冈萨雷斯数字图像处理中文版PPT课件

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1、.,1,数字图像处理,.,2,.,3,.,4,伦琴因发现X射线获得 首届诺贝尔物理学奖。,.,5,Hounsfield和Cormack因发明CT获得 1979年诺贝尔医学和生理学奖。,.,6,Bloch和Purcell因发现NMR现象获得1952年诺贝尔物理学奖。,.,7,发明MRI中Fourier重建方法的Ernst获得1991年诺贝尔化学奖。,.,8,Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得2003年诺贝尔医学和生理学奖。,.,9,第一章 绪 论,一、研究背景： 地球数字化带来的任务，一方面要求处理对象的数字化，一方面要求处理时的直观性。因此给我们带来了许多的研究课题和研

2、究方向。,.,10,二、数字图像处理的概念,1. 什么是图像 “图”是物体投射或反射光的分布，“像” 是人的视觉系统对图的接受在大脑中形成的印象或反映。 是客观和主观的结合。 1 模拟图像,.,11,2 数字图像,.,12,数字图像是指由被称作象素的小块区域组成的二维矩阵。将 物理图象行列划分后，每个小块区域称为像素（pixel）。 每个像素包括两个属性：位置和灰度。 对于单色即灰度图像而言，每个象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，而其它表示灰度级别。 物理图象及对应 的数字图象,.,13,.,14,灰度级,灰度图像(128

3、x128)及其对应的数值矩阵,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

4、,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,（仅列出一部分(26x31)）,.,15,彩色图象可以用红、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象素中没有，而255则代表相应的基色在该象素中取得最大值，这种情况下每个象素可用三个字节来表示。,彩色图象(128x128)及其对应的数值矩阵（仅列出一部分(25x31)）,(

5、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) (239,195,176) (239,19

6、5,176) (240,205,187) (239,195,176) (231,138,123) (217,124,121) (215,169,161) (216,179,170) (216,179,170) (207,137,120) (159, 51, 71) (189, 89,101) (216,111,110) (217,124,121) (227,151,136) (227,151,136) (226,159,142) (226,159,142) (237,159,135) (237,159,135) (231,178,163) (236,187,171) (231,178,163)

7、 (236,187,171) (236,187,171) (236,187,171) (239,195,176) (239,195,176) (236,187,171) (227,133,118) (213,142,135) (216,179,170) (221,184,170) (190, 89, 89) (204,109,113) (204,115,118) (189, 85, 97) (159, 60, 78) (136, 38, 65) (160, 56, 75) (204109113)(227151136)(226159142)(237159135)(227151136),.,16,

8、2.什么是数字图像处理,数字图像处理就是利用计算机系统对数字图像进行各种目的的处理,.,17,三、数字图像的表示方法,y,x,对连续图像f（x，y）进行数字化,空间上，图像抽样,幅度上，灰度级量化,x方向，抽样M行 y方向，每行抽样N点 整个图像共抽样MN个像素点 一般取M=N=2n=64，128，256，512，1024，2048,.,18,三、数字图像的表示方法,数字图像常用矩阵来表示：,x=0,1, ,N-1 y=0,1, ,N-1,f(i,j)=0255， （灰度级为256，设灰度量化为8bit）,.,19,数字图像处理的三个层次,从计算机处理的角度可以由高到低将数字图像分为三个层次。

9、这三个层次覆盖了图像处理的所有应用领域,.,20,图像工程的示意图,.,21,数字图像处理的三个层次,1. 图像处理： 对图像进行各种加工，以改善图像的视觉效果；强调图 像之间进行的变换； 图像处理是一个从图像到图像的过程。,.,22,2. 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； 图像分析是一个从图像到数据的过程。,.,23,3. 图像理解：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

10、运算）。,.,24,可见，图像处理、图像分析和图像理解是处在三个抽象程度和数据量各有特点的不同层次上。图像处理是比较低层的操作， 它主要在图像像素级上进行处理， 处理的数据量非常大。图像分析则进入了中层，分割和特征提取把原来以像素描述的图像转变成比较简洁的非图像形式的描述。图像理解主要是高层操作， 基本上是对从描述抽象出来的符号进行运算，其处理过程和方法与人类的思维推理有许多类似之处。 根据本课程的任务和目标，本书重点放在图像处理上，并学习图像分析的基本理论和方法。,.,25,图像工程与相关学科的联系和区别,图像工程是一门交叉学科 研究方法上，与数学、物理学（光学）、生理学、心理学、电子学、计

