第1章-数字图像处理技术概述.ppt

1、2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波制作(C)，1。数字图像处理，2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波制作(C)，2。课前介绍1总课时：64课时；包括讲座：48小时；计算机：16学时，2门课程，主要内容，图像与视觉系统，数字图像表征，图像变换，图像增强，图像几何处理，图像复原，图像编码，图像分析，三维图像处理技术，3种学业成绩评定方法，计算机编程，30%，期末考试，70%。2020年8月6日，冀玉波(C)进行了数字图像处理演示，在计算机上进行了3、4次实验，共进行了8次实验；实验环境：VC6.0。本课程的主要参考书是阮的数字图像处理，电子工业出版社，2001。2计算机图像处理，荣冠

2、敖主编，清华大学出版社，2000年。3肯尼斯的数字图像处理。卡斯特曼，朱志刚等译，电子工业出版社，1998。4可视化数字图像处理，何斌主编，人民邮电出版社，2001年。5可视化数字图像与图形处理，向世明主编，电子工业出版社，2002年。2020年8月6日，数字图像处理演示文稿季玉波(C)，4，6必修课高等数学，数据结构，高级语言程序设计。7联系方式电子邮件：齐玉波_联系电话：公地点：图书馆5楼西侧533室，2020年8月6日，季玉波(丙)制作的数字图像处理演示，第5章，第1章数字图像处理概述，数字图像处理的主要内容图像处理技术分类计算机图形学和图像处理图像表征数字图

3、像处理系统的意义图像处理技术在数字图像处理领域的发展方向，2020年8月6日， 数字图像处理演示季玉波制作(丙)，6，1.1数字图像处理的主要内容，1.1.1图像的定义图像是代表另一个对象(或多个对象)的肖像或模拟； 这是一个生动形象的描述。也就是说，图像是一种生动的图形表达，代表客观世界中的另一个物体，它包含描述它所代表的物体的信息。1.1.2图像分类借助集合的概念(即具有一定属性的对象的总和称为集合)，图像可以根据其生成方法或存在形式分为若干类。整个图像可以被看作是客观世界的一部分或者是客观世界的一个子集，并且图像本身可以被进一步分成几个子集(类)。在图像子集中，最重要的子集是可见图像子集

4、。2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波作(C)，7。对象，2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波作(C)，8。这个子集包含了人眼的所有可见(可接收)图像，不仅包括客观的光学图像，还包括人类以各种方式人工生成的图像，即各种可测量的(客观存在的)物理特征的空间分布构成了一大类称为物理图像的图像。这些物理特征是多种多样的，不仅包括由不同波长的电磁波强度的不同空间分布形成的图像，还包括由温度分布、压力分布、高度分布、人口密度分布等形成的图像。可见光图像只是电磁场图像的一个子集。其他物理图像(都是人眼不可见的)构成了不可见物理图像的子集。，2020年8月6日，数字图像处理演示文稿季玉波(C)，

5、9，可视图像-黄山松，2020年8月6日，数字图像处理演示文稿季玉波(C)，10，可视图像-漓江景观，2020年8月6日，数字图像处理演示文稿季玉波(C)，11，11数字图像处理演示文稿季玉波(C)，12，计算机绘图图像，2020年8月6日，数字图像处理演示文稿季玉波(C)，13，2020年8月6日还应当注意，同一空间点可以具有多个物理特征；因此，同一个对象(或多个对象)可以有多个图像。例如，彩色照片(或彩色电视图像)是由红、绿、蓝三种不同强度分布的图像组成的。事实上，对于任何空间点，该点的可测量物理特征都远远大于3，(但是这些特征中的大部分对于人眼是不可见的。因此，任何物体都有很多图像。图像

