1、DigitalImageProcessing通用圖像處理圖像 什么是圖像：“圖是物體透射或反射光的分布，是客觀存在的?！跋袷侨说囊曈X系統(tǒng)對(duì)圖在大腦中形成的印象或認(rèn)識(shí)，是人的感覺。圖像image是圖和像的有機(jī)結(jié)合，既反映物體的客觀存在，又表達(dá)人的心理因素；是客觀對(duì)象的一種可視表示，它包含了被描繪對(duì)象的有關(guān)信息。 圖像分類：根據(jù)圖像空間坐標(biāo)和幅度亮度或色彩的連續(xù)性可分為模擬連續(xù)圖像和數(shù)字圖像。模擬圖像是空間坐標(biāo)和幅度都連續(xù)變化的圖像，而數(shù)字圖像是空間坐標(biāo)和幅度均用離散的數(shù)字一般是整數(shù)表示的圖像。 1.1 圖像和圖像處理圖像處理 圖像處理image processing就是對(duì)圖像信息進(jìn)展加工處理和分

2、析，以滿足人的視覺心理需要和實(shí)際應(yīng)用或某種目的如壓縮編碼或機(jī)器識(shí)別的要求。圖像處理可分為以下3類 ： 模擬圖像處理analogue image processing ； 數(shù)字圖像處理digital image processing； 光電結(jié)合處理optoelectronic processing。模擬圖像處理：也稱光學(xué)圖像處理，它是利用光學(xué)透鏡或光學(xué)照相方法對(duì)模擬圖像進(jìn)展的處理，其實(shí)時(shí)性強(qiáng)、速度快、處理信息量大、分辨率高，但是處理精度低，靈敏度差，難有判斷功能 。1.1 圖像和圖像處理1.1 圖像和圖像處理數(shù)字圖像處理：即利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)展處理 ，它具有精度高、處理內(nèi)容豐富、方法易變、靈

3、敏度高等優(yōu)點(diǎn)。但是它的處理速度受到計(jì)算機(jī)和數(shù)字器件的限制，一般也是串行處理，因此處理速度較慢。光電結(jié)合處理：用光學(xué)方法完成運(yùn)算量宏大的處理如頻譜變換等，而用計(jì)算機(jī)對(duì)光學(xué)處理結(jié)果如頻譜進(jìn)展分析判斷等處理。該方法是前兩種方法的有機(jī)結(jié)合，它集結(jié)了二者的優(yōu)點(diǎn)。光電結(jié)合處理是今后圖像處理的開展方向，也是一個(gè)值得關(guān)注的研究方向。 圖像的表示圖像的數(shù)學(xué)表示：一幅圖像所包含的信息首先表現(xiàn)為光的強(qiáng)度intensity,即一幅圖像可看成是空間各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)上的光強(qiáng)度I 的集合，其普遍數(shù)學(xué)表達(dá)式為： I = f (x，y，z，t) 式中(x,y,z)是空間坐標(biāo)， 是波長(zhǎng)，t是時(shí)間，I是光點(diǎn)(x,y,z)的強(qiáng)度幅度。 上

4、式表示一幅運(yùn)動(dòng)的(t)、彩色/多光譜的( )、立體的(x,y,z)圖像。1.1 圖像和圖像處理1.1 圖像和圖像處理 靜止圖像，與時(shí)間t無(wú)關(guān)；單色圖像也稱灰度圖像，波長(zhǎng)為一常數(shù)；平面圖像，那么與坐標(biāo)z無(wú)關(guān)。 即在每一種情況下，圖像的表示可省略掉一維，即 1 靜止圖像： I = fx，y，z, 2 灰度圖像： I = fx，y，z，t 3 平面圖像： I = fx，y,t 而對(duì)于平面上的靜止灰度圖像，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可簡(jiǎn)化為： I = fx，y 1.1 圖像和圖像處理 運(yùn)動(dòng)圖像可用靜止圖像序列表示，彩色圖像可分解成三基色圖像，三維圖像可由二維重建。因此本書主要針對(duì)平面上的靜止灰度圖像進(jìn)展闡述。 圖像

