第一章緒論

提綱

人工智能發(fā)展與趨勢(shì)本課程內(nèi)容介紹

光譜家族人工智能人工智能2015-2020年中國(guó)人工智能重點(diǎn)政策解讀人工智能2015-2020年中國(guó)人工智能重點(diǎn)政策解讀國(guó)家戰(zhàn)略性需求：人工智能與大國(guó)方略國(guó)發(fā)〔2017〕35號(hào)《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》6

指導(dǎo)思想：加快人工智能與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、國(guó)防深度融合，提升新一代人工智能科技創(chuàng)新能力人工智能國(guó)家戰(zhàn)略性部署：“人工智能+X”復(fù)合型人才國(guó)發(fā)〔2020〕4號(hào)

教育部印發(fā)《關(guān)于“雙一流”建設(shè)高校促進(jìn)學(xué)科融合加快人工智能領(lǐng)域研究生培養(yǎng)的若干意見(jiàn)》7存在問(wèn)題：與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在人工智能基礎(chǔ)理論、原創(chuàng)算法

等方面仍有較大差距，人才培養(yǎng)導(dǎo)向性亟待加強(qiáng)。人工智能國(guó)家戰(zhàn)略性部署：“人工智能+X”復(fù)合型人才國(guó)發(fā)〔2020〕4號(hào)

教育部印發(fā)《關(guān)于“雙一流”建設(shè)高校促進(jìn)學(xué)科融合加快人工智能領(lǐng)域研究生培養(yǎng)的若干意見(jiàn)》8存在問(wèn)題：與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在人工智能基礎(chǔ)理論、原創(chuàng)算法

等方面仍有較大差距，人才培養(yǎng)導(dǎo)向性亟待加強(qiáng)。人工智能人工智能人工智能人工智能當(dāng)前國(guó)內(nèi)人工智能領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)異軍突起，上中下游均蘊(yùn)含著不俗的創(chuàng)業(yè)空間人工智能人才需求課程介紹課程名稱：《圖像處理與機(jī)器視覺(jué)》面向?qū)ο螅鹤詣?dòng)化系本科生課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)時(shí)學(xué)分：48學(xué)時(shí)（40學(xué)時(shí)理論授課+8學(xué)時(shí)實(shí)踐）課程特點(diǎn)：前沿性強(qiáng)、開(kāi)放性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)、與應(yīng)用聯(lián)系緊密！人工智能領(lǐng)域的核心課程之一！課程性質(zhì)學(xué)時(shí)

環(huán)節(jié)教學(xué)模塊課堂教學(xué)上機(jī)實(shí)驗(yàn)合計(jì)模塊一、緒論202模塊二、基礎(chǔ)知識(shí)模塊404模塊三、圖像處理模塊18422模塊四、特征提取模塊8210模塊五、視覺(jué)成像模塊404模塊六、立體視覺(jué)模塊426共計(jì)40848三個(gè)層次，六大模塊底層圖像處理+中層圖像分析+高層圖像識(shí)別教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容參考教材RafaelC.Gonzalez(拉斐爾?C.岡薩雷斯)著，阮秋琦譯.國(guó)外電子與通信教材系列：數(shù)字圖像處理(第四版).電子工業(yè)出版社,2020.岳亞偉，薛曉琴，胡欣宇編，數(shù)字圖像處理與Python實(shí)現(xiàn).人民郵電出版社，2020.David，A.，F(xiàn)orsyth（D.，A.，福賽斯）等著，高永強(qiáng)等譯.計(jì)算機(jī)視覺(jué)――一種現(xiàn)代方法（第二版）.電子工業(yè)出版社,2017.

