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1、主要内容uu课程介绍课程介绍课程介绍课程介绍uu数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念uu数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史uu数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容uu光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用课程内容（36学时课堂教学+12学时上机） 第一章第一章 光电图像处理概述（光电图像处理概述（2 2学时）学时） 第二章第二章 光电图像处理基础（光电图像处理基础（2 2学时）学时）第三章第三章 图像增强（图像增强（6
2、6学时）学时）第四章第四章 图像变换（图像变换（6 6学时）学时）第五章第五章 图像复原（图像复原（4 4学时）学时）第六章第六章 图像编码与压缩（图像编码与压缩（4 4学时）学时）第七章第七章 图像分割与描述（图像分割与描述（6 6学时）学时）第八章第八章 图像融合及应用（图像融合及应用（2 2学时）学时）第九章第九章 运动目标检测与跟踪（运动目标检测与跟踪（4 4学时）学时）重重点点应应用用基基础础一、课程介绍n n教学日历：教学日历：教学日历：教学日历： 1-131-131-131-13周周周周，4 4学时学时学时学时/ /周，周一周，周一周，周一周，周一/ /四，第四，第四，第四，第3
3、-43-4节节节节。n n成绩构成：成绩构成：成绩构成：成绩构成： 平时成绩（平时成绩（平时成绩（平时成绩（20202020分）分）分）分）+ + + +上机上机上机上机/ / / /课程设计（课程设计（课程设计（课程设计（20202020分）分）分）分）+ + + +期末考期末考期末考期末考试（试（试（试（60606060分）分）分）分） n n要求：至少掌握要求：至少掌握要求：至少掌握要求：至少掌握1 1门编程语言门编程语言门编程语言门编程语言 VC+ VC+ VC+ VC+ 或或或或 MatlabMatlabMatlabMatlab n n答疑地点答疑地点答疑地点答疑地点逸夫楼逸夫楼逸夫
4、楼逸夫楼217217或或或或239239一、课程介绍n n教材及主要参考资料：教材及主要参考资料：教材及主要参考资料：教材及主要参考资料： 1.1.1.1.彭真明，雍杨，杨先明，光电图像处理及应用，成都：电彭真明，雍杨，杨先明，光电图像处理及应用，成都：电彭真明，雍杨，杨先明，光电图像处理及应用，成都：电彭真明，雍杨，杨先明，光电图像处理及应用，成都：电子科技大学出版社，子科技大学出版社，子科技大学出版社，子科技大学出版社，2008200820082008。2.2.2.2.冈萨雷斯著冈萨雷斯著冈萨雷斯著冈萨雷斯著. . . .阮秋琦等译阮秋琦等译阮秋琦等译阮秋琦等译 数字图像处理（第三版）数字
5、图像处理（第三版）数字图像处理（第三版）数字图像处理（第三版）. . . . 北京：北京：北京：北京：电子工业出版社，电子工业出版社，电子工业出版社，电子工业出版社，2011201120112011。3.3.3.3.Rafael C. GonzalezRafael C. GonzalezRafael C. GonzalezRafael C. Gonzalez，Richard E. Woods, Digital Richard E. Woods, Digital Richard E. Woods, Digital Richard E. Woods, Digital Image Processin
6、gImage ProcessingImage ProcessingImage Processing，Third EditionThird EditionThird EditionThird Edition，北京：电子工业出，北京：电子工业出，北京：电子工业出，北京：电子工业出版社，版社，版社，版社，2010201020102010。 4.4.4.4.Kenneth R. Castleman, Kenneth R. Castleman, Kenneth R. Castleman, Kenneth R. Castleman, 数字图像处理（影印版）数字图像处理（影印版）数字图像处理（影印版）数字图
7、像处理（影印版）, , , , 北京：北京：北京：北京：清华大学出版社，清华大学出版社，清华大学出版社，清华大学出版社，2003200320032003 一、课程介绍一、课程介绍主要内容uu课程介绍课程介绍课程介绍课程介绍uu数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念uu数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史uu数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容uu光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用人类通过眼、耳、鼻、舌、身等接收信息，人类