5、的特點(diǎn)：1空間有界:人的視野有限，一幅圖像的大小也有限。 2幅度強(qiáng)度有限 ：即對(duì)于所有的x，y都有 0f(x,y) Bm 其中Bm為有限值 。 數(shù)字圖像處理的根本步驟 圖像信息的獲取：采用圖像掃描儀等將圖像數(shù)字化。 圖像信息的存儲(chǔ)：對(duì)獲取的數(shù)字圖像、處理過程中的圖像信息以及處理結(jié)果存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)中。 圖像信息的處理：即數(shù)字圖像處理，它是指用數(shù)字計(jì)算機(jī) 或數(shù)字系統(tǒng)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)展的各種處理 。 圖像信息的傳輸：要解決的主要問題是傳輸信道和數(shù)據(jù)量的矛盾問題，一方面要改善傳輸信道，進(jìn)步傳輸速率，另外要對(duì)傳輸?shù)膱D像信息進(jìn)展壓縮編碼，以減少描繪圖像信息的數(shù)據(jù)量。 圖像信息的輸出和顯示：用可視的方法

6、進(jìn)展輸出和顯示。1.2 數(shù)字圖像處理的步驟和方法 數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法 圖像數(shù)字化：將非數(shù)字形式的圖像信號(hào)通過數(shù)字化設(shè)備 轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，包括采樣和量化。 圖像變換：對(duì)圖像信息進(jìn)展變換以便于在頻域?qū)D像進(jìn)展更有效的處理。 圖像增強(qiáng)：增強(qiáng)圖像中的有用信息，削弱干擾和噪聲，進(jìn)步圖像的明晰度，突出圖像中所感興趣的局部。 圖像恢復(fù)復(fù)原：對(duì)退化的圖像進(jìn)展處理，使處理后的圖像盡可能地接近原始明晰圖像。 1.2 數(shù)字圖像處理的步驟和方法 圖像壓縮編碼：對(duì)待處理圖像進(jìn)展壓縮編碼以減少描繪圖像的數(shù)據(jù)量。 圖像分割：根據(jù)選定的特征將圖像劃分成假設(shè)干個(gè)有意義的局部，這些選定的特征包括圖像的邊緣、區(qū)域等。 圖像分

7、析與描繪：主要是對(duì)已經(jīng)分割的或正在分割的圖像各局部的屬性及各局部之間的關(guān)系進(jìn)展分析表述。 圖像識(shí)別分類：根據(jù)從圖像中提取的各目的物的特征，與目的物固有的特征進(jìn)展匹配、識(shí)別，以作出對(duì)各目的物類屬的判別。1.2 數(shù)字圖像處理的步驟和方法 一個(gè)根本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像輸入、圖像存儲(chǔ)、圖像通信、圖像處理和分析五個(gè)模塊組成。如以以下圖所示：1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成 數(shù)字圖像輸入模塊：也稱圖像采集或圖像數(shù)字化，是利用圖像采集設(shè)備數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等來(lái)獲取數(shù)字圖像，或通過數(shù)字化設(shè)備如圖像掃描儀將要處理的連續(xù)圖像轉(zhuǎn)換成適于計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字圖像。 數(shù)字圖像存儲(chǔ)模塊：用于圖像處理和分析的數(shù)字圖像存儲(chǔ)器

