數(shù)字圖像處理-1-緒論第一頁，共71頁。

課程性質(zhì)和任務(wù)①了解數(shù)字圖像的基本概念及形成原理；②掌握數(shù)字圖像處理的理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法；③著重掌握數(shù)字圖像的增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮等技術(shù)方法。第二頁，共71頁。

教材

數(shù)字圖像處理（第三版），岡薩雷斯著，阮秋琦譯電子工業(yè)出版社2011年11月參考書：

圖像工程（上冊(cè)）：圖像處理（第3版），章毓晉，清華大學(xué)出版社，2012年2月；第三頁，共71頁。教學(xué)輔助工具（Matlab）考核方式

平時(shí)成績(jī)（包括出勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)）：占40-50％；

考試成績(jī)：占50-60％；第四頁，共71頁。內(nèi)容提要第1、2章緒論、圖像處理的基本概念第3、4章空域和頻域變換第5章圖像復(fù)原與重建第6章彩色圖像處理第7章小波和多分辨率處理第8章圖像壓縮第9章形態(tài)學(xué)處理第10章圖像分割第11章表示和描述第12章目標(biāo)識(shí)別第五頁，共71頁。第1章緒論

數(shù)字圖像處理的概念數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例數(shù)字圖像處理的基本步驟數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成目的

1.要求學(xué)生了解數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容及相關(guān)知識(shí)，熟悉數(shù)字圖像處理與其他學(xué)科的關(guān)系；

2.重點(diǎn)掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、系統(tǒng)組成、特點(diǎn)及應(yīng)用。本章要點(diǎn)第六頁，共71頁。（1）圖像1.1基本概念灰度（單色）圖像彩色圖像1.圖像和圖像處理

第七頁，共71頁。模擬圖像和數(shù)字圖像

1)模擬圖像模擬圖像可用連續(xù)函數(shù)來描述。

其特點(diǎn)：光照位置和光照強(qiáng)度均為連續(xù)變化的。2)數(shù)字圖像可用矩陣或數(shù)組來描述像素或像元的屬性：空間位置和灰度。第八頁，共71頁?？臻g采樣模擬圖像數(shù)字圖像(2)數(shù)字圖像亮度量化空間坐標(biāo)和灰度（亮度）均用離散的數(shù)字（一般是整數(shù)）表示的圖像?；驹胤Q為象素（Pixel）1.圖像和圖像處理

第九頁，共71頁。就是對(duì)圖像信息進(jìn)行加工處理和分析，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。1.圖像和圖像處理

(3)圖像處理(imageprocessing)數(shù)字圖像處理：即利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理。優(yōu)點(diǎn)：精度高、再現(xiàn)性好、方法易變、靈活度高。缺點(diǎn)：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。第十頁，共71頁。c.高級(jí)處理（圖像理解）：研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和其相互關(guān)系，理解圖像的含義(如無人駕駛，自動(dòng)機(jī)器人)。a.低級(jí)處理：對(duì)圖像進(jìn)行各種加工以改善圖像的效果，為圖像分析做準(zhǔn)備。（如圖像縮放、圖像平滑）圖像圖像。（）b.中級(jí)處理（圖像分析）：對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量(特征提取)，以獲得客觀的信息。（如區(qū)域分割、邊界檢測(cè)）.圖像數(shù)據(jù)（）圖像處理的三個(gè)層次(3)圖像處理(imageprocessing)第十一頁，共71頁。簡(jiǎn)單的點(diǎn)運(yùn)算（低級(jí)處理）1.圖像和圖像處理