6、的另一个子集是抽象数学图像，即由数学函数表示的图像，包括连续图像和离散图像。在所有种类的图像中，只有数字图像可以被数字计算机直接处理。计算机图像处理技术主要研究数字图像处理。2020年8月6日，季玉波(C)制作的数字图像处理演示，17，1.1.3数字图像处理，数字图像处理的主要内容概括如下：几何处理，算术处理，图像增强，图像恢复，图像重建，图像编码，图像识别和图像理解。(1)几何处理几何处理主要包括坐标变换、图像放大、缩小、旋转、移动等。2020年8月6日，季玉波做了数字图像处理演示(C)，(18)，(2)算术处理主要是对图像进行算术运算，如、等。虽然这种处理主要针对像素处理，但是它非常有用，

7、例如，医学图像的减法处理具有显著的效果。(3)图像增强图像增强处理主要是突出图像中感兴趣的信息，弱化或去除不必要的信息，从而增强有用的信息，使其易于区分或解释。主要方法有直方图增强、平滑、锐化、伪彩色增强、灰度窗口等。(4)图像恢复图像恢复处理的主要目的是消除干扰和模糊，恢复原始图像。典型的例子，如去噪，属于恢复处理。图像噪声包括随机噪声和相干噪声。随机噪声干扰是点蚀干扰，相位干燥噪声是云纹干扰。去模糊也是恢复处理的任务。这些模糊来自镜头散焦、相对运动、大气湍流和云层。维纳滤波、逆滤波、同态滤波等。2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波作了(c)、(19)、(5)图像重建几何处理、图像增强

8、和图像复原都是从图像到图像的处理，即输入的原始数据是图像，处理后的输出也是图像，而重建处理是从数据到图像的处理。也就是说，输入一些数据，并且处理结果是图像。这种处理的典型应用是计算机断层扫描技术。计算机断层扫描技术发明于1972年，它是早期的x光计算机断层扫描，后来发展了计算机断层扫描、超声波计算机断层扫描、核磁共振等。图像重建的主要算法包括代数法、迭代法、傅里叶反投影法、卷积反投影法等。其中，卷积反投影法因其计算量小、速度快而得到广泛应用。值得注意的是，3D重建算法发展迅速，由于与计算机图形学的结合，将多个2D图像结合成3D图像，并应用照明模型和各种渲染技术，可以生成各种具有很强的真实感和纯

9、度的高质量图像。三维图形的主要算法包括线框法、曲面法、实体法、颜色域法等。这些算法在计算机图形学中有详细介绍。三维重建技术也是流行的虚拟现实和科学可视化技术的基础。2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波作(C)，20日，CT照片，2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波作(C)，21日，2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波作(C)，22日，(6)图像编码研究属于信息论一般来说，图像编码有三个目的：减少数据存储量；降低数据速率以减少传输带宽；压缩信息量，方便特征提取，并为识别做准备。就编码而言，基于去除冗余的编码方法被称为第一代编码。例如DPCM的动力系统控制模块。m、二次抽样编码方

10、法；离散傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什-哈达玛变换以及基于它们的混合编码方法属于经典的第一代编码方法。第二代编码方法大多是20世纪80年代以后提出的新编码方法，如余数塔编码、分形编码、基于神经网络的编码、小波变换编码、基于模型的编码等。现代编码方法的特点是：充分考虑人类视觉特征；适当考虑图像信号的分解和表达；数据速率由图像合成和识别方案压缩。2020年8月6日，数字图像处理的演示季玉波作了(c)、(23)、(7)模式识别是数字图像处理的另一个研究领域。目前，模式识别方法大致有三种，即统计识别方法；句法结构模式识别方法；模糊识别方法。统计识别侧重于特征，句法结构识别侧重于结构和原语，模糊识别将

11、模糊数学的一些概念和理论应用于识别处理。在模糊识别过程中，充分考虑了人的主观概率，同时也考虑了人的非逻辑思维方式和生理心理反映。这种独特的识别方法目前正处于研究阶段，该方法仍在开发中。(8)图像理解图像理解是从模式识别发展而来的一种方法。这个过程的输入是图像，输出是描述。这种描述不仅是用符号进行的详细描述，而且是利用客观世界的知识使计算机联想、思考和推理，从而理解图像的内容。图像理解有时被称为场景理解。这一领域还有不少问题需要深入研究。2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波制造(C)，24日，“战斧”巡航导弹，2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波制造(C)，25日，美国制造“捕鲸叉”

