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1、数字图像采集与处理,中南大学信息科学与工程学院,主讲教师: 罗三定,数字图像采集与处理 刘文耀 主编 -电子工业出版社 普通高等教育11.5国家规划教材 初版日期：2007,教 材,目 录,第1章 图像生成与采集基础 1.1 绪言 1.2 图像的生成 1.2.1 成像的概念 1.2.2 理想光学系统和共线成像 1.2.3成像光学系统的分辨极限1.2.成像光学系统质量描述1.2.5 感光底片 1.3 视觉 1.3.1 视觉原理 1.3.2 视觉现象 1.3.3 视觉模型 第2章 光度学与色度学基础 2.1 辐射度量与光度量 2.1.1 基本辐射度量 2.1.2 人眼的光谱光视效率 2.1.3 光
2、度量 2.2 光束传播中光度量的变化规律 2.2.1 点光源的光通量和对微面元的照度 2.2.2 朗伯余弦辐射体及其光通量 2.2.3 光亮度的传递 2.2.4 光学成像系统像面的光照度 2.3 颜色的表征和基本色度量 2.3.1 颜色视觉 2.3.2 颜色匹配和基本色度量 2.4 CIE标准色度系统 2.4.1 CIEl931标准色度系统 2.4.2 CIEl964补充标准色度系统 2.5 色差及均匀颜色空间 2.5.1 色差的概念 2.5.2 1931CIE-XYZ颜色空间的视觉非均匀性 2.5.3 均匀颜色空间及色差公式,第3章 成像系统 3.1 典型光学成像系统 3.1.1 放大镜 3
3、.1.2 望远系统 3.1.3 显微系统 3.1.4 摄影系统 3.1.5 成像物镜 3.2 照明系统 3.2.1 照明系统设计的基本原则 3.2.2 临界照明和柯勒照明 3.2.3 LED照明系统 3.3 数字成像系统 3.3.1 数字照相系统 3.3.2 数字显微成像系统 3.3.3 数字望远成像系统 3.3.4 其他数字成像方法 第4章 数字图像的采集 4.1 概述 4.2 CCD图像传感器工作原理 4.2.1 CCD工作原理 4.2.2 CCD特性参数 4.3 CCD图像传感器结构 4.3.1 线阵CCD图像传感器的基本结构 4.3.2 典型线阵CCD图像传感器 4.3.3 面阵CCD
4、图像传感器的基本结构 4.3.4 典型面阵CCD图像传感器 4.4 CCD图像数据采集与计算机接口 4.4.1 CCD图像数据的量化 4.4.2 计算机接口 4.4.3 线阵CCD图像数据的采集 4.4.4 面阵CCD图像数据的采集 4.5 基于嵌入式系统的CCD图像数据采集 4.5.1 线阵CCD图像数据的采集 4.5.2 面阵CCD图像数据的采集 4.6 CCD数字图像的保存 第5章 图像的数学表征 5.1 连续图像的表达式 5.2 二维线性系统 5.3 连续图像的统计表征 5.4 抽样与量化 5.5 抽样理论 5.5.1 理想抽样 5.5.2 实际的图像抽样系统 5.6 图像的矩阵与向量
5、表示 5.6.1 图像的矩阵表示 5.6.2 图像的向量表示 5.6.3 向量空间中的随机图像场,第6章 图像正交变换 6.1 正交变换概述 6.1.1 一维变换 6.1.2 二维变换 6.2 傅里叶变换 6.2.1 连续函数的傅里叶变换 6.2.2 离散傅里叶变换 6.2.3 图像傅里叶变换的性质 6.2.4 FFT 6.3 离散余弦变换 6.4 沃尔什变换 6.5 阿德玛变换 6.6 哈尔变换 6.7 K-L变换 第7章 数字图像增强 7.1 直方图处理 7.1.1 直方图定义 7.1.2 灰度级变换 7.1.3 直方图均衡化 7.2 图像平滑 7.2.1 低通滤波法 7.2.2 中值滤波
6、法 7.2.3 多图像平均法 7.3 图像锐化 7.3.1 微分滤波 7.3.2 高通滤波 7.4 伪彩色增强 7.4.1 基于灰度调色板 7.4.2 基于灰度变换 7.4.3 基于频率滤波 7.4.4 基于区域分割,第8章 图像复原 8.1 退化模型 8.1.1 退化的数学模型 8.1.2 连续函数退化模型 8.1.3 离散的退化模型 8.1.4 循环矩阵对角化 8.2 经典的图像复原方法 8.2.1 逆滤波复原 8.2.2 维纳滤波复原 8.2.3 等功率谱滤波复原 8.3 常见的退化模型及其复原过程 8.3.1常见的退化现象 8.3.2 退化系统及退化传递函数实例 8.3.3 消除匀速直
7、线运动模糊 8.3.4 几何畸变校正 8.3.5 消除显微成像景深不足引起的图像模糊 8.3.6 图像复原的一些新方法 第9章 图像压缩编码 9.1 图像压缩的基本概念 9.1.1 图像压缩的必要性 9.1.2 图像压缩的基础 9.1.3 常用的图像压缩方法及其分类 9.2 典型的统计编码 9.2.1 游程编码 9.2.2 哈夫曼编码 9.2.3 算术编码 9.3 预测编码 9.3.1 预测编码压缩的原理 9.3.2 无损预测编码 9.3.3 有损预测编码 9.3.4 图像的预测编码 9.4 正交变换编码 9.4.1 正交变换编码的基本原理 9.4.2 子图像尺寸的选择 9.4.3 变换的选择