畢業(yè)要求畢業(yè)要求分指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)1、工程知識(shí)學(xué)習(xí)圖像處理與機(jī)器視覺(jué)的基本技術(shù)，具備將復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題分解為多個(gè)基本功能單元并進(jìn)行功能分析、組合設(shè)計(jì)的知識(shí)基礎(chǔ)。課程目標(biāo)1、22、問(wèn)題分析應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)與工程科學(xué)的基本原理和圖像處理與機(jī)器視覺(jué)的核心技術(shù)，對(duì)復(fù)雜的圖像工程問(wèn)題進(jìn)行理性分析，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題過(guò)程中的理性思考和創(chuàng)新能力。課程目標(biāo)2、33、設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)

解決方案在考慮相關(guān)社會(huì)倫理方面諸因素的前提下，針對(duì)復(fù)雜的工程問(wèn)題，設(shè)計(jì)滿足特定需求、具有一定創(chuàng)新性的圖像處理算法。并且在解決問(wèn)題過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的人文關(guān)懷精神，偏向柔性化與人性化設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)1、2、34、研究運(yùn)用基礎(chǔ)課程知識(shí)及本課程知識(shí)，進(jìn)行圖像處理與機(jī)器視覺(jué)前沿領(lǐng)域的問(wèn)題研究，培養(yǎng)解決重大和重要科技問(wèn)題的自信，有承擔(dān)強(qiáng)國(guó)重任的意識(shí)與使命感，樹(shù)立文化自信。課程目標(biāo)1、2、35、使用現(xiàn)代

化工具應(yīng)用Matlab、python等軟件工具進(jìn)行圖像處理與機(jī)器視覺(jué)算法設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)3教學(xué)內(nèi)容對(duì)相關(guān)專業(yè)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系央視紀(jì)錄片—《楊瀾訪談錄：探尋人工智能》

/video/av247827611/擴(kuò)展資源—視頻資源擴(kuò)展資源—學(xué)術(shù)期刊擴(kuò)展教學(xué)資源為了獲得最新的想法和方法以及相關(guān)領(lǐng)域的最新的資料，除了閱讀最新的文獻(xiàn)外，沒(méi)有可取代的途徑。瀏覽最近幾年的主要的計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖形學(xué)會(huì)議論文集，例如CVPR，ECCV，ICCV和SIGGRAPH，就可以獲得豐富的新想法。這些會(huì)議中提供的教程，其講稿或筆記通?？梢栽诰€獲得，也是非常有價(jià)值的資源。視頻教程計(jì)算機(jī)視覺(jué)本科生課程：https://b23.tv/rqXY8d目標(biāo)檢測(cè)入門到精通：https://b23.tv/AyYYYfPython光速入門：https://b23.tv/g7i3cPPython三大庫(kù)：https://b23.tv/pszSMc編程語(yǔ)言：Python庫(kù)：skimage，OpenCV參考網(wǎng)址：/docs/stable/api/api.html/master/d9/df8/tutorial_root.html環(huán)境：百度AISutdio網(wǎng)址：/aistudio/index一、光譜家族一、光譜家族數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域多種多樣。最主要的圖像源是電磁能譜，其他主要的能源包括聲波、超聲波和電子（用于電子顯微鏡）。25思考題：1、不同光譜圖像有何應(yīng)用場(chǎng)景？2、醫(yī)學(xué)上常見(jiàn)的幾種檢測(cè)手段：骨骼掃描成像、

胸透X光片、CT、

核磁共振、B超等，上述成像

哪種成像對(duì)人體損害大？261.伽馬射線成像伽馬射線成像的主要用途包括醫(yī)學(xué)和天文觀測(cè)。將放射性元素注入人體內(nèi)，放射r射線。272.X射線成像1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，獲1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。282.X射線成像X射線在醫(yī)學(xué)診斷上的應(yīng)用（a）X光片（b）血管照相術(shù)X射線是最早用于成像的電磁輻射源之一X射線是按照電子原理通過(guò)有加速的帶電粒子產(chǎn)生輻射電磁，電子能量足夠大就會(huì)產(chǎn)生x射線。大多用于工廠或?qū)嶒?yàn)室，還有醫(yī)院等，這些儀器都是這種方式所產(chǎn)生x射線進(jìn)行透視檢查。292.X射線成像X射線在工業(yè)和天文學(xué)上的應(yīng)用（a）電路板（b）天鵝座星環(huán)302.X射線成像CT檢查掃描需要通過(guò)x射線、y射線，還有超聲波等，經(jīng)過(guò)高靈敏度的探測(cè)儀器圍繞在人體，或者需要檢查部位進(jìn)行斷層掃描，然后經(jīng)計(jì)算機(jī)處理之后，顯示斷層圖像用于疾病診斷或者被檢查物體的判斷。1975年GodfreyN.Hounsfield和AllanM.Cormack發(fā)明了計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)（CT），獲1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。3.紫外波段成像紫外光的應(yīng)用多種多樣。平板印刷技術(shù)工業(yè)檢測(cè)顯微鏡方法激光生物圖像天文觀測(cè)普通谷物被“真菌”感染的谷物天鵝星座環(huán)紫外線色斑可見(jiàn)光成像

