數(shù)字圖像處理

主講教師吳凡數(shù)字圖像處理教材圖像處理和分析技術(shù)第二版章毓晉，高等教育出版社數(shù)字圖像處理提綱圖像技術(shù)基礎(chǔ)圖像增強技術(shù)圖像變換技術(shù)圖像編碼技術(shù)圖像分割技術(shù)目標表達和描述技術(shù)第一章圖像技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字圖像處理簡介圖像與像素像素間的聯(lián)系圖像坐標變換采樣和量化1.數(shù)字圖像處理簡介什么是圖像幾個當(dāng)今熱點的研究方向圖像處理的應(yīng)用圖像工程相關(guān)學(xué)科數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要圖像處理主要研究內(nèi)容圖像處理特點什么是圖像圖像（image)：用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產(chǎn)生視知覺的實體圖像和信息： 人類從外界（客觀世界）獲得的信息約有 75%來自視覺系統(tǒng)

數(shù)字圖像處理： 信息化的發(fā)展，一方面要求處理對象的數(shù)字化，一 方面要求處理時的直觀性----數(shù)字圖像處理1）因特網(wǎng)上的圖像檢索2）圖像的傳輸3）圖像的安全技術(shù)4）圖像的處理技術(shù)5）圖像的自動識別6）基于圖像的檢測手段7）其它視頻方面的研究與需求幾個當(dāng)今熱點的研究方向圖像處理的應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué)、遙感、工業(yè)、軍事、電信、公安等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)：顯微鏡圖像分析,利用電磁波譜成像分析系統(tǒng)診斷病情。如CT及核磁共振、超聲波、X射線成像分析等。遙感：農(nóng)、林等資源的調(diào)查，農(nóng)作物長勢監(jiān)測，自然災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報，地勢、地貌測繪以及地質(zhì)構(gòu)造解譯、找礦，環(huán)境污染檢測等等。圖像處理的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)：無損探傷，石油勘探，生產(chǎn)過程自動化（識別零件，裝配質(zhì)量檢查），工業(yè)機器人研制等。軍事：航空及衛(wèi)星偵察照片的測繪、判讀，雷達、聲納圖像處理，導(dǎo)彈制導(dǎo)，軍事仿真，無人駕駛飛行等。圖像處理的應(yīng)用

通信：圖像傳真，可視電話，衛(wèi)星通訊，數(shù)字電視等。公安：指紋識別，印簽、偽鈔識別，安檢，手跡、印記鑒別分析等。圖像處理的應(yīng)用

氣象預(yù)報：獲取氣象云圖進行測繪、判讀等。風(fēng)云1號風(fēng)云2號圖像處理的應(yīng)用

圖像工程圖像工程根據(jù)抽象程度不同可分為三個層次：狹義圖像處理、圖像分析和圖像理解。相關(guān)學(xué)科

計算機圖形學(xué)

用計算機將由概念所表示的物體（不是實物）圖像進行處理和顯示。側(cè)重于根據(jù)給定的物體描述模型、光照及想象中的攝像機的成像幾何，生成一幅圖像。模式識別模式識別是對表征事物或現(xiàn)象的各種形式的信息進行處理和分析以對事物或現(xiàn)象進行描述、辨認、分類和解釋的過程。計算機視覺

計算機視覺的目的是發(fā)展出能夠理解自然景物的系統(tǒng)。在機器人領(lǐng)域中，計算機視覺為機器人提供眼睛的功能。相關(guān)學(xué)科計算機圖形學(xué)是從非圖像行使的數(shù)據(jù)描述生成圖像，其實就是和圖像分析對調(diào)。模式識別是把圖像分解成可用符號較抽象地描述的類別。計算機視覺主要強調(diào)用計算機實現(xiàn)人的視覺功能。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要對象物光光源攝像單元A/D轉(zhuǎn)換單元圖像存儲單元計算機數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由硬件和軟件組成采集顯示存儲通信主機圖像處理軟件a.CCD（ChargeCoupledDevice）工作原理：將光能量轉(zhuǎn)換為電荷，并將轉(zhuǎn)換得到的電荷進行存儲。CCD傳感器分為線陣式和陣列式兩種，具有代表性的產(chǎn)品分別有掃描儀和數(shù)碼相機。1圖像采集模塊采集裝置都包括下面兩個部件

光敏感器件

模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要b.CMOS傳感器(ComplementaryMetalOxideSemiconductor

)c.CCD與CMOS比較CCD每曝光一次，在快門關(guān)閉后進行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個像素的電荷信號依序傳入“緩沖器”中，由底端的線路引導(dǎo)輸出至CCD旁的放大器進行放大，再串聯(lián)ADC輸出。相對地，CMOS的設(shè)計中每個像素旁就直接連著ADC（放大兼類比數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器），訊號直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號CMOS速度快,CCD耗電量大，噪音對CMOS的影響會較CCD大，不過CMOS在消噪方面取得不錯的發(fā)展。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要2圖像顯示模塊

a.顯示設(shè)備：掃描儀、CRT顯示器,LCD,LED

b.圖像輸出

半調(diào)輸出(halftoning):

在每個像素位置打印一個其尺寸反比于改像素灰度的黑點，即在亮的圖像區(qū)域打印的點小，而在暗的圖像區(qū)域打印的點大。利用人眼的集成特性，得到比較連續(xù)平滑的灰度圖像。

抖動技術(shù)(dithering)：對原始圖像加一個隨機的小噪聲，以幫助消除量化不足而導(dǎo)致的圖像中出現(xiàn)的虛假輪廓現(xiàn)象。通過變動圖像的幅度值來改善量化過粗圖像的顯示質(zhì)量。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要3 圖像存儲模塊常用硬盤、軟盤、U盤、活動硬盤、光盤、磁帶等在海量圖像存儲備份系統(tǒng)中，采用磁盤陣列、磁帶庫、光盤塔等存儲設(shè)備。圖像格式

