数字图像处理讲义

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1、数字图像处理,本章主要内容： 1.图像处理概述 2.数字图像处理技术 3.数字图像处理系统的组成 4.数字图像处理应用简介,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点：人类离不开图像，计算机图像技术渗透到各个科技领域，百闻不如一见。画面比文字更形象生动，人类70%以上信息来自视觉。21世纪，信息技术、生命科学、航空航天为重要技术。图像技术在其中起着重要的作用。,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点： 图像的定义:图像是指景物在某种成像介质上再现的视觉信息。图像是具有特定信息的某种集合体，本质上可以认为图像是数据的集合。,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点： 图像的分类按研究

2、对象,（1）灰度图像,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点： 图像的分类按研究对象,（2）二值图像,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点： 图像的分类按研究对象,（3）彩色及多光谱图像,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点： 图像的分类按研究对象,（4）图像序列分析,（5）双目图像分析,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点： 图像的分类按应用方式,（1）图像压缩:减少表示数字图像时需要的数据量,（2）图像增强:用计算机或光学设备改善图像视觉效果,（3）图像恢复:计算机处理对质量下降的图像重建或恢复,（4）图像重建:,（5）图像边缘检测与分割:定位二维或三维图像,

3、（6）图像测量与分析,（7）图像识别与理解,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点： 图像的分类按理论方法,（1）点处理，代数处理，几何处理。 （2）变换域处理与分析（傅立叶变换及滤波器设计分析）,1.图像处理概述 1.1 图像处理分类和特点： 图像的分类按理论方法,（3）随机统计等现代信号处理方法。 （4）小波形态学，分形等先进数学工具。 （5）人工智能方法：模式识别、符号逻辑、人工神经网络,1.图像处理概述 1.2 发展历史-第一阶段,本世纪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。,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

4、专用到通用再到专用。,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。,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。,1.图像处理概述 1.2 发展历史-第一阶段,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。,美国航天器传送的第一张月球照片，1964年7月31日在光线影响月球表面17分钟摄取的图像。,1.图像处理概述 1.2 发展历史-第二阶段,60年代末，数字图像

5、处理形成一个比较完整的理论与技术体系，从而构成了一门独立的技术 70年代，CT的发明，血球自动分类仪的商业化 CT发明获得1979年诺贝尔医学奖。X射线1901年物理学奖。 70年代以来迅猛发展。广泛应用于太空探索，遥感应用，生物医学工程工业应用，军事应用等方面。,1.图像处理概述 1.2 发展历史-第三阶段,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通过眼睛的图像信息。 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

6、，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。,1.图像处理概述 1.3 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、点播和新的浏览、查询手段。 2：高级图像处理技术，结合最新的数学进展，诸如小波、分形、形态学等技术。 3：智能化，图像自动分析、识别与理解。,1.图像处理概述 1.4 图像的数字化和表达式： 什么是数字图像？ 模拟图像特点三维空间连续时间上连续波谱上连续不可见物理图像想象中的虚拟图像,1.图像处理概述 1.4 图像的数字化和表达式： 什么是数字图像？ 模拟图像可用

7、连续函数来表示,1.图像处理概述 1.4 图像的数字化和表达式： 什么是数字图像？ 数字图像可用矩阵或数组表示,1.图像处理概述 1.4 图像的数字化和表达式： 什么是数字图像？ 数字图像表示,灰度分辨率：灰度2k灰度级，k比特 空间分辨率：矩阵MN。 像素计算过程中间可能离散。 编程实现。,1.图像处理概述 1.4 图像的数字化和表达式： 采样、量化的过程在图像数字化过程中，需要确定采样样本的数值N和灰度级的级数K，一般取为2的整数幂。 N=2n K=2m,1.图像处理概述 1.4 图像的数字化和表达式： 采样、量化的过程,1.图像处理概述 1.4 图像的数字化和表达式： 采样、量化和图像细

8、节的关系按照Shannon采样定理，为避免混迭效应发生，采样间隔不应超过Nyquist间隔，即采样率应等于或大于信号中希望保存的最高频率分量的两倍。,1.图像处理概述 1.5 数字图像处理的特点：精度高对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特还是8比特和其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必须对装置进行大幅度改进。 再现性好不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像