a.圖像處理事例一圖像圖像第十二頁，共71頁。去除噪聲（低級(jí)處理）a.圖像處理事例二1.圖像和圖像處理

圖像圖像第十三頁，共71頁。圖像的增強(qiáng)（低級(jí)處理）a.圖像處理事例三1.圖像和圖像處理

圖像圖像第十四頁，共71頁。圖像的分割（中級(jí)處理）b.圖像分析事例1.圖像和圖像處理

心腔容積的大小圖像數(shù)據(jù)第十五頁，共71頁。人臉跟蹤與識(shí)別（高級(jí)處理）c.圖像理解事例1.圖像和圖像處理

第十六頁，共71頁。1.2 數(shù)字圖像處理的起源與發(fā)展1.20世紀(jì)20年代第一次通過海底電纜傳輸圖像

1921年用電報(bào)打印機(jī)采用特殊字符在編碼紙帶中產(chǎn)生的圖像1922年在信號(hào)兩次穿越大西洋后，從穿孔紙帶得到的數(shù)字圖像美國將軍潘興和法國元帥福熙的照片，該照片未加修飾，是在1929年從倫敦到紐約使用15級(jí)色調(diào)設(shè)備通過電纜傳送的第十七頁，共71頁。數(shù)字圖像處理的起源與發(fā)展2.20世紀(jì)60年代早期第一臺(tái)執(zhí)行有意義的圖像處理任務(wù)的大型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，空間項(xiàng)目開發(fā)利用計(jì)算機(jī)改善空間探測(cè)器發(fā)回的圖像工作美國航天器傳送的第一張?jiān)虑蛘掌?，“旅行?號(hào)”衛(wèi)星1964年7月31日9點(diǎn)09分（東部白天時(shí)間）在光線影響月球表面17分鐘時(shí)攝取的圖像第十八頁，共71頁。3.20世紀(jì)60年代末、70年代初開始用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感、天文學(xué)等領(lǐng)域計(jì)算機(jī)軸向斷層術(shù)(CAT,CT)獲諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

胸部X射線圖像頭部CT圖像數(shù)字圖像處理的起源與發(fā)展第十九頁，共71頁。4.至今廣泛用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)、地理學(xué)、考古學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域太空技術(shù)：航天技術(shù)、空間防御、天文學(xué)生物科學(xué)：生物學(xué)和醫(yī)學(xué)刑事/物證：指紋、人臉分析國防：軍事探測(cè)工業(yè)應(yīng)用：產(chǎn)品檢測(cè)日常生活應(yīng)用：照片編輯、影視制作5.利用圖像處理技術(shù)幫助解決機(jī)器感知問題

數(shù)字圖像處理的起源與發(fā)展第二十頁，共71頁。

根據(jù)信息源分類（電磁波譜）

根據(jù)光子能量排布的電磁波譜1.3 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第二十一頁，共71頁。

根據(jù)信息源分類（電磁波譜）

根據(jù)光子能量排布的電磁波譜1.3 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第二十二頁，共71頁。Gamma射線骨骼掃描PET圖像天鵝星座環(huán)來自反應(yīng)器電子管的伽馬輻射數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例abcd第二十三頁，共71頁。X射線

（a）胸部X射線圖像（b）主動(dòng)脈造影圖像（c）頭部CT（d）電路板（e）天鵝星座環(huán)數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例abdce第二十四頁，共71頁。紫外線成像

(1)普通谷物(2)被真菌感染的谷物(3)天鵝星座環(huán)數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例abc第二十五頁，共71頁?？梢姽馀c紅外波段成像

利用可見光顯微鏡獲取的圖像(1)紫杉酚250倍(2)膽固醇40倍(3)微處理器60倍(4)鎳氫化物薄片1750倍(5)有機(jī)超導(dǎo)450倍數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例abcdef第二十六頁，共71頁?？梢姽馀c紅外波段成像

利用圖像處理技術(shù)檢測(cè)產(chǎn)品(a)電路板(b)封裝的丸劑(c)瓶子(d)清潔塑料上的氣泡(e)谷物

數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例abcdef第二十七頁，共71頁?？梢姽馀c紅外波段成像(a)指紋(b)紙幣(c-d)自動(dòng)讀取牌照數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例abcd第二十八頁，共71頁?？梢姽馀c紅外波段成像

數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第二十九頁，共71頁。紅外線成像(Infrafredimages)Humanbodydispersesheat(redpixels)Differentcolorsindicatevaryingtemperatures紅外線頻率數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第三十頁，共71頁。數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例微波波段成像第三十一頁，共71頁。微波段成像（雷達(dá)）不受氣候、光照條件影響，可以穿透云層，通過植被、冰層和極干燥地區(qū)西藏東南山區(qū)航天器拍攝的雷達(dá)圖像數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第三十二頁，共71頁。數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第三十三頁，共71頁。