8、通过眼、耳、鼻、舌、身等接收信息，感知世界。约有感知世界。约有75%的信息是的信息是通过人眼（视觉系统）获取的。通过人眼（视觉系统）获取的。二、数字图像的基本概念“图像”为“事件或事物的一种表示、写真或临摹，或一个生动的或图形化的描述”。“图”是物体透射光或反射光的分布；“像”是人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识；“图像”是两者的结合；图像是客观景物通过某种系统的一种映射；从广义上说，是自然界景物的客观反映。二、数字图像的基本概念模拟图像（物理图像）： 直接从观测系统（输入系统）获得、未经采样和量化的图像；模拟图像在空间分布和亮度取值上均为连续分布。数字图像： 图像的数字表示或经过
9、采样和量化的图像，像素就是离散单元，量化的灰度就是数字量值。二、数字图像的基本概念光电图像 不同成像系统下观测得到的包括可见光、红外线、紫外线、X射线、微波、超声波及伽马射线等不同波段成像后的模拟或数字图像。二、数字图像的基本概念图像存储系统图像存储系统n基本的光电图像处理系统二、数字图像的基本概念 数字图像处理数字图像处理就是用数字计算机处理所获取视觉信息的技术。依赖于数字计算机和其它相关技术（如数据存储，显示及传输）的发展。 光电图像处理光电图像处理不仅包含数字图像处理的全部内容，而且还需要考虑图像的采集、处理、显示、传输、存储等一体化系统及光电领域的各种应用技术等。二、数字图像的基本概念
10、n n 数字数字图像的采集与像的采集与获取取 采集方式采集方式A/D二、数字图像的基本概念n n 数字数字图像的采集与像的采集与获取取 CCD/CMOS CCD/CMOS图像传感器器图像传感器器 数码相机 数字摄像机二、数字图像的基本概念n n 数字数字图像的采集与像的采集与获取取 各种数字扫描设备各种数字扫描设备电荷耦合器件电荷耦合器件(Charge Coupled Device, CCD)接触式图像传感器（接触式图像传感器（Contact Image Sensor，CIS）互补金属氧化物半导体互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconducto
11、r, CMOS)二、数字图像的基本概念n n图像的数字化：采样和量化图像的数字化：采样和量化为了便于计算机处理，图像函数为了便于计算机处理，图像函数f f(x,y)(x,y)在空间和取值在空间和取值上必须数字化。上必须数字化。连续图像数字图像离散化NM二、数字图像的基本概念n n图像的数字化：采样和量化图像的数字化：采样和量化图像的采样（图像的采样（图像的采样（图像的采样（SamplingSamplingSamplingSampling) ) ) )n n空间坐标空间坐标(x,y)(x,y)的数字化被称为图像采样的数字化被称为图像采样n n确定水平和垂直方向上的像素个数确定水平和垂直方向上的像
12、素个数N N 、 M M像素（pixel)二、数字图像的基本概念n n图像的数字化：采样和量化图像的数字化：采样和量化图像的量化图像的量化(Quantization)(Quantization)：取取取取值值的数字化：的数字化：的数字化：的数字化：被称被称被称被称为图为图像灰度像灰度像灰度像灰度级级量化。量化。量化。量化。量化量化量化量化处处理：理：理：理： 将将将将f f 映射到映射到映射到映射到Z Z的的的的处处理。理。理。理。Z Z的最大取的最大取的最大取的最大取值值：确定像素的灰度确定像素的灰度确定像素的灰度确定像素的灰度级级数数数数G = 2G = 2mm。fZ二、数字图像的基本概念
13、n n数字图像的数学表示数字图像的数学表示像元坐标像元坐标像元的灰度值（像元的灰度值（Gray scale)二、数字图像的基本概念n n数字图像的数学表示数字图像的数学表示二、数字图像的基本概念n n空间分辨率（空间分辨率（Spatial Resolution)Spatial Resolution)51251251251225625625625612812812812864646464采样引起的空间分辨率与图像质量数码相机：数码相机： 307223047077888(700万像素万像素) 259219445038848(500万像素万像素)二、数字图像的基本概念n n灰度分辨率（灰度分辨率（G
14、ray Resolution)Gray Resolution)量化引起的灰度分辨率与图像质量512512256256128128 64 648 84 4二、数字图像的基本概念原图低色调低对比度低饱和度二、数字图像的基本概念主要内容uu课程介绍课程介绍课程介绍课程介绍uu数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念uu数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史uu数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容uu光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应
