第三講圖像處理與機器視覺第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.1基本概念(1)圖像(視覺)信息的重要性人類可獲信息的75%以上為視覺(圖像)信息,“百聞不如一見”。(2)圖像處理技術的類別

1)模擬圖像處理:包括光學處理和電子處理,如照相、電視圖像處理等。優(yōu)點:速度快(實時),缺點:精度差、靈活性差。

2)數(shù)字圖像處理:計算機或實時硬件處理，如CT圖像處理等。優(yōu)點：精度高、靈活性好、處理內容豐富。缺點：處理速度受限制。(3)機器視覺用計算機來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的科學和技術．機器視覺系統(tǒng)的首要目標是用圖像創(chuàng)建或恢復現(xiàn)實世界模型，然后認知現(xiàn)實世界．第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.2圖像的模型與表達(1)由模擬圖像到數(shù)字圖像的轉換采樣：將圖象分成離散的（橫豎均勻的）網(wǎng)格點。量化：將圖象上各個網(wǎng)格點的黑白及色彩程度做數(shù)字量化。如：256級，由0到255，亮度從黑到白變化。(2)數(shù)字圖像模型一幅(幀)數(shù)字圖象可用如下模型描述其對應的矩陣模型為其中代表在坐標處的象素色彩或灰度值。第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.3圖像處理的基本算子舉例

（1）像素點運算算子1）點運算（Pointoperation）：B(i,j)=f[A(i,j)]

例：線性點運算

DB=f(DA)=aDA+ba>1:對比度增強;0<a<1:對比度減弱a=1&b0:灰度偏移;a<0:對比度倒向.2）代數(shù)運算（Algebraicoperation）C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)：降噪平均；雙暴光效應等。C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)：背景消減；運動檢測等。3）幾何運算（Geometricoperation）●平移●旋轉第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一示例原圖旋轉(300)

平移尺度變化(60%)第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一（2）鄰域算子像素的連通性

:

對于像素

P(x,y)

4-neighbours:N4(P)={(x+1,y),(x-1,y),(x,y+1),(x,y-1)}8-neighbours:N8(P)=N4(P){(x+1,y+1),(x+1,y-1), (x-1,y+1),(x-1,y-1)}第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.4圖像處理的類別和特點★圖像處理的類別（1）圖像預處理——改善象質，以便于目視判讀。校正技術：對形狀變形的圖象進行幾何校正、輻射校正。增強技術：去除干擾，突出主要特征，包括：平滑與銳化技術?；謴图夹g：1）去除噪音干擾，恢復原圖像；2）運動模糊圖像、退化圖像的恢復、相位恢復等。（2）圖像分析：圖像分割，紋理分析，平面幾何參數(shù)，三維參數(shù)測量技術等。（3）圖像編碼與壓縮：PCM（脈沖編碼調制），統(tǒng)計編碼，預測編碼，變換編碼,無損壓縮,有損編碼等；圖像編碼的國際標準,圖像壓縮的國際標準。第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.4圖像處理的類別和特點（4）圖像重建：基于變換的重建，卷積法重建，代數(shù)重建，重建的優(yōu)化。（5）圖像修復：平滑修復，基于總變分（TV）的修復，基于PDE的修復等。（6）圖像識別：模式識別與景物分析

★圖像處理的特點：（1）再現(xiàn)性好：數(shù)字圖像可多次拷貝，不失真，不退化。（2）精度高：采樣量化一定，多次處理可保精度。（3）適用面寬：可處理抽象數(shù)據(jù)、可做非線性處理（光學處理多為線性處理）第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.5圖像處理的應用領域概說森林覆蓋計算，農作物估產(chǎn)，水質及大氣污染調查。資源勘探，地圖繪制，地理信息系統(tǒng)（GIS）。森林火災監(jiān)護－－客觀反映火災情況、面積。魚群探查，海洋污染檢測；河流分布，水利及水害調查。軍事偵察，導彈制導，電子沙盤，軍事訓練等。身份認證：指紋、掌紋、虹膜等識別。醫(yī)學應用：CT、MRI、血管造影、紅外乳腺、顯微病理、電子顯微鏡、遠程醫(yī)療圖像、皮膚圖象、X線、γ刀與χ刀腦外科等都離不開圖像。工業(yè)圖像：X線控探傷（軸）、X線檢察、三維測量（定位、形狀測量）機器人視覺、商檢。民用：數(shù)碼相機、數(shù)字視頻、照片掃描等。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.6圖像處理的典型示例