數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第三十四頁，共71頁。(a)膝蓋(b)脊椎磁共振成像(MRI)數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例無線電波段成像

ab第三十五頁，共71頁。abcde覆蓋電磁波譜的蟹狀脈沖星圖像(a)伽馬(b)X射線(c)可見光(d)紅外(e)無線電波第三十六頁，共71頁。其他圖像成像方式聲波成像

地震模型橫截面圖像，箭頭指示碳?xì)浠衔飻?shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第三十七頁，共71頁。其他圖像成像方式超聲波成像

(a)胎兒(b)胎兒另一側(cè)(c)甲狀腺(d)肌肉層有損害數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例abcd第三十八頁，共71頁。其他圖像成像方式電子顯微鏡成像

(a)過熱損壞的鎢絲250倍(b)損壞的集成電路2500倍數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例ab第三十九頁，共71頁。其他圖像成像方式計(jì)算機(jī)合成(a)和(b)分形圖像(c)和(d)從顯示物體的三維計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生的圖像數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例abcd第四十頁，共71頁。數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第四十一頁，共71頁。

數(shù)字圖像處理的應(yīng)用實(shí)例第四十二頁，共71頁。1.4 數(shù)字圖像處理流程第四十三頁，共71頁。圖像增強(qiáng)－主觀圖像增強(qiáng)的目的是突出圖像中（主觀）感興趣的部分，而減弱或去除不需要的信息，從而使有用信息得到加強(qiáng)，便于區(qū)分或解釋。圖像處理的基本內(nèi)容ab第四十四頁，共71頁。圖像恢復(fù)—客觀圖像恢復(fù)處理的主要目的是去掉干擾和模糊，恢復(fù)圖像的本來面目。典型的例子如去噪就屬于復(fù)原處理原始圖像模糊圖像復(fù)原圖像圖像處理的基本內(nèi)容第四十五頁，共71頁。圖像分割將圖像中包含的物體，按其灰度或幾何特性等劃分為若干個(gè)有意義的區(qū)域的技術(shù)成為圖像分割。圖像處理的基本內(nèi)容第四十六頁，共71頁。以指紋識(shí)別系統(tǒng)為例原始灰度圖像去除噪聲增強(qiáng)對(duì)比度二值化細(xì)化特征提取指紋的識(shí)別指紋識(shí)別系統(tǒng)的處理流程輸出結(jié)果預(yù)處理圖像分割表示與描述數(shù)字圖像處理流程第四十七頁，共71頁。1.5數(shù)字圖象處理系統(tǒng)的組成

由圖像輸入、圖像存儲(chǔ)、圖像通信、圖像處理和分析、圖像輸出

五個(gè)模塊組成。第四十八頁，共71頁。第四十九頁，共71頁。了解圖像及圖像處理的概念了解圖像的表達(dá)方法了解圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成了解數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用。本章要求：思考：1.請(qǐng)說明圖像數(shù)學(xué)表達(dá)式f(x,y)中各參數(shù)的含義2.一個(gè)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由哪幾個(gè)模塊組成？試說明各模塊的作用第五十頁，共71頁。（1）預(yù)處理改善圖象的質(zhì)量，為后續(xù)處理作好準(zhǔn)備e.g. 濾除噪聲（removingnoise）增強(qiáng)對(duì)比度（enhancingcontrast）

圖像增強(qiáng)后圖像增強(qiáng)前指紋識(shí)別系統(tǒng)的處理流程第五十一頁，共71頁。（2）分割把一幅圖象劃分成背景和目標(biāo)，非常重要但也很困難二值化細(xì)化預(yù)處理后的圖像指紋識(shí)別系統(tǒng)的處理流程第五十二頁，共71頁。（3）特征提取(表示與描述)（4）指紋識(shí)別（匹配）+知識(shí)庫（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）指紋識(shí)別系統(tǒng)的處理流程第五十三頁，共71頁。第五十四頁，共71頁。人們對(duì)自己的認(rèn)識(shí)進(jìn)程第五十五頁，共71頁。1901年獲首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)由于未知這種射線，稱為X射線。X-射線1895年，德國物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線管的過程中，發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強(qiáng)的射線。第五十六頁，共71頁。X射線的基本特征X射線的本質(zhì):X線是從原子內(nèi)部發(fā)射出來的波長(zhǎng)很短(0.0006~50nm)的高能量的光子流。它的波長(zhǎng)介于紫外線與?射線之間，X線診斷常用的波長(zhǎng)為0.008~0.031nm。