15、用 2020世纪世纪2020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个多星期减少到3 3个小时。个小时。19211921年电报打印机采用特年电报打印机采用特殊字符在编码纸带得到的殊字符在编码纸带得到的数字图片。数字图片。19221922年在信号两次穿越大年在信号两次穿越大西洋后，从穿孔纸带得到西洋后，从穿孔纸带得到的图片。的图片。图像通信系统信图像通信系统信源编码和信道编码。源编码和信道编码。19291929年从伦敦到纽约年从伦敦到纽约1515级色调通过电缆级色调通过电缆传递照片。从早期传递照片。从早期5 5
16、个灰度到个灰度到1515灰度。灰度。现在的网络、移动通信再次历经这个过现在的网络、移动通信再次历经这个过程。程。三、三、数字图像处理的发展历史n1948，美国贝尔实验室发明晶体管；n1950s-1960s，COBOL/FORTRAN的开发；n1958，美国德州仪器，集成电路（IC）；n1960s，操作系统的诞生；n1970s，Intel，微处理器（CPU，存储器，I/O控制）；n1981，IBM，PC；n1970s-1980s，大规模集成电路（LI）、甚大规模集成电路（VLSI）及现今的超大规模集成电路（ULSI）等。数字图像处理的历史与数字计算机的发展是密切相关的。John von Neum
17、ann（19031957） 三、三、数字图像处理的发展历史 1950s 1950s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19641964年美年美国喷气推进实验室（国喷气推进实验室（JPLJPL）正式使用数字计算机对）正式使用数字计算机对“徘徊者徘徊者7 7号号”太空船送回的太空船送回的四千多张月球照片进行了处理。四千多张月球照片进行了处理。美国航天器传送的第一张美国航天器传送的第一张月球照片，月球照片，19641964年年7 7月月3131日日在光线影响月球表面在光线影响月球表面1717分分钟摄取的图像。钟摄取的图像。2007年
18、年10月月24日日18时时05分分04秒秒西昌卫星发射中西昌卫星发射中心心“嫦娥一号嫦娥一号”卫星，卫星，11月月20日日传回的首张图片传回的首张图片三、三、数字图像处理的发展历史月球背面一个典型的辐射线撞击坑 通过反演得到三维重建图 三、三、数字图像处理的发展历史n n生物医学图像处理生物医学图像处理1901年伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。三、三、数字图像处理的发展历史主要内容uu课程介绍课程介绍课程介绍课程介绍uu数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念uu数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史uu数字图像处理的研
19、究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容uu光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用n n按颜色类别按颜色类别二值图像二值图像(Binary Image)(Binary Image)灰度图像灰度图像(Gray(Grayscale Image)scale Image)多光谱彩色图像多光谱彩色图像(Multi-Spectrum Image)(Multi-Spectrum Image)四、数字图像处理的研究内容n n按成像传感器按成像传感器类别类别电视图像电视图像(TV/Visible Image)(TV/Visible
20、 Image)红外图像红外图像(Infrared Image)(Infrared Image)雷达图像雷达图像(Radar Image)(Radar Image)超声图像超声图像(Ultrasonic Image)(Ultrasonic Image) 核磁共振核磁共振(Magnetic resonance imaging,MRI)(Magnetic resonance imaging,MRI)X-RAYX-RAY图像图像四、数字图像处理的研究内容n n不同传感器图像对比：不同传感器图像对比：电视图像红外图像四、数字图像处理的研究内容n n不同传感器图像对比：不同传感器图像对比：发热症状四、数字
21、图像处理的研究内容可见光可见光红外红外可见光可见光红外红外四、数字图像处理的研究内容n n不同传感器图像对比不同传感器图像对比四、数字图像处理的研究内容n nX-RayX-Ray与超声图像与超声图像X-光片超声图像四、数字图像处理的研究内容n nMRIMRI图像图像四、数字图像处理的研究内容n nPET-PET-正电子发射计算机断层显像正电子发射计算机断层显像它将人体代谢所必须的物质，如葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸等，标记上极微量的短寿命正电子核素，制成显像计注入人体，再用特殊的探测装置检测这些正电子标记物在体内的分布青况。人体不同组织的代谢状态不同，所以这些核素标记物质在人体各种组织中的分布
