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1、第 1 页数字图像处理技术数字图像处理技术及其发展动向及其发展动向第 2 页数字图像处理技术的背景和意义数字图像处理技术的背景和意义l背景背景: : 1 1数字图像处理技术起源于数字图像处理技术起源于2020世纪世纪2020年代，当时通过海底电缆年代，当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片，它采用了数字压缩技从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片，它采用了数字压缩技术。就术。就19201920年的技术水平来看，如果不压缩，传一幅图像要一年的技术水平来看，如果不压缩，传一幅图像要一星期时间，压缩后只需要星期时间，压缩后只需要3 3小时。小时。19641964年美国的喷气推进实验室年美国的
2、喷气推进实验室处理了太空船处理了太空船“旅行者七号旅行者七号”发回的月球照片，这标志着第三发回的月球照片，这标志着第三代计算机问世后数字图像处理概念开始得到应用。其后数字图代计算机问世后数字图像处理概念开始得到应用。其后数字图像处理技术发展迅速，目前已成为工程学、计算机科学、信息像处理技术发展迅速，目前已成为工程学、计算机科学、信息科学、统计学、物理学、化学、生物学、医学甚至社会科学等科学、统计学、物理学、化学、生物学、医学甚至社会科学等领域各学科之间学习和研究的对象。领域各学科之间学习和研究的对象。第 3 页2 2人类传递信息的主要媒介是语音和图像。据统计人类传递信息的主要媒介是语音和图像。
3、据统计, , 在人类接在人类接受的信息中受的信息中, ,听觉信息占听觉信息占20%,20%,视觉信息占视觉信息占60%,60%,其他如味觉、触觉、其他如味觉、触觉、嗅觉总的加起来不过占嗅觉总的加起来不过占20%20%。所以，作为传递信息的重要媒体和。所以，作为传递信息的重要媒体和手段手段图像信息是十分重要的，俗话说：图像信息是十分重要的，俗话说：“百闻不如一见百闻不如一见”、“一目了然一目了然”，都反映了图像在传递信息中的独到之处。，都反映了图像在传递信息中的独到之处。第 4 页数字图像处理最早的应用之一是报纸业，当时，图像第一次通过海底电缆从数字图像处理最早的应用之一是报纸业，当时，图像第一
4、次通过海底电缆从伦敦传往纽约。其它应用如下所示伦敦传往纽约。其它应用如下所示19221922在信号两次穿越大西洋后在信号两次穿越大西洋后, ,从穿孔纸从穿孔纸带得到的数字图像带得到的数字图像, ,可以看出某些差错可以看出某些差错19211921年由电报打印机采用特殊字年由电报打印机采用特殊字符在编码纸带中产生的数字图像符在编码纸带中产生的数字图像第 5 页在在19291929年从伦敦到纽约用年从伦敦到纽约用1515级色调备级色调备通过电缆传送的通过电缆传送的 Generals Pershing Generals Pershing 和和 Foch Foch 的未经修饰的照片的未经修饰的照片 美国
5、航天器传送的第一张月球照片，美国航天器传送的第一张月球照片，“旅旅行者七号行者七号”卫星卫星19641964年年7 7月月3131日日9 9点点09 09 分分（东部白天时间）在光线影响月球表面前（东部白天时间）在光线影响月球表面前1717分钟时摄取的图像分钟时摄取的图像 第 6 页l意义意义 1 1 图像是人们从客观世界获取信息的重要来源图像是人们从客观世界获取信息的重要来源 人类是通过感觉器官从客观世界获取信息的，即通过耳、人类是通过感觉器官从客观世界获取信息的，即通过耳、目、口、鼻、手，通过听、看、味、嗅和触摸的方式获取信息。目、口、鼻、手，通过听、看、味、嗅和触摸的方式获取信息。在这些
6、信息中，视觉信息占在这些信息中，视觉信息占60%60%70%70%。视觉信息的特点是信息。视觉信息的特点是信息量大，传播速度快，作用距离远，有心理和生理作用，加上大量大，传播速度快，作用距离远，有心理和生理作用，加上大脑的思维和联想，具有很强的判断能力。其次是人的视觉十分脑的思维和联想，具有很强的判断能力。其次是人的视觉十分完善，人眼灵敏度高，鉴别能力强，不仅可以辨别景物，还能完善，人眼灵敏度高，鉴别能力强，不仅可以辨别景物，还能辨别人的情绪，由此可见，图像信息对人类来说是十分重要的。辨别人的情绪，由此可见，图像信息对人类来说是十分重要的。 2 2 图像信息处理是人类视觉延续的重要手段图像信息