機(jī)器視覺(jué)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的智能識(shí)別智能農(nóng)業(yè)構(gòu)建未來(lái)農(nóng)場(chǎng),農(nóng)民拍圖上傳病蟲害一兩秒識(shí)別;通過(guò)圖像識(shí)別土壤中潛在的缺陷和營(yíng)養(yǎng)缺乏癥

農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)分級(jí)、篩選智能農(nóng)業(yè)林業(yè)病蟲害與火災(zāi)識(shí)別以色列常常越境攻擊伊朗軍事目標(biāo)智能目標(biāo)識(shí)別，作為一項(xiàng)面向探測(cè)預(yù)警、情報(bào)偵察、態(tài)勢(shì)感知、精確制導(dǎo)等多個(gè)軍事應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵使能技術(shù)，能夠解決戰(zhàn)場(chǎng)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的關(guān)鍵問(wèn)題，是打贏未來(lái)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要手段之一。智能目標(biāo)識(shí)別人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、車牌號(hào)碼的識(shí)別394.

紅外波段成像紅外熱成像儀測(cè)量體溫消防人員搜救41【央視紀(jì)錄片】超級(jí)視覺(jué)第1集：眼睛的騙局高壓配電站故障檢測(cè)觀測(cè)臺(tái)風(fēng)的方式之一是使用紅外圖像來(lái)預(yù)測(cè)溫度，所以早在克里斯托瓦爾臺(tái)風(fēng)誕生之初，氣象學(xué)家就預(yù)測(cè)途徑的地區(qū)可能產(chǎn)生強(qiáng)降水天氣。觀測(cè)臺(tái)風(fēng)5.微波波段成像雷達(dá)在雷達(dá)圖像中，看到的只是反射到雷達(dá)天線的微波能量航天器拍攝的西藏東南山區(qū)雷達(dá)圖像44遙感衛(wèi)星“遙感”系列衛(wèi)星的歷史較短，但發(fā)展迅速。2006年4月27日，“遙感1號(hào)”發(fā)射升空，到2014年，共有33顆“遙感”衛(wèi)星升空。美國(guó)《Gunter‘sSpacePage》雜志：中國(guó)“遙感”衛(wèi)星主要分為三類。第一類“遙感”衛(wèi)星是雷達(dá)成像衛(wèi)星。雷達(dá)成像是指星載合成孔徑雷達(dá)可以拍攝并合成地面照片，其成像的分辨率較光學(xué)成像差，但具有不懼雨雪等惡劣天氣，可穿透樹(shù)木、草叢等遮蓋物的優(yōu)勢(shì)。第二類“遙感”衛(wèi)星是光學(xué)成像衛(wèi)星?！斑b感2號(hào)”被視為中國(guó)第一代光學(xué)成像衛(wèi)星，“遙感5號(hào)”、“遙感12號(hào)”和“遙感21號(hào)”是第二代光學(xué)成像衛(wèi)星。2012年5月10日，中國(guó)發(fā)射了“遙感14號(hào)”衛(wèi)星，外界認(rèn)為，這是中國(guó)第三代光學(xué)成像衛(wèi)星，其分辨率可能提高到0.45米，這個(gè)指標(biāo)已超越了印度和日本衛(wèi)星，躋身與法國(guó)、俄羅斯同一水平的全球成像衛(wèi)星“第二梯隊(duì)”。遙感成像據(jù)美國(guó)《防務(wù)內(nèi)參》報(bào)道，中國(guó)在偵察衛(wèi)星領(lǐng)域已邁入全球“第二梯隊(duì)”，與歐俄比肩，而且仍在快速發(fā)展。中國(guó)由數(shù)十顆偵察衛(wèi)星構(gòu)成的全球監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其規(guī)模和性能僅次于美國(guó)。天宮二號(hào)新天眼：三維成像微波高度計(jì)天宮二號(hào)攜帶的全新的對(duì)地觀測(cè)設(shè)備，它的名字叫做三維成像微波高度計(jì)，它通過(guò)微波精確地測(cè)量出海平面的高度。兩副天線向海面發(fā)射微波，然后通過(guò)接收回波和信號(hào)處理，海面高度的細(xì)微變化，就能被它探查出來(lái)。還能對(duì)海面的一些風(fēng)浪，以及風(fēng)速，進(jìn)行測(cè)量。能夠把海平面的高度以厘米的精度測(cè)出來(lái)。6.無(wú)線電波成像無(wú)線電波段成像主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和天文學(xué)在醫(yī)學(xué)中，無(wú)線電波用于磁共振成像（MRI)48把病人放在強(qiáng)磁場(chǎng)中，讓無(wú)線電波短脈沖通過(guò)人體，從而產(chǎn)生一幅二維剖面圖。超聲波成像系統(tǒng)

