学，分形等先进数学工具。3）按理论方法（1）（1）点处理，代数处理，几何处理。923）按理论方法（2）（5）人工智能方法：模式识别，符号逻辑，人工神经网络。3）按理论方法（2）（5）人工智能方法：模式识别，符号逻辑，93绪论绪论五：数字图象处理系统的组成绪论绪论五：数字图象处理系统的组成94数字图象处理系统简介数字图象处理系统简介95数字图象处理系统简介输入及数字化设备计算机系统显示及记录设备数字图象处理系统简介输入及数计算机显示及记96输入及数字化设备摄象机鼓式扫描器平台式光密度计视频卡扫描仪数码相机DV显示及记录设备图象显示器鼓式扫描器图象拷贝机绘图仪激光打印机喷墨打印机输入及数字化设备显示及记录设备97图象记录介质纸胶片照片缩微胶片幻灯片录象带磁盘光盘电影图象记录介质纸98绪论绪论六：数字图象处理的教学方式绪论绪论六：数字图象处理的教学方式99

数字图像处理的基础前导课程： 电路基本理论信号与系统数字信号处理相关课程：计算机图形学计算机视觉数字图像处理的基础100主要参考文献KennethR.Castleman,

DigitalImageProcessing，清华大学出版社，1998。

“MATLAB6.X图像处理”（孙兆林，清华大学出版社，2002）。（实验教材）

R.C.冈萨雷斯等，《数字图像处理》，电子工业出版社，2003。章毓晋，《图象处理和分析》

，清华大学出版社，1999。容观澳，《计算机图象处理》

，清华大学出版社，2000。荆仁杰等，《计算机图象处理》

，浙江大学出版社，1990。余松煜，周源华，吴时光，《数字图象处理》，电子工业出版社。周新伦，柳健，刘华志，《数字图象处理》，国防工业出版社，1986。主要参考文献KennethR.Castleman,D101主要参考文献主要参考文献102主要参考文献数字图象处理（Castleman）

1：图象及其数字处理

2：图象数字化；数字图象显示；图象处理软件

3：灰度直方图；点运算；代数运算；几何运算

4：线性系统理论；傅立叶变换；滤波器设计

5：采样数据的处理；离散图象变换；小波变换

6：图象复原

7：图象压缩

8：模式识别：图象分割 模式识别：物体测量 模式识别：分类与估计

9：彩色和多光谱图象处理 三维图象处理数字图象处理（Gonzalez）

1：绪论

2：数字图像基础

3：空间域图像增强

4：频率域图像增强

5：图像复原

7：小波