8、 9.4.4 比特分配 9.5 基于小波变换的图像压缩编码 9.5.1 小波变换 9.5.2 小波系数编码的实质 9.5.3 小波系数的能量分布特点 9.5.4 EZW编码 9.5.5 SPIHT编码 9.6 图像压缩国际标准简介 9.6.1 二值图像压缩标准 9.6.2 静止图像压缩标准 9.6.3 运动图像压缩标准,第10章 图像分割与描述 10.1 概述 10.2 图像分割 10.2.1 灰度阈值分割技术10.2.2 基于边界的分割技术10.2.3 基于区域的图像分割方法10.2.4 匹配检测技术与分割 10.3 图像描述 10.3.1 边界描述10.3.2 区域描述 10.3.3 纹理
9、描述 第11章 彩色图像处理基础 11.1 电视系统及数字媒体设备的颜色模型 11.1.1 电视系统的颜色模型 11.1.2 多媒体设备的颜色模型 11.2 彩色图像的常规处理 11.3 彩色图像的颜色平衡 11.3.1 白平衡调整 11.3.2 灰平衡处理 11.4 彩色图像的颜色增强 11.4.1 饱和度增强 11.4.2 其他应用需求的颜色处理 11.5 彩色图像的色彩管理 11.5.1 设备颜色的表示及传递 11.5.2 ICC色彩管理的基本内容 参考文献,DIGITAL IMAGE PROCESSING -KENNETH R.CASTLEMAN 清华大学出版社 . PRENTICE
10、HALL 数字图像处理 -阮秋琦 电子工业出版社,参考书目,数字图像处理(II) 冈萨雷斯-电子工业出版社 数字图像处理学 Visual C+实现 郎锐-北京希望电子出版社,Visual C+ 数字图像模式识别技术 及工程实践 张宏林 -人民邮电出版社,参考书目,罗三定 控制工程系 民主楼319,电话 13187066098 E-mail (公务、学术) Gtalk (实时解答),http:/ 导论,INTRODUCTION,图像是什么 如何描述图像 图像如何分类 简单图像处理系统的构成,什么是图像？,通俗：图像就是图片！,照片 图案 图形 曲线,什么是图像？,主观：图像是感受 视觉器官对
11、外部事物刺激的感受,什么是图像？,信息学：图像是视觉信息,反映客观视觉信息,什么是图像？,抽象化：图像是场,图像是数据分布场,什么是图像？,“你好啊”,学术艺术呈现：图像是数据可视化结果,图像描述,公式描述 I=A+Bsin(x+ 0.5y+a) 矩阵 F=F(x,y) 矢量 P=a1,a2,an,For x = 0 To 100 For y = 0 To 100 v = 128 + 100 * Sin(x / 4 + y / 2 + 1.2) PSet (x, y), RGB(v, v, v) Next Next,图像类型,模拟图像 F=F(x,y) 数字图像F(i,j)=F(i*dx,j*
12、dy),离散图像,空间上网格化 像素（pixle） 亮度上数字量化 0 - 2n-1,图像类型,彩色图像 red green blue F=Fr(x,y); Fg(x,y); Fb(x,y),黑白图像 F=F(x,y),图像类型,二值图像 F=F(x,y)=,灰度图像 F=F(x,y) 0 - 2n-1,01,立体视图像,右眼图像FR(x,y),左眼图像FL(x,y),立体视图像,右眼图像,左眼图像,3D立体图像,F=F(x,y,z),对应2D图像的像素（pixel） 3D图像的像素为体素(voxel),动图像,F=F(x,y,t),时变图像： 电影 movie 电视 television 计
13、算机动画 computer animation,频谱图像,F=F(w, u),空间域到 频率域变换,数字图像处理研究内容,图像采集 图像数字化 图像增强 图像变换 图像恢复重建,图像压缩 图像存贮 图像传输 图像分析 图像识别,结合图像处理、机器视觉典型应用实例展开讨论,数字图像处理系统,Image Processing System,Vision Based Control System,Input Devices,Digital Camera feature resolution, digital / optical zoom .33M 1.0M 3.3M 8.0M 640 x 480 1
14、024 x 960 1920x1080 memory size 2G 4G 32G,Input Devices,Video Camera feature resolution, digital / optical zoom .35M 720*576 (PAL) 高清电视1920*1080 DV (min DV) 1394,Capture Card,Input Devices,Scanner DPI dots per inch,Optical 400-600 Mechanical 400-600 Software 1200-4800,Output Devices,显示器/ monitor,打印机,数字电影放映机,Software of image processing,Paint,Software of image processing,Adobe Photoshop,