12、反舰巡航导弹，2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波制造(c) 26。2020年8月6日，数字图像处理演示由季玉波(丙)制作。1999年5月8日上午5时45分，中国驻南斯拉夫大使馆遭到轰炸。三名记者遇难：邵云环、朱颖和许星湖(两对夫妇)。黑色蝙蝠B-2隐形战略轰炸机从密苏里州怀特曼空军基地起飞，飞行了15个小时。投下了五枚全球定位系统制导炸弹，每枚重量超过900公斤，穿透力可达80米深，其中一枚从屋顶落到地下室时没有爆炸。左边的图片显示了被炸毁的大楼。右图为塞尔维亚爆炸物处理专家清理中国大使馆废墟中未爆炸的炸弹。2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波提出了(c)、(27)、(9)数学形

13、态学、图像处理、腐蚀、膨胀等形态学方法。(10)遥感信息处理遥感参数、图像配准、全景畸变校正、畸变校正、周长、面积、体积计算等。2020年8月6日，28岁的季玉波做了数字图像处理演示。上述处理任务是图像处理涉及的主要内容。一般来说，经过多年的发展，图像处理经历了从静止图像到运动图像的过程；从单色图像到彩色图像；从客观形象到主观形象；从二维图像到三维图像的发展过程。特别是，与计算机图形的结合可以产生高度逼真、非常纯净和更有创意的图像。由此衍生的虚拟现实技术的发展可能会从根本上改变我们的学习、生产和生活方式。2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波制作(C)，29日，天津市阜康路3D虚拟场景，部

14、分计算机绘制图像和场景示例：2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波制作(C)，30日，客厅虚拟1，2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波制作(C)。数字图像处理演示文稿季玉波(C)，32日，自然景观模拟，2020年8月6日，数字图像处理演示文稿季玉波(C)，33日空间方法这种方法是将图像视为一个平面上的一组像素，然后直接对二维函数进行相应的处理。空间处理方法主要有两种类型：(1)邻域处理方法，包括梯度算法、拉普拉斯算子、平滑算子和卷积算法。(2)灰色处理，面积、周长、体积、重心等。2020年8月6日，数字图像处理演示文稿，季玉波(C)，35，2。变换域方法数字图像处理的变换域处理方法是

15、对图像进行正交变换，得到变换域系数阵列，然后进行各种处理，再将其变换回空间域，得到处理结果。这种处理包括图像平滑、锐化、数据压缩、特征提取等。2020年8月6日，数字图像处理演示季玉波作(C)，36，1.2图像处理技术的分类，所谓的处理是指对一个对象的一系列操作，能导致预期的结果。图像处理是根据特定的目标，通过一系列特定的操作来“改造”图像。所谓的特定目标可以是使图像更加清晰和美丽，或者从图像中提取一些特定的信息。人类研究和应用图像处理技术的历史悠久。例如，镜子是一种人为扭曲图像的图像处理工具，望远镜和显微镜是另一种图像处理工具，照片放大技术是一种惠及每个家庭的图像处理技术。各种图像处理在人类科技发展史上发挥了极其重要的作用。然而，在数字计算机出现之前，这些图像处理的共同特征是将图像视为模拟(连续)信号，也就是说，它们都属于图像的模拟处理。2020年8月6日，37岁的季玉波做了一个关于数字图像处理的报告。计算机被应用于图形和图像信息处理领域，形成了数字图像处理的新学科。近年来，随着超大规模集成电路技术、计算机结构和算法的发展，数字图像处理技术取得了惊人的进步，以至于图像处理几乎指的是数字图像处理。计算机用于图