22、也不同，这些特点可通过图像方式反映出来，从而可对病变进行分析和诊断。四、数字图像处理的研究内容n n显微图像显微图像四、数字图像处理的研究内容n n按动态与静态分类：按动态与静态分类：静态图像静态图像(Static Image)(Static Image)动态图像动态图像(Dynamic Image)(Dynamic Image)四、数字图像处理的研究内容n n按应用方式分类按应用方式分类图像增强图像增强(Image Enhancement)(Image Enhancement)图像恢复图像恢复(Image Restoration)(Image Restoration)图像重建图像重建(Ima
23、ge Reconstruction)(Image Reconstruction)图像分割图像分割(Image Segmentation)(Image Segmentation)图像压缩图像压缩(Image Compression)(Image Compression)图像识别图像识别(Image Recognition)(Image Recognition)图像跟踪图像跟踪(Image Tracking)(Image Tracking)图像融合图像融合(Image Fusion)(Image Fusion)四、数字图像处理的研究内容n n图像增强图像增强( (主观主观) )原图像增强图像四、数
24、字图像处理的研究内容n n图像增强图像增强( (彩色图像彩色图像) )四、数字图像处理的研究内容n n图像增强图像增强( (去雾去雾) )四、数字图像处理的研究内容n n图像恢复图像恢复( (客观）客观）原图像复原图像四、数字图像处理的研究内容n n图像恢复图像恢复( (客观）客观）原图像（Saturn）复原图像四、数字图像处理的研究内容n n图像变换与重建图像变换与重建四、数字图像处理的研究内容n n图像边缘检测与分割图像边缘检测与分割四、数字图像处理的研究内容n n图像压缩图像压缩压缩倍数 10.26，PSNR 36.51 压缩倍数 98.70，PSNR 25.22Lena 1997Len
25、a 1972四、数字图像处理的研究内容LenaLena与与图像处理图像处理蕾娜（Lena）标准图雷娜在IST会议上（1997） 雷娜与大会主席（1997） 内在：特征丰富，适合测试算法； 外在：美女n n图像识别与分析图像识别与分析 纹理识别纹理识别 指纹识别指纹识别 人脸识别人脸识别 笔迹签定笔迹签定 车牌识别车牌识别 四、数字图像处理的研究内容n n图像融合图像融合四、数字图像处理的研究内容n n纹理转换纹理转换四、数字图像处理的研究内容图像识别与目标跟踪n n按理论方法分类按理论方法分类点处理、代数处理、几何处理点处理、代数处理、几何处理变换域处理与分析变换域处理与分析随机统计等现代信号
26、处理随机统计等现代信号处理小波、形态学、分形等先进数学工具小波、形态学、分形等先进数学工具人工智能方法：如模式识别、神经网络、遗传人工智能方法：如模式识别、神经网络、遗传算法等。算法等。四、数字图像处理的研究内容主要内容uu课程介绍课程介绍课程介绍课程介绍uu数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念uu数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史uu数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容uu光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用五、数字
27、图像处理的应用空间探索、遥感应用空间探索、遥感应用生物医学工程生物医学工程工业应用工业应用视觉检验、零部件选取、过程控制、交视觉检验、零部件选取、过程控制、交通监控、自动驾驶等。通监控、自动驾驶等。军事军事/ /公安公安指纹识别、人脸识别、笔迹鉴定、目标指纹识别、人脸识别、笔迹鉴定、目标探测与跟踪。探测与跟踪。农业应用农业应用农作物选种、深林火灾监控。农作物选种、深林火灾监控。数字娱乐数字娱乐网络数字媒体、视频特技、虚拟现实、网络数字媒体、视频特技、虚拟现实、视频会议等。视频会议等。空间探索地球资源勘探遥感图片多/高/超光谱遥感图像(1)(1)多光谱成像多光谱成像多光谱成像多光谱成像多光谱成像
28、光谱分辨率在多光谱成像光谱分辨率在0.1mm0.1mm数量级，这样的传感器在可见数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个光和近红外区域一般只有几个波段。波段。 (2)(2)高光谱成像高光谱成像高光谱成像高光谱成像光谱分辨率在光谱分辨率在0.01mm0.01mm数量级，数量级，这样的传感器在可见光和近红这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达光谱分辨率可达nmnm级。级。 (3)(3)超光谱成像超光谱成像超光谱成像超光谱成像光谱分辨率在光谱分辨率在0.001mm=1nm0.001mm=1nm数量级，这样的传感器在可见数量级，这样的传