7、处理是人类视觉延续的重要手段 众所周知，人的眼睛只能看到可见光部分，但就目前科技众所周知，人的眼睛只能看到可见光部分，但就目前科技水平看，能够成像的并不仅仅是可见光。水平看，能够成像的并不仅仅是可见光。 第 7 页 3 3 数字图像处理技术对国计民生有重要意义数字图像处理技术对国计民生有重要意义 数字图像处理技术发展到今天，许多技术已日趋成熟。在数字图像处理技术发展到今天，许多技术已日趋成熟。在各个领域的应用取得了巨大的成功和显著的经济效益。如在工各个领域的应用取得了巨大的成功和显著的经济效益。如在工程领域、工业生产、军事、医学以及科学研究中的应用已十分程领域、工业生产、军事、医学以及科学研究
8、中的应用已十分普遍。通过分析资源卫星得到的照片可以获得地下矿藏资源的普遍。通过分析资源卫星得到的照片可以获得地下矿藏资源的分布及埋藏量；利用红外线、微波遥感技术可侦查到隐蔽的军分布及埋藏量；利用红外线、微波遥感技术可侦查到隐蔽的军事设施；事设施；X X射线射线CTCT已广泛应用于临床诊断，由于它可得到人体内已广泛应用于临床诊断，由于它可得到人体内部器官的断层图像，因此，可准确地确定病灶位置，为诊断和部器官的断层图像，因此，可准确地确定病灶位置，为诊断和治疗疾病带来了极大的方便。至于在工业生产中的设计自动化治疗疾病带来了极大的方便。至于在工业生产中的设计自动化及产品质量检验中更是大有可为。在安全
9、保障及监控方面数字及产品质量检验中更是大有可为。在安全保障及监控方面数字图像处理技术更是不可缺少的基本技术，类似的应用例子随处图像处理技术更是不可缺少的基本技术，类似的应用例子随处可见。至于在通信及多媒体技术中图像处理更是重要的关键技可见。至于在通信及多媒体技术中图像处理更是重要的关键技术。术。第 8 页数字图像处理的特点数字图像处理的特点l图像信息量大图像信息量大 在数字图像处理中，一幅图像可看成是由图像矩阵中的像在数字图像处理中，一幅图像可看成是由图像矩阵中的像素组成的，每个像素的灰度级至少要用素组成的，每个像素的灰度级至少要用6bit6bit来表示来表示, ,一般采用，一般采用，高精度的
10、可用高精度的可用12bit12bit或或16bit16bit。一般分辨率的图像像素数为。一般分辨率的图像像素数为256256 256256 、512512512512，高分辨率图像像素数可达，高分辨率图像像素数可达1024102410241024或或2048204820482048。 第 9 页l数字图像处理技术综合性强数字图像处理技术综合性强 在数字图像处理中涉及的基础知识和专业技术相当广泛。一在数字图像处理中涉及的基础知识和专业技术相当广泛。一般来说涉及通信技术、计算机技术、电子技术、电视技术，至般来说涉及通信技术、计算机技术、电子技术、电视技术，至于涉及到数学、物理学等方面的基础知识就更
11、多。于涉及到数学、物理学等方面的基础知识就更多。 计算机已是计算机已是图像处理的常规工具，在图像处理中涉及到软件、硬件、网络、图像处理的常规工具，在图像处理中涉及到软件、硬件、网络、接口等多项技术，特别是并行处理技术在实时图像处理中显得接口等多项技术，特别是并行处理技术在实时图像处理中显得十分重要。十分重要。l图像信息理论与通信理论密切相关图像信息理论与通信理论密切相关第 10 页数字图像处理的主要内容数字图像处理的主要内容l完整的数字图像处理工程大体上可分为以下几个方面完整的数字图像处理工程大体上可分为以下几个方面 图像信息的获取图像信息的获取 图像信息的存储图像信息的存储 图像信息的传送图
12、像信息的传送 图像信息处理图像信息处理 图像信息的输出和显示图像信息的输出和显示第 11 页数字图像处理的应用如下表和图示数字图像处理的应用如下表和图示学科学科应用内容应用内容物理、化学物理、化学结晶分析、谱分析结晶分析、谱分析生物、医学生物、医学细胞分析、染色体分类、血球分类、细胞分析、染色体分类、血球分类、X X射线照片分析、射线照片分析、CTCT环境保护环境保护水质及大气污染调查水质及大气污染调查地质地质资源勘探、地图绘制、资源勘探、地图绘制、GISGIS农林农林植被分布调查、农作物估产植被分布调查、农作物估产海洋海洋鱼群探查、海洋污染监测鱼群探查、海洋污染监测水利水利河流分布、水利及水
