图像分析第一章

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1、2018/10/22,1,图像处理和分析技术,2018/10/22,2,图像处理技术的主要应用领域有：生物医学、遥感技术、工业生产、军事技术、通信技术、侦缉破案、气象预报、宇宙探索、考古等，已经遍布国民经济的各个领域。,图像处理技术的应用领域,2018/10/22,3,医学应用：通过CT及核磁共振、超声波、 X射线成像的分析等，可提供医学诊断依据。,2018/10/22,4,X线片,CT片,MRI,ECT:,2018/10/22,5,CT (Computed Tomography) 计算机断层摄影术,肝脏和胃的横断平面 CT 图像,CT 扫描投射成像,2018/10/22,6,地球资源勘探,遥

2、感：农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构造解译、找矿，环境污染检测等等。,2018/10/22,8,2018/10/22,9,2018/10/22,10,1998年长江（枝城-岳阳）洪涝灾害监测,工业生产：无损探伤，石油勘探，生产过程自动化（识别零件，装配质量检查），工业机器人研制等。,2018/10/22,12,军事： 航空及卫星侦察照片的测绘、判读，雷达、 声纳图像处理，导弹制导，军事仿真等。,2018/10/22,13,Landscape,电子沙盘,2018/10/22,14,军事目标跟踪,隐形飞机、定位轰炸,2018/10/22,15,通信：

3、图像传真，数字电视、网络可视聊天、可视 电话网页动画等。,2018/10/22,16,独特的Exact Time和Auto Balance技术,语音图像唇形同步,只需350毫秒,2018/10/22,17,空间探索,2018/10/22,18,空间探索,2018/10/22,19,公安：指纹识别，印签、伪钞识别，安检，手迹、印 记鉴别分析等。,2018/10/22,20,气象预报：获取气象云图进行测绘、判读等。风云1号 风云2号,2018/10/22,21,气象预报 气象云图,2018/10/22,22,计算机绘画,2018/10/22,23,计算机合成图像,2018/10/22,24,广告设

4、计,2018/10/22,25,第1章 图像技术基础,1.1 图像和像素1.2 像素间联系 1.3 图像坐标变换1.4 图像显示1.5 采样和量化 1.6 图像存储与格式 1.7 图像技术及分类,2018/10/22,26,1.1 图像和像素,图像（狭义和广义）数字图像f (x, y)和 I(r, c)例1.1.1 像素图像的矩阵表示和矢量表示,2018/10/22,27,1、基本概念（1）图：是物体反射或者透射电磁波的分布。（2）像：是人的视觉系统对接收的图信息在大脑中形成的印象。（3）图像：是“图”和“像”的结合。具体来说，就是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的、可以直接或

5、间接作用于人的视觉系统而产生的视知觉实体。,1.1图像和数字图像,2018/10/22,28,图象（广义/抽象） 图像（狭义/具体）,广义 图片，动画，绘图，文字/档，. 狭义 单幅 序列图象，.静止 运动图象（视频），.2-D 3-D，彩色，立体对， 多光谱,多视场图象，.灰度 深度，纹理图象，.,2018/10/22,29,(4)模拟图像与数字图像对应的概念叫模拟图像 。模拟图像中的图像信号是以连续的形式存在于图像介质中。 (5)灰度图像每个像素都是介于黑和白之间的一个灰度颜色，没有彩色信息，这样的图像称之为灰度图像。,2018/10/22,30,2018/10/22,31,每一个小方块分

6、别对应0255之中的每一个灰度级，灰度级由低到高排列，左上是纯黑色，右下是纯白色。,2018/10/22,32,(6)彩色图像 计算机图像处理中常用的颜色模型是RGB模型，这里R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色。如果允许R、G、B分量不相同，图像就会呈现出彩色信息，形成彩色图像。,2018/10/22,33,2018/10/22,34,(7)图像分辨率指该图像在空间域上的采样数。指单位图像线性尺寸中所包含的像素数目，通常以像素英寸（ppi）为计量单位.,2018/10/22,35,显示器分辨率是指显示器上每单位长度显示的像素或点的数目，通常以点英寸（dpi）为计量单位。打印机分辨率是指打印机每