X線是電磁波，具有一定的波長(zhǎng)和頻率，具有波粒二象性，X線成像利用了它與物質(zhì)相互作用時(shí)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，突出了微粒性。第五十七頁，共71頁?；瘜W(xué)效應(yīng)：射線使多種物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使照相底片感光。X射線攝影的基礎(chǔ)。生物效應(yīng)：射線照射使生物體發(fā)生電離和激發(fā)，引起一系列生理、病理變化。放射治療。同時(shí)要注重防護(hù)射線。3.電離作用：射線使物質(zhì)原子、分子發(fā)生電離。

測(cè)量

X射線的基礎(chǔ)。2.熒光作用：射線照射使物質(zhì)發(fā)出熒光,在醫(yī)學(xué)上用于透視

。1.貫穿本領(lǐng)：射線能夠穿透物質(zhì)。物理效應(yīng)：X射線的性質(zhì)第五十八頁，共71頁。X射線產(chǎn)生的兩個(gè)基本條件:1).高速運(yùn)動(dòng)的電子流；2).阻止電子運(yùn)動(dòng)的適當(dāng)?shù)恼系K物(靶)。X射線的產(chǎn)生第五十九頁，共71頁。

X射線管的構(gòu)造：外殼：硬質(zhì)玻璃管，高真空。陰極：電子源，發(fā)射電子流（鎢絲）。陽極：靶，受高速電子轟擊而輻射X射線。陰極陽極+金屬靶電子束高能X射線X射線產(chǎn)生裝置X射線在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：透視、攝影、X-CT、治療等。第六十頁，共71頁。X射線按硬度分類名稱管電壓(kV)最短波長(zhǎng)(nm)主要用途極軟X射線5~200.25~0.062軟組織攝影等軟X射線20~1000.062~0.012透視和攝影硬X射線100~2500.012~0.005較深組織治療極硬X射線250以上0.005以下深部組織治療X射線的強(qiáng)度與硬度X線X線硬度比較：B束大于A束實(shí)質(zhì)：能量大的光子被物質(zhì)吸收少，其貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，相應(yīng)的射線硬度大。A束B束醫(yī)學(xué)上常用管電壓的千伏數(shù)（kV）表示X線硬度。X射線的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于射線方向的單位面積的輻射能量；

X射線的硬度指X射線的貫穿本領(lǐng)，它只取決于X射線的波長(zhǎng)，即光子的能量，與光子數(shù)目無關(guān)。通常用管電壓的千伏數(shù)(kV)來表示X射線的硬度。

第六十一頁，共71頁。1.X射線透視熒光透視（fluoroscopy）：簡(jiǎn)稱透視。強(qiáng)度均勻的X射線投照人體,由于人體內(nèi)不同部分對(duì)射線衰減不同,使透過人體的射線強(qiáng)度不均勻,投射到熒光屏后顯示出明暗不同的熒光圖像。X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用——診斷第六十二頁，共71頁。2.X線攝影X射線透過人體后投射到照相底片上，底片感光顯像后可觀測(cè)到明暗不同的圖像。X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用——診斷第六十三頁，共71頁。3.X射線造影術(shù)：給器官或病灶注射衰減系數(shù)較大或較小的物質(zhì)來增加它與周圍組織的對(duì)比以便清晰顯像。粘膜相(造影前)充盈相(造影后)鋇灌腸X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用——診斷第六十四頁，共71頁。4.數(shù)字減影血管造影(DSA):

通過圖像處理器將“原像”和“造影像”相減,從造影像中減去原像,使造影的血管圖像保留下來而減影除去無關(guān)的組織影像。X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用——診斷血管造影前血管數(shù)字減影處理后血管造影后第六十五頁，共71頁。

應(yīng)用物理技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理，測(cè)定X射線的衰減系數(shù)在人體中某斷層面上的二維分布矩陣，利用圖像重建原理,獲得該斷層面圖像。5.X射線計(jì)算機(jī)斷層成像（X-CT，

X-raycomputedtomography)：X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用——診斷第