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1、2020/9/13,Digital Image Processing,1,第一章 绪 论,2020/9/13,Digital Image Processing,2,基于以下两个原因： 改进图像（照片）的质量，使人能更好地解释（看清楚）图像; 通过处理图像（包括图像获取、存储、传输、表示等），让机器能够理解图像。,为什么我们需要研究数字图象处理？,2020/9/13,Digital Image Processing,3,. 一幅图像可以用一个二维函数 f(x,y)来表示： 其中： (x,y) - 代表图像平面中一个点的坐标. f - 表示该点 (x,y)的图像亮度或灰度值 . 数字图像 将上述的
2、坐标点和亮度（灰度）值离散化后获得的图像 称之为数字图像，且一般情况下： f,x 和 y 均为有限值. . 像素 数字图像中的一个点称之为像素 . 数字图象处理 被认为是从一幅图像到另一幅图像的处理，是一个重要的 研究领域,1.1 什么是数字图像 ?,2020/9/13,Digital Image Processing,4,1.2 数字图像处理的起源,. 最早的应用可以追朔到上个世纪20年代的报刊业,2020/9/13,Digital Image Processing,5,其实它们还不是真正意义上的数字图像处理，只是一种图像编码、传输 以及解码打印而已。 到了上世纪六十年代，由于计算机和程序设
3、计的发明，真正意义上的 数字图像处理开始了。两件重大的事情推动了数字图像处理技术的发展： 1）太空计划 - 人类首次月球探险 ( 美国, 1964); 2）医学领域 - CAT or CT (计算机断层扫描技术， 1970s，通过X射线来 产生图像,2020/9/13,Digital Image Processing,6,1.改进图像质量，以便人能更好地理解它。如：图像增强，图像恢复等。 2.处理图像以及从图像中提取某些有用的信息以便机器识别和理解。如：图像分析、图像识别等。,1.3 数字图像处理的目标,2020/9/13,Digital Image Processing,7,.低层次处理:直
4、接针对像素处理，如：去噪、增强对比度等 通常是从图像到图像的过程，主要用于改进图像的质量; .中层次处理: 从图像中提取某些属性，如：分割图像、提取图像 的轮廓等。 .高层次处理: 识别图像中的目标以便机器自动分析图像。 数字图像处理与计算机视觉之间并不存在明显的差别。 计算机视觉: 基于视觉的机器理解或使用计算机来模拟人类视觉。 图像识别就是属于这一范畴。,1.4 数字图像处理的三个层次,2020/9/13,Digital Image Processing,8,. 数字化一幅图像 ( 将连续图像转化为数字图像) . 增强一幅图像 ( 使一幅图像能更好地适应于某个特定的应用) . 恢复一幅图像
5、 ( 让一幅被损坏的图像尽可能恢复到原貌) . 压缩一幅图像 ( 用更少的字节数来存储它 ) . 分割一幅图像 ( 将一幅图像从背景中提出来并分成若干个目标 ) . 识别一幅图像 ( 让机器说出图像的目标或物体是什么 ),1.5 数字图像处理系统能做些什么？,2020/9/13,Digital Image Processing,9,x,F(x,y),Y,X,. 采样 ( 如图中的网格) . 量化,1.5.1 数字化一幅图像,它是数字图象处理系统工作的第一步,2020/9/13,Digital Image Processing,10,.,原始图像,增强后的图像,1.5.2 增强一幅图像,2020
6、/9/13,Digital Image Processing,11,当图像损坏了，我们可以恢复它,裂痕部分,撕破了,1.5.3 恢复一幅图像,2020/9/13,Digital Image Processing,12,皱折,原始图像,恢复后的图像,恢复一幅图像,2020/9/13,Digital Image Processing,13,破损部分,原始图像,恢复后的图像,恢复一幅图像,2020/9/13,Digital Image Processing,14,原始图像 257kb 压缩后的图像 147kb,冗余信息,1.5.4 压缩一幅图像,2020/9/13,Digital Image Pro
7、cessing,15,原始图像 分割后的图像,1.5.5 分割一幅图像,2020/9/13,Digital Image Processing,16,原始图像 分割后的图像,分割一幅图像,2020/9/13,Digital Image Processing,17,分割一幅图像( 咖啡豆分离),2020/9/13,Digital Image Processing,18,以汽车车牌号码自动识别为例,1.5.6 识别一幅图像,2020/9/13,Digital Image Processing,19,. 二者之间的差异可用下图表示：,数字图像处理系统,图像1,图像2,计算机图形系统,数据,图像3,图像
8、1与图像2 一般情况下是不同的图像: 图像2是由图像1经过处理 后获得的; 图像3是通过数据转换后产生的，他也许是一幅虚拟的图像, 某些例子 如下：,1.6 数字图像处理与计算机图形学,2020/9/13,Digital Image Processing,20,一个简单的例子是让计算机系统绘制一个圆，通过输入圆心坐标(x,y) 和半径R即可产生圆。,(x,y),R,表达二者差异性的例子,2020/9/13,Digital Image Processing,21,现在，数字图象处理技术与计算机图形技术经常结合在一起，应用于同一个系统中，如：基于人脸照片的三维人脸生成系统 - 基于图像的三维几何建
