图像处理绪论数字图像基础教学教材

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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,