29、感器在可见光和近红外区域可达数千个波光和近红外区域可达数千个波段。段。气象云图气象预报生物医学工程便携式手持便携式手持X射线仪射线仪-图像直接显示于皮肤图像直接显示于皮肤军事应用精确制导、目标跟踪 “道尔道尔” 野战地空导弹武野战地空导弹武器系统，是世界上最先采用垂器系统，是世界上最先采用垂直发射方式的近程防空系统，直发射方式的近程防空系统，同时也是一种全天候、全自动、同时也是一种全天候、全自动、三位一体三位一体(目标搜索、跟踪和目标搜索、跟踪和导弹发射装置同时装在一辆车导弹发射装置同时装在一辆车上上)的新一代高性能防空导弹的新一代高性能防空导弹发射车。它具有警戒、指挥与发射车。它具有警戒、指
30、挥与控制、导弹制导与发射等众多控制、导弹制导与发射等众多功能，既可以独立作战，也可功能，既可以独立作战，也可以和发射连的其它发射车协同以和发射连的其它发射车协同作战。它可在低空、超低空和作战。它可在低空、超低空和近程区域内拦截多种非隐身与近程区域内拦截多种非隐身与隐身空袭目标，如固定翼飞机、隐身空袭目标，如固定翼飞机、直升机、无人机以及巡航导弹、直升机、无人机以及巡航导弹、空地导弹、反辐射导弹、精确空地导弹、反辐射导弹、精确制导炸弹等，主要用于保护陆制导炸弹等，主要用于保护陆地作战部队和一些重要目标免地作战部队和一些重要目标免遭敌人空袭，其性能在同类系遭敌人空袭，其性能在同类系统中是出类拔萃的
31、。统中是出类拔萃的。 军事应用隐形飞机、定位轰炸 B2轰炸机的单价高达轰炸机的单价高达22.2亿美元，是世亿美元，是世界上迄今为止最昂贵的飞机。北约在对南联盟界上迄今为止最昂贵的飞机。北约在对南联盟空袭中，首次动用了空袭中，首次动用了2架架B2隐形战略轰炸机，隐形战略轰炸机，使这种飞机第一次用于实战。使这种飞机第一次用于实战。B2轰炸机由美轰炸机由美国诺思罗普公司为美国空军研制，采用了众多国诺思罗普公司为美国空军研制，采用了众多的隐形技术，特别是它怪异的外形，机翼出奇的隐形技术，特别是它怪异的外形，机翼出奇的长，全身漆黑，就像一只巨大的蝙蝠，而且的长，全身漆黑，就像一只巨大的蝙蝠，而且外面看不
32、到任何武器。该型机没有机身，机身外面看不到任何武器。该型机没有机身，机身与机体完全融为一体。它的高度约与机体完全融为一体。它的高度约5.18米，长米，长约约21米，翼展达米，翼展达52.42米。目前，美国空军有米。目前，美国空军有20架架B2轰炸机，并正在研制一种轰炸机，并正在研制一种“绰号绰号”为为“金冠球座金冠球座”（TEESAM）的空对空、空对）的空对空、空对地和空对舰三维远程攻击导弹。扬言，地和空对舰三维远程攻击导弹。扬言，B2轰轰炸机能在接到命令后数小时内自美国本土起飞，炸机能在接到命令后数小时内自美国本土起飞，攻击世界任何地区的目标。攻击世界任何地区的目标。 军事应用红外夜视交通监
33、控自动驾驶自动驾驶国防科大无人驾驶汽车完成国防科大无人驾驶汽车完成286公里高速实验公里高速实验计算机合成图像 广告设计Wallpaper娱乐主要内容uu课程介绍课程介绍课程介绍课程介绍uu数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念数字图像的基本概念uu数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史数字图像的发展历史uu数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容数字图像处理的研究内容uu光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用光电图像处理技术及应用n International Conference nICCV： Inter
34、national Conference on Computer VisionnCVPR： International conference on Computer Vision and Pattern RecognitionnECCV： European Conference on Computer Visionn International JournalnPAMI： IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine IntelligencenIJCV： International Journal of Computer Vision nPR： Pattern Recognition.nTIP： IEEE Transactions on Image Processing nIVC： Image and Vision Computing 附：图像处理/计算机视觉的顶级会议和期刊