超聲波圖像產(chǎn)生的步驟：1.超聲波系統(tǒng)向身體傳輸高頻（1～5MHz）聲脈沖。2.聲波傳入體內(nèi)并碰撞組織間的邊緣，聲波的一部分返回到探頭，一部分繼續(xù)傳播直到另一邊界并被反射回來(lái)。3.反射波被探頭收集起來(lái)并傳給計(jì)算機(jī)。4.計(jì)算機(jī)根據(jù)聲波在組織中的傳播速度和每個(gè)回波返回的時(shí)間計(jì)算從探頭到組織或者器官邊界的距離。5.系統(tǒng)在屏幕上顯示回波的距離和亮度形成的二維圖像。50超聲圖像51

彩超=B超（黑白圖像）+多普勒血流彩色實(shí)時(shí)成像多普勒血管成像二、數(shù)字圖像處理53

數(shù)字圖像處理技術(shù)的起源上世紀(jì)20年代，紐約－倫敦海底電纜傳輸數(shù)字化的新聞圖片。傳遞時(shí)間從一個(gè)多星期減少到3個(gè)小時(shí)1921年電報(bào)打印機(jī)采用特殊字符在編碼紙帶打印。輸出設(shè)備從通用在到專用1922年兩次穿越大西洋，穿孔紙得到圖像檢測(cè)誤差。圖像通信系統(tǒng)信源編碼和信道編碼1929年從倫敦到紐約15級(jí)色調(diào)通過(guò)電纜傳遞照片。從早期5個(gè)灰度到15灰度?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信再次歷經(jīng)這個(gè)過(guò)程。數(shù)字圖像處理的起源

數(shù)字圖像處理的歷史與數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展密切相關(guān)，它必須依靠數(shù)字計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的發(fā)展。五十年代中期在太空計(jì)劃的推動(dòng)下開(kāi)始這項(xiàng)技術(shù)的研究。重要標(biāo)志是1964年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）正式使用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)“徘徊者7號(hào)”太空船送回的四千多張?jiān)虑蛘掌M(jìn)行了處理。55

數(shù)字圖像處理的三個(gè)層次從計(jì)算機(jī)處理的角度可以由高到低將數(shù)字圖像分為三個(gè)層次，也可以成為圖像工程；圖像工程是一門交叉學(xué)科研究方法上，與數(shù)學(xué)、物理學(xué)（光學(xué)）、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)相互借鑒；研究范圍上，與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)相互交叉。56數(shù)字圖像處理的三個(gè)層次1.圖像處理：對(duì)圖像進(jìn)行各種加工，以改善圖像的視覺(jué)效果；強(qiáng)調(diào)圖像之間進(jìn)行的變換；圖像處理是一個(gè)從圖像到圖像的過(guò)程。2