8、可分為三類：處理和分析過程中使用的快速存儲(chǔ)器；在線或聯(lián)機(jī)存儲(chǔ)器；不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫(kù)檔案庫(kù)存儲(chǔ)器。如計(jì)算機(jī)內(nèi)存、硬盤、軟盤、閃存盤、CD光盤、DVD光盤等。 1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成 1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成 數(shù)字圖像輸出模塊：在圖像分析、識(shí)別和理解中，一般需要將處理前后的圖像顯示出來(lái)，或?qū)⑻幚斫Y(jié)果永久保存。前者稱為軟拷貝或顯示，使用設(shè)備包括CRT顯示器、液晶顯示器和投影儀等。后者稱為硬拷貝，使用設(shè)備包括照相機(jī)、激光拷貝和打印機(jī)等。 數(shù)字圖像通信模塊：對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)展傳輸和通信。由于圖像數(shù)據(jù)量很大，而能提供通信的信道傳輸率又有限，因此傳輸前必須對(duì)表示圖像信息的數(shù)據(jù)進(jìn)展壓縮編碼，以減少圖

9、像數(shù)據(jù)量。 數(shù)字圖像處理與分析模塊：包括處理算法、實(shí)現(xiàn)軟件和計(jì)算機(jī)，一般包括下面三種形式：通用圖像處理：適用于功能要求靈敏，圖像數(shù)據(jù)量大，但實(shí)時(shí)性要求不高的圖像處理與分析算法，也可輔之于方便靈敏的操作界面。專用圖像處理系統(tǒng)：對(duì)于象CT、核磁共振、彩色B超、機(jī)場(chǎng)安檢等專用影像處理，可采用能滿足實(shí)際應(yīng)用的專用計(jì)算機(jī)和專用圖像處理算法等，來(lái)構(gòu)成專用圖像處理系統(tǒng)。圖像處理芯片：將許多圖像處理功能集成在一個(gè)很小的芯片上，形成專用或通用的圖像處理芯片 。 1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成 1.4 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用 宇宙探測(cè)中的應(yīng)用：主要是星體圖片的獲取、傳送和處理。 通信方面的應(yīng)用：圖像信息傳輸、電視

10、 、衛(wèi)星通信、數(shù)字 等。主要是壓縮圖像數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)圖像序列傳送 。 遙感方面的應(yīng)用：航空遙感和衛(wèi)星遙感，地形、地質(zhì)、資源的勘測(cè)，自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和調(diào)查，環(huán)境監(jiān)測(cè)、調(diào)查等 。 生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用：細(xì)胞分析、染色體分類、放射圖像處理、血球分類、各種CT、核磁共振圖像分析、DNA顯示分析、顯微圖像處理、癌細(xì)胞識(shí)別、心臟活動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析、超聲圖像成像、生物進(jìn)化的圖像分析等等 。 1.4 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用 軍事公安方面的應(yīng)用： 軍事：軍事目的的偵察和探測(cè)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、各種偵察圖像的判讀和識(shí)別，雷達(dá)、聲納圖像處理、指揮自動(dòng)化系統(tǒng)等 。 公安：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景照片、指紋、足跡的分析與鑒別，人像、印章、手跡的識(shí)別與分析，集裝箱內(nèi)物品的核輻射成像檢測(cè)，人隨身攜帶物品的X射線檢查等 。 1.4 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用 工業(yè)消費(fèi)的應(yīng)用: 將CAD和CAM技術(shù)應(yīng)用于磨具和零件優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造、印制板質(zhì)量和缺陷的檢測(cè)、無(wú)損探傷、石油氣勘測(cè)、交通管制和機(jī)場(chǎng)監(jiān)控、紡織物的圖案設(shè)計(jì)、光的彈性場(chǎng)分析、運(yùn)開工具的視覺反響控制、流水線零件的自動(dòng)監(jiān)測(cè)識(shí)別、郵件自動(dòng)分揀和包裹的自動(dòng)分揀識(shí)別等 。 天氣預(yù)報(bào):天氣云圖測(cè)繪、傳輸，氣象衛(wèi)星云圖的處理和識(shí)別等 。 考古：珍貴文物圖片、名畫、壁畫的輔助恢復(fù)。 1.4 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用