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1、1,数字图像处理与图像通信 朱秀昌,2,第1章 绪论,1.1 图像信号 1.2 数字图像信号处理 1.3 图像系统的构成 1.4 图像质量的评价 1.5 图像处理与通信的发展,3,1.1 图像信号,图像：光 物体 反射或透射 眼睛或机器 数学表示：图像类型： 二值图像和灰度图像 灰度图像和彩色图像 静态图像和活动图像 平面二维图像和立体三维图像,4,二值图像,灰度图像,静态图像、平面二维图像,彩色图像,立体三维图像,活动图像,5,图像多变量函数： 降维处：其中：扫描：一维信号,(1.1),(1.5),(1.3),(1.2),0IImax,(1.4),6,用三基色 R、G、B 表示各种色彩 用亮
2、度(Y)和色度(U、V)信号表示各种色彩,7,R、G、B彩色显示器,8,电视信号的形成 两个色度信号正交调幅彩色信号,(1.8),(1.7),9,复合视频信号 / S Video信号视频信号的频谱,图1.1 复合视频信号的频谱(PAL制),(1.9),10,RGBUVY/C复合视频:（电视）编码 RGBUVY/C复合视频:（电视）解码 视频每秒2430帧画面 PAL 每秒25帧，每帧625行，隔行， （720576） NTSC 每秒30帧，每帧525行，隔行， （720486） PAL制与NTSC制互不兼容,11,1.2 数字图像信号处理,1.2.1 数字信号处理技术 数字信号处理（DSP：D
3、igital Signal Processing）的目标DSP：Digital Signal Processor（数字信号处理器，芯片）近年来发展很快，DSP or 成了图像设备的核心DSP ing 成了图像软件的核心 数字信号处理的优点 数字信号处理应用：图像是重要领域,12,1.2.2 数字图像信号处理技术 1.图像信息的获取及其数字化 模拟图像的获取，然后数字化直接数字图像信号的获取； 自然图像的获取和专业图像的获取； 数字化时代，数字图像是主要来源。,13,2.图像信息处理的主要方法 图像变换：正交变换，改变处理领域、 图像增强：去噪、滤波、均衡、边缘增强、 主观 图像复原：退化模型、
4、逆滤波、无约束复原、有约束复原、客观 图像压缩：寻找新的表示方法，无损压缩、有损压缩、 图像重建：投影定理、投影重建、卷积逆投影重建、代数重建、 图像分割：基于阈值、边界的图像分割、二值图像的形态学处理、 图像处理应用：医学图像处理、遥感图像处理、人脸识别、图像水印、 ,14,1.3 图像系统的构成,1.3.1 图像系统的线性模型 图像处理系统近似为 二维 线性 位移不变 系统二维单位脉冲函数,(1.11),(1.10),(1.12),(1.13),15,二维单位脉冲函数的性质： 抽样性质（乘积）筛选性质（卷积）偶函数和可分离性质点扩展函数(PSF: Point Spread Function
5、)：系统的输入为 函数（理想点光源）时系统的（响应）输出h(x,y) 二维线性移不变系统：,(1.16),(1.15),(1.14),16,1.3.2 图像处理系统 输入模块：待处理图像的输入 输出模块：已处理图像的输出 控制/存储模块：控制流程、存储数据 存取/通信模块:和用户打交道 图像处理核心模:主图像处理设备,图1.2 数字图像处理系统模型,17,1.3.3 图像通信系统,18,1.4 图像质量的评价,1.4.1 人眼视觉特性 1.人眼构造和视觉现象 平均直径约20mm左右 三层薄膜: 角膜和巩膜外壳 脉络膜 视网膜 视网膜呈像，中央凹 锥状细胞 600 700万彩色敏感 昼视 杆状细
6、胞 75001500万亮度敏感 夜视,图1.4 人眼截面示意图,19,2. 视觉特性 1）亮度适应能力 暗亮 快 亮暗 慢 物理亮度 感觉亮度 对数关系 2）同时对比度,图1.5 眼睛亮度的适应能力,20,同时对比度： 中心小白方块更亮,21,3）对比灵敏度 眼睛刚能分辨出的照度差I 是I 的函数,图1.7 对比灵敏度的测定,视觉暂留（补充）,22,4）分辨率对于空间上或时间上二相邻的视觉信号，人们刚能鉴别出二者存在的能力称为视觉系统的分辨率。空间分辨率时间分辨率调制传递函数(MTF)从图中可以看出，调制传递函数具有带通滤波特性，它的最灵敏空间频率是在25赫/度的范围内。黑白条测试卡。,图1.
7、8 MTF的特性,23,5） Mach 带 Mach效应：“强更强、弱更弱”,24,1.4.2 图像质量的评价方法图像质量：逼真度、可懂度 1.图像的主观评价由人来观察图像，专家和普通人，5级评分制，对得分进行评分统计平均，国际标准：ITU-T 500-11建议，权威结论。,25,2.图像的客观评价逼真度的定量表示（数字图像）,均方误差,归一化均方误差 (Nomor Mean Square Error),均方根误差,(1.19),26,补充：峰值信噪比,峰值均方误差 PMSE,峰值信噪比 PSNR,(1.20),27,3.其它方法 基于感觉的质量评价（perception based qual
8、ity assessment） 基于任务的质量评价（task based quality assessment） 4.有关国际标准(补充） ITU-R BT.500-11“Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures”（电视图像质量主观评价方法） ITU-R BT.710-2 “Subjective assessment for image quality in high definition television”（高清晰度电视图像质量的主观评价） 常用的方法：双刺激连续质量打分
9、法（DSCQS：Double Stimulus Continuous Quality Scale）,28,1.5 图像处理与通信的发展,图像处理的发展 1839年照相术发明 1865年法国巴黎和里昂之间文字传真 （1876年美国贝尔发明电话） 1893年发明电影 1914年首张新闻传真照片出现在媒体 1925年发明电视 1960年NTSC彩色电视开播 1964年航天探测器徘徊者7号发回地面几千张月球表面照片（美国喷气推进实验室JPL）。由计算机成功绘制月球表面地图。,29,1972年发明了X射线断层摄像装置，简称CT，用于头颅诊断。 1975年研制出用于全身的CT装置，1979年该无损诊断技术获 得诺贝尔奖。 1980年CCITT(国际电报电话咨询委员会 )制定了三类传真机和公用电话网传输静止图像的国际标准。 1984年CCITT提出的第一个实用化的、适用于会议电视和可视电话要求的视频压缩编码国际标准，用于在ISDN网络上传输实际活动图像。 之后，数字图像处理应用得到迅速发展，图像成为人们生活不可或确的重要组成部分。CCD，数码相机， 。,30,2.图像通信的发展（略）,1921年的打印图像,1964年美国航天器 发回的第一张月球照片,1970年代的CT图像,