11、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。,.,26,图像工程与相关学科的联系和区别,.,27,四、数字图像处理的起源,上世纪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,历史,1921年电报打印机采用 特殊字符在编码纸带打印。 输出设备从通用在到专用,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,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。,.,28,四、数字图像处理的起源,数字图像处理的历史与数字计算

12、机的发展密切相关，它必须依靠数字计算机及数据存储、显示和传输等相关技术的发展。,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。,.,29,四、数字图像处理的起源,进行太空应用的同时，数字图像处理技术在20世纪60年代末和70年代初开始用于医学图像、地球遥感监测和天文学等领域。 1895年伦琴发现X射线，获1901年诺贝尔物理学奖。 1975年Godfrey N. Hounsfield和Allan M. Cormack发明了计算机断层技术（CT），获1979年诺

13、贝尔医学奖。 在今天引领这图像处理某些最活跃的应用领域。,.,30,五、数字图像处理的应用实例,数字图像处理的应用领域多种多样。最主要的图像源是电磁能谱，其他主要的能源包括声波、超声波和电子（用于电子显微镜）。,现状,.,31,1.5.1 伽马射线成像 伽马射线成像的主要用途 包括医学和天文观测。,.,32,1.5.2 X射线成像,X射线在医学诊 断上的应用,（a）X光片 （b）血管照相术 （c）头部CAT切片图像,X射线是最早用于成像的电磁辐射源之一,.,33,1.5.2 X射线成像,X射线在工业和 天文学上的应用,（a）电路板,（b）天鹅座星环,.,34,1.5.3 紫外波段成像,紫外光的

14、应用多种多样。,平板印刷技术 工业检测 显微镜方法 激光 生物图像 天文观测,普通谷物,被“真菌”感染的谷物,天鹅星座环,.,35,1.5.4 可见光及红外波段成像,这一波段的应用最为广泛 电视和多媒体 光显微镜,涉及的范围从药物 到材料特性的检测,（a）紫杉酚 （b）胆固醇 （c）微处理器,（d）镍氢化物薄片 （e）音频CD的表面（f）有机超导,.,36,1.5.4 可见光及红外波段成像,遥感 美国华盛顿区域 的卫星遥感图像,.,37,1.5.4 可见光及红外波段成像,天文 天气观测与预报是卫星多 光谱图像的主要应用领域,.,38,1.5.4 可见光及红外波段成像,工业检测,可见光谱中主要成

15、像领 域是生产产品的自动视觉检测,.,39,1.5.4 可见光及红外波段成像,拇指指纹,图像识别,指纹识别、人脸识别 车牌号码的识别,.,40,红外图象,.,41,红外图象,.,42,1.5.5 微波波段成像,雷达 在雷达图像中， 看到的只是反射到 雷达天线的微波能量,航天器拍摄的 西藏东南山 区雷达图像,.,43,1.5.6 无线电波成像,无线电波段成像主要应用在医学和天文学,在医学中，无线电波用于磁共振成像（MRI),.,44,1.5.7 其他图像模式应用的实例,超声波成像系统（应用医学 如妇产科）,超声波图像产生的步骤： 1.超声波系统向身体传输高频（15MHz）声脉冲。 2.声波传入体

16、内并碰撞组织间的边缘，声波的一部 分返回到探头，一部分继续传播直到另一边界并被反射回来。 3.反射波被探头收集起来并传给计算机。 4. 计算机根据声波在组织中的传播速度和每个回波返回 的时间计算从探头到组织或者器官边界的距离。 5. 系统在屏幕上显示回波的距离和亮度形成的二维图像。,.,45,超声图象,.,46,电子显微镜成像,过热损坏的钨丝 （250倍）,损坏的IC电路 （2500倍）,.,47,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6070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。,.,48,发展趋势,1：结合网络和Internet技术需求而发展起来的新技术，比如网上图像、视频的传 输、点播和新的浏