BMP:位圖，是Windows操作系統(tǒng)中的標準圖像文件格式。包含圖像信息豐富，有壓縮和非壓縮兩種。

GIF:為了交換圖片而產(chǎn)生，特點是壓縮比較高，可存儲單幅和多幅圖像。但最多只能存儲256色圖像。TIFF:獨立于操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的格式，特點是圖像格式復(fù)雜、存儲的圖像細微層次的信息多，圖像質(zhì)量得以提高。有壓縮和非壓縮兩種。JPEG:用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，獲取得極高的壓縮率的同時能展現(xiàn)十分豐富生動的圖像，用較少的磁盤空間得到較好的圖像質(zhì)量。4圖像通信模塊圖像通信就是把圖像傳送到遠方終端。按傳輸圖像種類分為靜止圖像通信，如電報、傳真等活動圖像通信，如電視、可視電話等。5主機以微機或工作站為主，配以圖像卡和外設(shè)構(gòu)成微型圖像處理系統(tǒng)6圖像處理和分析模塊由系統(tǒng)管理、圖像數(shù)據(jù)管理和圖像處理模塊三部分組成。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要圖像處理主要研究內(nèi)容1圖像的采集和數(shù)字化

如何將一幅光學(xué)圖像表示成一組數(shù)字，既不失真又便于計算機分析處理。

主要包括圖像的采樣與量化。圖像變換目的在于：處理問題簡化、有利于特征提取、加強對圖像信息的理解。圖像變換算法很多，傅立葉變換、沃爾什變換、DCT等。2

圖像變換圖像處理主要研究內(nèi)容3圖像增強

改善圖像視覺效果,加強圖像有用信息，消弱干擾和噪聲。4

圖像恢復(fù)和重建把退化、模糊的圖像復(fù)原。包括圖像輻射和幾何校正等內(nèi)容。模糊的原因有許多種，最常見的有運動模糊，散焦模糊等等。5

圖像編碼和壓縮

簡化圖像的表示，壓縮圖像的數(shù)據(jù)，以便于存儲和傳輸。圖像處理主要研究內(nèi)容6

圖像分割將一幅圖像的區(qū)域根據(jù)分析對象進行分割,提取感興趣的目標。7圖像特征提取與描述

圖像特征提取與描述的各種方法。圖像特征包括：直接特征和間接特征9

圖像隱藏

是指媒體信息的相互隱藏。1）數(shù)字水印2）圖像的信息偽裝圖像處理主要研究內(nèi)容

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圖像識別

對圖像中的不同對象進行分類、描述和解譯。圖像處理特點?精度高對于一幅圖像，數(shù)字化時不管是用多少比特表示，只需改變計算機程序的參數(shù)，處理方法不變。所以不管對多高精度的數(shù)字圖像進行處理都是可能的。

模擬圖像處理中，要想使精度提高一個數(shù)量級，就必須對裝置進行大幅度改進。?再現(xiàn)性好數(shù)字圖像均用數(shù)組或數(shù)組集合表示，并在計算機內(nèi)部進行處理，這樣數(shù)據(jù)就不會丟失或遭破壞，保持了完好的再現(xiàn)性。模擬圖像處理過程中，就會因為各種干擾因素而無法保持圖像的再現(xiàn)性。圖像處理特點通用性、靈活性強不管是可視圖像,還是X光圖像、熱紅外圖像、超聲波圖像等不可見光圖像，盡管生成體系中的設(shè)備規(guī)模和精度各不相同，但當(dāng)把這些圖像數(shù)字化后，都可進行同樣處理，即具有通用性。另外，計算機可對圖像進行各種各樣的處理，所以靈活性很高。3.圖像和像素圖像和數(shù)字圖像像素和表示圖像和數(shù)字圖像圖像類型 {廣義} 圖片，動畫，繪圖，文字/檔，... {狹義}

單幅

序列圖象，... 靜止

運動圖象（視頻），... 2-D

3-D，彩色，立體對， 多光譜,多視場圖象，... 灰度

深度，紋理圖象，...

模擬圖像 模擬圖像可用連續(xù)函數(shù)來描述。

其特點：光照位置和光照強度均為連續(xù)變化的。數(shù)字圖像

離散化的圖像，像素是其最小的單位圖像和數(shù)字圖像圖像和像素

數(shù)字圖像實例

ORCOI(r,c)YXf(x,y)屏幕顯示使用圖像計算使用像素（pictureelement,pixel) 數(shù)字圖像可分解為許多單元，每個基本單元叫做圖像 元素 像素或像元的屬性：空間位置和灰度。 像素越多，圖像的分辨率越高，圖像的細節(jié)就越多像素和表示

像素和表示

圖像表示/像素表示

2-D數(shù)組 f(x,y)

x，

y：2-D空間XY中像素的位置

f：代表圖象在(x,y)的性質(zhì)F的數(shù)值

f，x，y的值可以是任意實數(shù)

性質(zhì)F

:可對應(yīng)不同物理量

灰度圖象里用灰度表示*表示圖像就需要表示其各個像素*表示像素就是通過空間位置和灰度像素和表示

圖像表示/像素表示矩陣

矢量

M:行數(shù)N:列數(shù)像素和表示

黑白圖像

指圖像的每個像素只能是黑或者白，沒有中間的過渡，故又稱為二值圖像。2值圖像的像素值為0、1。

灰度圖像

是指每個像素的信息由一個量化的灰度級來描述的圖像，沒有彩色信息。

像素和表示

灰度圖像描述示例像素和表示

彩