7、英寸产生的油墨点数，大多数激光打印机的输出分辨率为300dpi 600dpi，高档的激光照排机在1200dpi以上。,2018/10/22,36,2、图像表示,2-D数组 f (x, y)x ， y：2-D空间XY中坐标点的位置f：代表图像在(x, y)的性质F 的数值f，x，y 的值可以是任意实数性质F : 可对应不同物理量灰度图像里用灰度表示,2018/10/22,37,矩阵 矢量,2018/10/22,38,(a)数字图像显示的坐标系统 (b)数字图像运算的坐标系统数字图像的坐标表示,(a)数字图像显示的坐标系统 (b)数字图像运算的坐标系统 数字图像的坐标表示,2018/10/22,4

8、0,每个(x,y)对应数字图像中的一个基本单元，称其为图像元素(picture element)，简称为像素（pixel）；,看上去一个“像素”就是一个正方形的色块，事实上，“像素”是一个纯理论的概念，它没有形状也没有尺寸，看不见摸不着，只存在于理论计算中。,2018/10/22,41,2018/10/22,42,1.2 像素间联系,1、像素邻域 每个像素的由近邻像素组成的邻域 4-邻域（4-neighborhood），记为N4(p) 4个对角近邻像素 8-邻域：4个4-邻域近邻像素加上4个对角 邻域像素合起来构成p的,2018/10/22,43,(1)相邻像素与4-邻域,设图像中的像素p位于

9、(x，y)处，则p在水平方向和垂直方向相邻的像素qi最多可有4个，其坐标分别为：（x-1，y）,（x，y-1）,（x，y+1）,（x+1，y）由这4个像素组成的集合称为像素p的4-邻域,记为N4(p)。,2018/10/22,44,(2)对角相邻像素与4-对角邻域,设图像中的像素p位于(x，y)处，则p的对角相邻像素ri最多可有4个，其坐标分别为：(x-1,y-1),(x-1,y+1),(x+1,y-1),(x+1,y+1)由这4个像素组成的集合称为像素p的4-对角邻域,记为ND(p)。,2018/10/22,45,(3)8-邻域,把像素p的4-对角邻域像素和4-邻域像素组成的集合称为像素p的

10、8-邻域，记为N8(p)。,2018/10/22,46,像素的邻接性与连通性,自学,2018/10/22,47,像素间的距离,距离量度函数 3个象素p，q，r，坐标(x, y)，(s, t)，(u, v)(1) 两个象素之间的距离总是正的(2) 距离与起终点的选择无关 (3)最短距离是沿直线的,2018/10/22,48,像素间的距离,距离量度函数(1) 欧氏（Euclidean）距离(2) 城区（city-block）距离(3) 棋盘（chessboard）距离,2018/10/22,49,欧氏距离,像素p和q之间的欧氏（Euclidean）距离定义为： De(p,q)=(x-u)2+(y-

11、v)21/2 所有距像素点(x,y)的欧氏距离小于或等于d的像素都包含在以(x,y)为中心,以d为半径的圆平面中。,2018/10/22,50,像素p和q之间的D4距离，也即街区（city-block）距离，定义为：D4(p,q)=|x-u| + |y-v| 所有相距像素点(x,y)的D4距离为小于d或等于d的像素组成一个中心点在(x,y)的菱形。,城区距离,2018/10/22,51,棋盘距离,像素p和q之间的D8距离，也即棋盘距离，定义为：D8(p,q)=max(|x-u|，|y-v|) 所有距像素点(x,y)的D8距离为小于d或等于d的像素组成一个中心点在(x,y)的方形。,2018/1