9、处理过程中，就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性,1.图像处理概述 1.5 数字图像处理的特点：通用性、灵活性强不管是可视图像还是X光图像、热红外图像、超声波图像等不可见光图像，尽管这些图像生成体系中的设备规模和精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样进行处理，这就是计算机处理图像的通用性。另外，改变处理图像的计算机程序，可对图像进行各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。,2.数字图像处理技术 2.1 数字图像处理技术范畴： （1）图像信息的获取 （2）图像信息的存储和交换 （3）数字图像处理 （4）数字图像

10、通信 （5）图像的输出和显示,2.数字图像处理技术 2.2 数字图像处理内容和方法： （1）图像变换,傅立叶变换 Walsh变换 离散余弦变换 小波变换 ,2.数字图像处理技术 2.2 数字图像处理内容和方法： （2）图像增强,目的：提高图像质量（去除噪声、提高图像的清晰度） 主要方法：灰度修正、平滑、几何校正、图像锐化、频域增强、维纳滤波、卡尔曼滤波,2.数字图像处理技术 2.2 数字图像处理内容和方法： （3）图像复原,把退化、模糊了的图像复原.包括图像辐射和几何校正等内容；由断层扫描重建二、三维图像。,2.数字图像处理技术 2.2 数字图像处理内容和方法： （3）图像复原,2.数字图像处

11、理技术 2.2 数字图像处理内容和方法： （4）图像压缩编码简化图像的表示，以压缩图像的数据，便于存储和传输。 （5）图像分析基础,3.数字图像处理系统的组成：,数字图像处理系统由硬件和软件组成。采集 显示 存储 通信 主机 图像处理软件,3.数字图像处理系统的组成： （1）图像采集模块,获取数字图像的设备即采集装置。 扫描仪 数码照相机 数码摄像机,采集装置都包括下面两个部件： 光敏感器件 模/数转换装置,3.数字图像处理系统的组成： （2）图像显示模块图像显示的主要形式：软拷贝形式硬拷贝形式,3.数字图像处理系统的组成： （3）图像存储模块,常用硬盘、软盘、U盘、活动硬盘、光盘、磁带等 在

12、海量图像存储备份系统中，采用磁盘阵列、磁带库、光 盘塔等存储设备。,3.数字图像处理系统的组成： （4）图像通信模块,图像通信就是把图像传送到远方终端。 按传输图像种类分为静止图像通信，如电报、传真和图文电视等活动图像通信，如电视、可视电话等。,3.数字图像处理系统的组成： （5）主机,以微机或工作站为主，配以图像卡和外设构成微型图像处理系统采用大型机,3.数字图像处理系统的组成： （6）图像处理软件,由系统管理、图像数据管理和图像处理模块三部分组成。如PHOTOSHOP，ERDAS等,4.数字图像处理应用简介：我国发射的多颗卫星，多数用于对地观测和侦察。微机普及图像民用、普及、计算机成熟是图

13、像技术普及应用基础。数字图像处理技术已应用到各个领域，以下举几个例子：,4.数字图像处理应用简介： 4.1 遥感图像应用：农业普查、森林覆盖计算、水利工程等的客观估计计算、森林火灾监护客观反映火灾情况、面积。,QuickBird示例影像 :北京颐和园高分辨率卫星影像，拍摄时间为2003年9月。,水体界线的确定在近红外图像上，水体呈黑色；,1998年长江（枝城-岳阳）洪涝灾害监测,4.数字图像处理应用简介： 4.2 导弹末制导：图像识别技术应用于导弹的精确未制导，使其精确打击目标。如：机场、桥梁等。,4.数字图像处理应用简介： 4.3 生物特征识别：军事、公安中的人脸、指纹、掌纹识别等。,4.数字图像处理应用简介： 4.4 医学应用：CT、MR1、PET、B超、DSA、血管造影、红外乳腺、显微病理、电子显微镜、远程医疗图像、皮肤图像、X线、刀与刀脑外科等等离不开图像。,全自动细胞DNA定量分析检测系统,4.数字图像处理应用简介： 4.5 工业图像：X线控探伤（轴）、X线检察、三维测量（定位、形状测量）、机器人视觉、商检。,CT图像中缺陷的快速定位方法,模拟CT断层图像,实验结果,实际CT图像,实验结果,4.数字图像处理应用简介： 4.6 民用：数码相机、照片扫描管理等。,4.数字图像处理应用简介： 4.7 通信：图像传真，可视电话，卫星通信，数字电视等。,