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1、数字图像处理Digital Image Processing,第一讲 绪论 数字图像基础,教材及参考书,教材: 图像工程(上)图像处理和分析,章毓晋,清华大学出版社,2005 参考书: 数字图像处理, 岗萨雷斯,阮秋琦,电子工业出版社 数字图像处理,余松煜等,电子工业出版社,前期课程和知识基础,线性代数,随机过程 软件编程(MatLab) 信号与系统,数字信号处理,图像的特点 图像带有大量的信息,一幅图像顶得上千言万语; 图像包括照片、绘图、视频图像等; 人类从外界获得的信息约有 75%来自视觉系统;,图象(广义/抽象) 图片,动画,绘图,文字/档,. 图像(狭义/具体) 单幅、序列图象,运动
2、图象(视频),.,图像处理(Image processing, IP) 三个层次 图像处理: 对图像进行各种加工,以改善图像的视觉效果;或强调图像之间进行的变换; 从图像到图像的过程。 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;以观察者为中心研究客观世界; 从图像到数据的过程。 图象理解: 研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系;得出对图像内容含义的理解及原来客观场景的解释;以客观世界为中心,借助知识、经验来推理、认识客观世界,属于高层操作(符号运算)。 从图像到认识的过程。,图像,图像工程与相关学科的联系和区别 图像工程是一门交叉
3、学科,研究方法上,与数学、物理学(光学)、生理学、心理学、电子学、计算机科学相互借鉴;研究范围上,与计算机图形学、模式识别、计算机视觉相互交叉。,图像处理和分析系统构成 采集、显示、存储、通信、处理和分析 图像采集模块:可采用 CCD照相机、视频摄象机、扫描仪等; 显示模块: CRT或 TV,纯平彩显、液晶彩显等; 存储模块:采用磁盘、光盘(可读写); 通信模块:实现网络传输图像(局域网等); 处理和分析模块:主要是运算,用算法的形式描述,用软件实现,图像增强:改善图像的主观质量,标准因人而异; 图像恢复和重建图像恢复:也称为图像复原; 图像压缩编码:是基于图像信息量大、冗余信息多的特点实现图
4、像的压缩; 图像分割:图像分割是按图像的灰度、颜色或几何性质等测度把一些物体或区域加以分离的过程。通过图像分割找出感兴趣的物体或区域,以便于进一步分类、分析和识别处理。是图像分析的基础; 目标表达: 将分割出的物体或区域(目标)采用一种不同于原始图像的表达形式来表示。 图像描述:用适当的数学语言来表示区域间的关系(联系和区别),得出一种简练的表达方式,称为描述。,图像处理(Image Processing, IP) 的主要研究内容,发展过程早期的计算机满足不了图像处理的要求。没有 IP; 60年代,FFT算法的提出,使得图像处理的某些计算得以实现,美国在 64年用计算机辅助绘制出了月球表面的地
5、图 ; 70年代 IP有了较大的发展,1976年出版了第一本图像处理的专著( Rosenfeld) ; 80年代开始从 2D图像发展到 3D图像处理,得到了广泛应用; 90年代,以多媒体技术为代表,IP的应用涉及到人类生活的各个方面 ; 21世纪,IP将改变人们的生活方式。,IP的发展,IP的应用 遥感技术方面(飞机遥感或卫星遥感技术)大量的红外图像、多谱段图像,必须采用数字图像处理方法用于资源调查、城市规划、环境保护等方面 医学图像(计算机层析成像发明者获诺贝尔医学奖)超声波图像分析,CT技术、核磁共振成像等 工业领域(取代人所无法完成的任务,危险地带等)无损探伤、具有视觉或听觉的机器人(手
6、)等 军事领域 运动目标的图像自动跟踪技术、指纹识别等 文化艺术(文物的复制和修复、虚拟现实游戏等) 其它(远程教学、会议系统、气象云图等),信息量大( TV图像 500-700*480)一幅 512*512的灰度图像( 256级灰度)约 260KB; 卫星图像 3240*2340, SAR合成孔径雷达图像 8000*8000; 占用频带较宽( 5-6MHZ),技术实现难度大,成本高; 相关性很大,冗余信息多; 图像处理的特点(相对于光学图像处理、视频信号处理) 灵活性强 可以拼贴、调整、修改; 精度高 分辨率高、处理方便 再现性好 可以永久保存,主要技术特点,数字图像表示,连续图像: f(
7、x,y),它可以是任意实数,数字图像:I( r,c),其中 r = row 行, c = column 列,I 表示离散化的图像 f , 数字图像是由像素pixel组成,采样和量化,存储图像所需的位数:MNk,位数:指每个颜色通道(红、绿、蓝)中的每个像素点可以存储的灰阶值。 例如:一幅8(2k, k=3)位的图像中,每个通道分别有256级灰阶; 一幅16 (2k, k=4)位图像中,每个通道分别有65536级灰阶;,采样和量化,空间分辩率的变化,采样和量化,幅度分辩率的变化,图像文件格式,矢量格式 用线段或线段的组合体来表示图像 (Fon,SWF),光栅格式 用许多图象点的集合来表示图像 (BMP,GIF,TIFF,JPEG),颜色模型,RGB颜色模型:面向硬设备 R:红;G:绿;B:蓝 HSI颜色模型:面向彩色处理的应用 H:色调;S:饱和度;I:密度,颜色模型,彩色图像的R、G、B分量和H、S、I分量,颜色模型的转换,RGBHSI,算术和逻辑运算,算术运算 加法:去除叠加性噪声,生成叠加效果 减法:去除背景 乘法、除法:校正灰度阴影,逻辑运算(二值图像) 与(AND) 或(OR) 补(NOT),算术和逻辑运算,0.5,0.5,