12、0/22,52,像素间的距离,距离量度函数距离计算示例 DE = 5 D4 = 7 D8 = 4,2018/10/22,53,1.3 图像坐标变换,统一的矩阵表达形式平移变换,2018/10/22,54,平移变换,坐标变换示例：平移变换,2018/10/22,55,平移变换,平移变换的矩阵表达,2018/10/22,56,尺度（放缩）变换,2018/10/22,57,旋转变换,2018/10/22,58,图象坐标变换,旋转变换（绕X轴，Y轴，Z轴）,2018/10/22,59,变换级连对一个坐标为 v 的点的平移、放缩、绕 Z 轴旋转变换可表示为：用单个变换矩阵的方法可对点矩阵v 变换 这些矩

13、阵的运算次序一般不可互换,2018/10/22,60,1.3 图像坐标变换,反变换,2018/10/22,61,1.4 图像显示,半调输出在两级灰度输出设备上输出灰度图像例1.4.2抖动技术改善量化过粗图像的显示质量 例1.4.3,2018/10/22,62,图象显示图象处理的结果多是供观察的图象数据 亮度模式显示 显示设备电视显示器，液晶显示器阴极射线管（CRT)打印设备转换到幻灯片、照片或透明胶片上,1.4 图像显示,2018/10/22,63,景物 光学图像 胶片图像 数字图像 处理结果输出,物体,摄 像 机,胶片,数 字 化 仪,计算机 系 统,显示、打印或记录设备,数 字 摄 影 机

14、,图像处理软件 专用图像处理硬件,数字图像处理系统组成,2018/10/22,64,图像存储系统,图象输入系统,基本图象处理系统的结构,图象处理与 分析系统,图象输出系统,2018/10/22,65,图像输入设备,1000DPI,1600DPI,1000象素,1600象素,扫描仪分辨率与扫描图象的大小 分辨率：单位长度上采样的像素个数：DPI(dot/inch),数码相机,2018/10/22,66,图像输出设备之一,喷墨打印机 激光打印机 数字印刷机,PCMCIA存储设备,2018/10/22,67,多数打印设备仅能直接显示输出二值图半调技术：利用人眼的集成特性，通过控制二值点模式的形式（包

15、括数量，尺寸，形状等）来获得视觉上不同的灰度感觉,半调（halptone）输出,2018/10/22,68,通过调整输出黑点的尺寸来显示不同的灰度例如，早期报纸上的图片在每个空间位置打印一个其尺寸反比于该处灰度的黑圆点二值点是规则的排成网格的点点的形状并不是决定性的因素,幅度调制（AM）,2018/10/22,69,输出黑点的尺寸是固定的其在空间的分布（点间的间隔或一定区域内点出现的频率）取决于所需表示的灰度缺点：点增益（打印单元尺寸相对于原始单元尺寸的增加量）增加导致打印图灰度范围的减少或压缩,频率调制（FM）,2018/10/22,70,每个输出单元内包含若干个基本二值点每个模板对应一个输

16、出单元 2 2 5 种灰度,调制模板,2018/10/22,71,调制模板,2018/10/22,72,半调技术 牺牲图象的空间点数而增加图象的灰度级数要保持细节，灰度级数就有限,2018/10/22,73,利用加随机小噪声变化-2(6-b)-2(5-b)f (x, y) + 02(5-b)2(6-b),抖动（dithering）输出技术,2018/10/22,74,1.4 图像显示,2018/10/22,75,1.5 采样和量化,图象 数字图象f (x, y) I(r, c)空间坐标的离散化叫做空间采样x, y r, c幅度的离散化叫做幅度量化f I,2018/10/22,76,采样（Sampling）:是对图像空间坐标的离散化， 它决定了图像的空间分辨率。用一个网格把待处理的图像覆盖，然后把每一小格上模拟图像的各个亮度取平均值，作为该小方格中点的值。,