(1)去噪處理的效果第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.6圖像處理的典型示例

(1)去噪處理的效果ImageDenoisingBasedonPDEMethod第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.6圖像處理的典型示例

(1)去噪處理的效果第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.6圖像處理的典型示例

(2)去模糊處理的效果第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.6圖像處理的典型示例

(2)去模糊處理的效果第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.7機器(計算機)視覺系統(tǒng)

視覺系統(tǒng)的功能結構機器(計算機)視覺要達到的三個基本目的：(1)根據(jù)一幅或多幅二維投影圖象計算出觀察點到目標物體的距離;(2)根據(jù)一幅或多幅二維投影圖象計算出目標物體的運動參數(shù)；(3)根據(jù)一幅或多幅二維投影圖象計算出目標物體的表面物理特性。要達到的最終目的是實現(xiàn)對于三維景物世界的理解,即實現(xiàn)人的視覺系統(tǒng)的某些功能。機器(計算機)視覺研究的本質問題——

利用二維投影圖象來重構三維物體的可視部分。第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一視覺系統(tǒng)研究的三個層次計算理論層次信息處理的計算理論：對什么信息進行計算和為什么要進行這些計算。表達（representation）與算法層次

表達:能把某種實體或某幾類信息表達清楚的形式化模型和/或系統(tǒng)。算法:如何進行所要求的計算，需要設計特定的算法。硬件實現(xiàn)層次完成某特定算法的計算機構或系統(tǒng)。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一視覺信息處理的三個階段按視覺信息的表示，可將視覺信息處理分為三個階段

1、初始簡圖（primalsketch）檢測亮度的變化，表示并分析局部的幾何結構，以及檢測光源、強光部和透明度等照明效應等，這一步得到的表示稱為初始簡圖。未處理的初始簡圖：邊緣、線、點等基元圖。完全的初始簡圖：對原始的基元進行選擇、聚合和概括等過程來構成更大更為抽象的標記。2、2.5維簡圖建立包括表面朝向，觀察者的距離，以及朝向和距離的不連續(xù)性，表面的反射情況，以及對主要照明情況的某種粗略的描述。初始簡圖和2.5維簡圖都是在以觀察者為中心的坐標系中構成的。3、三維模型被觀察形狀的三維結構組織在以物體為中心的坐標系中的表示，以及在這種坐標系下對物體表面性質的一些描述。第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.8機器(計算機)視覺技術的應用舉例

工業(yè)領域（生產(chǎn)裝配、質量檢驗）機器人（星球探測機器人）遙感圖像分析（植被分析）醫(yī)學圖像分析（骨骼定位）安全鑒別、監(jiān)視與跟蹤（門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控）國防系統(tǒng)（目標自動識別與目標跟蹤）圖像與視頻檢索（基于內容的檢索）文物保護（數(shù)字博物館）其他（游戲、動畫、體育、人機交互）…………第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.9機器(計算機)視覺技術的典型應用示例

火星車第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.9機器(計算機)視覺技術的典型應用示例CMU月球探測實驗車Nomad漫游者第21頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§3.10可以涉獵的書刊[1]阮秋琦，數(shù)字圖像處理學，電子工業(yè)出版社，2003年[2]岡薩雷斯，數(shù)字圖像處理，阮秋琦等譯，電子工業(yè)出版社，

2003年[3]HenriMaitre，現(xiàn)代數(shù)字圖像處理，孫洪譯，電子工業(yè)出版社，2006年[4]張廣軍，機器視覺，科學出版社，2005年