9、模 三维建模时，有时从照片（图像中）获取对象的几何信息会使建模变得更容易 - 基于图像的渲染 对三维几何模型进行渲染时，直接从照片（图像中）提取色彩、纹理等信息更为简单 一个实际例子（来自我的研究生课题）：三维人脸与表情生成 系统,数字图像处理技术与计算机图形技术相结合,2020/9/13,Digital Image Processing,22,. 从通用人脸三维几何模型到特定人脸几何模型,定义特征点,输入某人的两张照片,交互式操作后产生 特定人脸三维几何 模型，大小吻合,第二次变换,实例,2020/9/13,Digital Image Processing,23,.,在本系统中，将人脸视为弹
10、性体，通过建立弹性变换方程 来计算其特征点的位置。,渲染后,真正的三维人脸,细微变换,从通用人脸模型到特定人脸模型,2020/9/13,Digital Image Processing,24,. 人脸面部表情动画系统 与建立人脸模型一样，也可以通过弹性变换生成人脸面部表情动画,另一个实例,2020/9/13,Digital Image Processing,25,眨眼睛的动画模拟,2020/9/13,Digital Image Processing,26,张嘴巴的动画模拟,2020/9/13,Digital Image Processing,27,摄像或扫描,原始图像,数字化,处理后的图像,处
11、理后的图像,控制信号,受控设备,1.7 典型图像处理系统的组成,2020/9/13,Digital Image Processing,28,1.8 数字图像处理系统的基本要素,图像采集: 数码相机、扫描仪或视频摄像机; 图像存储: 各类存储装置，如：硬盘、光盘等; 图像处理: 计算机系统及相关软件 图像显示: 显示器及各种硬拷贝设备,2020/9/13,Digital Image Processing,29,可广泛地应用于工业、医疗、商业、教育、娱乐等各个领域 (1) 工业监控系统 如：温度控制系统 基于火焰颜色而自动调节温度,1.9 数字图像处理系统的应用,2020/9/13,Digital
12、 Image Processing,30,(2) 指纹识别,2020/9/13,Digital Image Processing,31,指纹图像分析,2020/9/13,Digital Image Processing,32,. 指纹图像分析,2020/9/13,Digital Image Processing,33,. 公安部门借助于指纹识别系统破获案件 . 个人身份认证 将指纹信息存储与身份证中 . 入口管理 - 重要会议入口检查 - 多入口大型公园应用,指纹系统的应用,2020/9/13,Digital Image Processing,34,基于车牌自动识别的交通管理系统： - 利用摄
13、像头获取车牌图像 - 图像增强处理 Adjusting the distribution of the gray level in an image - Segmentation Segmenting letters or digitals in the plate - Recognition Telling what the letters or digitals are,(3) 交通管理,2020/9/13,Digital Image Processing,35,. It can be widely used to the following aspects . Charge automa
14、tically on freeway - Auto-record the car license plate - Distinguish the type of car - Recognize the plate - Connecting the credit card system automatically,(4) Traffic Control,2020/9/13,Digital Image Processing,36,. Park management Automatically record the car license plate and recognize it and con
15、trol passing-bar to switch on or off. . Monitor the driver with over-speed on freeway automatically record the car license plate with over-speed and recognize it.,(5) Traffic Control,2020/9/13,Digital Image Processing,37,An example - Human face beautifying,(6) Entertainment,2020/9/13,Digital Image Processing,38,2020/9/13,Digital Image Processing,39,2020/9/13,Digital Image Processing,40,The electromagnetic spectrum arranged according to energy per photon. (2) X-ray and Visual bands of spectrum are the most familiar images in actual application, such as X-