13、害调查河流分布、水利及水害调查气象气象云图分析等云图分析等通信通信传真、电视、多媒体通信传真、电视、多媒体通信工业、交通工业、交通工业探伤、铁路选线、机器人、产品质量监测工业探伤、铁路选线、机器人、产品质量监测经济经济电子商务、身份论证、防伪电子商务、身份论证、防伪军事军事军事侦察、导弹制导、电子沙盘、军事训练等军事侦察、导弹制导、电子沙盘、军事训练等法律法律指纹识别等指纹识别等第 12 页伽马成像实例。（伽马成像实例。（a a）骨骼扫描，）骨骼扫描，(b) PET(b) PET图像图像, ,（c c）天鹅星座环，）天鹅星座环， （d d）来自反应器电子管的伽马）来自反应器电子管的伽马辐射（亮
14、点）辐射（亮点） 第 13 页X X射线成像实例。（射线成像实例。（a a）胸部）胸部X X射射线图像，线图像，(b) (b) 主动脉造影图像主动脉造影图像, ,（c c）头部）头部CTCT，（，（d d）电路板，）电路板，（e e）天鹅星座环）天鹅星座环 第 14 页紫外光成像实例。（紫外光成像实例。（a a）普通谷）普通谷物物(b) (b) 被被“真菌真菌”感染了的谷感染了的谷物物, ,（c c）天鹅星座环）天鹅星座环 第 15 页利用可见光显微镜方法获得的利用可见光显微镜方法获得的图实例。（图实例。（a a）紫杉酚，放大了）紫杉酚，放大了250250倍倍(b) (b) 胆固醇胆固醇,40
15、,40倍（倍（c c）微）微处理器，处理器，6060倍（倍（d d）镍氢化物薄）镍氢化物薄片，片，600600倍（倍（e e）音频）音频CDCD的表面，的表面，17501750倍，（倍，（f f）有机超导，）有机超导，450450倍倍 第 16 页由由NOAA GEOS 传感器获取的安德鲁飓风的多光谱图像传感器获取的安德鲁飓风的多光谱图像第 17 页用数字图像处理技术检查产用数字图像处理技术检查产品的例子。（品的例子。（a a）一块封装电）一块封装电路板，路板，(b) (b) 封装的丸剂封装的丸剂, , （c c）瓶子，（）瓶子，（d d）清洁塑料）清洁塑料上的气泡，（上的气泡，（e e）谷物
16、，）谷物， （f f）目镜挽杂物图像）目镜挽杂物图像 第 18 页可见光谱成像的例子。（可见光谱成像的例子。（a a）拇指指纹，）拇指指纹，(b) (b) 纸纸币币, , （c c）和（）和（d d）自动读取牌照）自动读取牌照 第 19 页人的人的 MRI图像。（图像。（a a）膝盖，）膝盖，(b) (b) 脊锥脊锥第 20 页超声波成像的例子。（超声波成像的例子。（a a）胎儿，）胎儿，(b) (b) 胎儿的另一个侧面胎儿的另一个侧面, , (c(c）甲状腺（）甲状腺（d d）肌肉层有损害）肌肉层有损害 第 21 页数字图像处理领域的发展动向数字图像处理领域的发展动向l提高精度的同时着重处理
17、速度问题提高精度的同时着重处理速度问题l加强软件研究、开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其加强软件研究、开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法l加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展。加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展。l加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系l时刻注意图像处理领域的标准化问题。图像的信息量大、数据时刻注意图像处理领域的标准化问题。图像的信息量大、数据量大，因而图像信息的建库、检索和交流是一个极严重的问题。量大，因而图像信息的建库、检索和交流是一个极严重的问题。第 22 页图像处理技术未来发展可归纳为以下四点图像处理技术未来发展可归纳为以下四点l图像处理的发展将向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化智图像处理的发展将向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化智能化和标准化方向发展。围绕着能化和标准化方向发展。围绕着HDTVHDTV（高清晰度电视）的研制（高清晰度电视）的研制将开展实时图像处理的理论及技术研究。将开展实时图像处理的理论及技术研究。l图像、图形相结合朝着三维成像或多维成像的方向发展图像、图形相结合朝着三维成像或多维成像的方向发展l硬件芯片研究硬件芯片研究l新理论与新算法研究新理论与新算法研究
