第一章數(shù)字圖像處理概述窮究于理·成就于工0203數(shù)字圖像處理的應(yīng)用數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成01數(shù)字圖像處理基本概念目錄數(shù)字圖像處理任務(wù)層次劃分04窮究于理·成就于工01數(shù)字圖像處理基本概念什么是數(shù)字圖像處理？

圖像處理(Imageprocessing)是用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，以達(dá)到所需結(jié)果的技術(shù)，又稱影像處理。圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。

數(shù)字圖像是指用工業(yè)相機(jī)、攝像機(jī)、掃描儀等設(shè)備經(jīng)過(guò)拍攝得到的一個(gè)大的二維數(shù)組，該數(shù)組的元素稱為像素，其值稱為灰度值。

在計(jì)算機(jī)中，按照顏色和灰度的多少可以將圖像分為二值圖像、灰度圖像、索引圖像和真彩色RGB圖像四種基本類型。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式位圖存儲(chǔ)矢量存儲(chǔ)

位圖方式是將圖像的每一個(gè)像素值點(diǎn)轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)圖像是單色（只有黑白二色）時(shí)，8個(gè)像素值點(diǎn)的數(shù)據(jù)只占據(jù)一個(gè)字節(jié)（一個(gè)字節(jié)就是8個(gè)二進(jìn)制數(shù)，1個(gè)二進(jìn)制數(shù)存放像素值點(diǎn)）；16色（區(qū)別于前段“16位色”）的圖像每?jī)蓚€(gè)像素值點(diǎn)用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)；256色圖像每一個(gè)像素值點(diǎn)用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。

矢量圖像存儲(chǔ)的是圖像信息的輪廓部分，而不是圖像的每一個(gè)像素值點(diǎn)。例如，一個(gè)圓形圖案只要存儲(chǔ)圓心的坐標(biāo)位置和半徑長(zhǎng)度，以及圓的邊線和內(nèi)部的顏色即可。圖像變換123數(shù)字圖像處理的常用方法456將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特?cái)?shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時(shí)間和減少所占用的存儲(chǔ)器容量。圖像增強(qiáng)和復(fù)原圖像增強(qiáng)和復(fù)原的目的是為了提高圖像的質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。圖像分割圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來(lái)，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。圖像描述圖像描述是圖像識(shí)別和理解的必要前提。作為最簡(jiǎn)單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。圖像分類（識(shí)別）圖像分類（識(shí)別）屬于模式識(shí)別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過(guò)某些預(yù)處理（增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類。02數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像處理的基本流程圖像采集為前端成像傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行成像；圖像預(yù)處理包括圖像數(shù)字化、圖像編碼、圖像壓縮、圖像恢復(fù)與增強(qiáng)等操作；數(shù)字圖像處理為核心圖像處理算法；輸出是將最終的處理結(jié)果進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、形成決策或控制信息。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成完成獲取圖像并進(jìn)行數(shù)字輸入功能。相關(guān)設(shè)備包括數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、掃描儀、帶照相和攝像功能的手機(jī)等。要把數(shù)字圖像交由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，首先要將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中。輸入方式一般有數(shù)字圖像輸入、圖片掃描輸入、視頻圖像輸入圖像輸入圖像處理分析模塊，包括計(jì)算機(jī)、DSP芯片等硬件設(shè)備，服務(wù)器搭載的并行處理器（GPU）以及通用或?qū)Ｓ密浖?，用?lái)完成各種各樣的處理目的。圖像處理分析圖像輸出部分包括顯示輸出、打印輸出，也可以輸出到Internet上的其他設(shè)備。數(shù)字圖像輸出的方式主要有五種，即顯示觀看、制成膠片（負(fù)片或正片）、打印成圖片、刻錄成光盤，以及遠(yuǎn)距離傳送。圖像輸出03數(shù)字圖像處理的應(yīng)用航天和航空遙感圖像處理

利用陸地衛(wèi)星所獲取的圖像進(jìn)行資源調(diào)查（如森林調(diào)查、海洋泥沙和漁業(yè)調(diào)查、水資源調(diào)查等），災(zāi)害檢測(cè)（如病蟲(chóng)害檢測(cè)、水火檢測(cè)、環(huán)境污染檢測(cè)等），資源勘察（如石油勘查、礦產(chǎn)量探測(cè)、大型工程地理位置勘探分析等），農(nóng)業(yè)規(guī)劃（如土壤營(yíng)養(yǎng)、水分和農(nóng)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量的估算等），城市規(guī)劃（如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水源及環(huán)境分析等）。在氣象預(yù)報(bào)和對(duì)太空其他星球研究方面，數(shù)字圖像處理技術(shù)也發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。遙感圖像地物分類四川雅安上空航空遙感圖像生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用

除了常見(jiàn)的CT技術(shù)之外，還有一類是對(duì)醫(yī)用顯微圖像的處理分析，如紅細(xì)胞、白細(xì)胞分類，染色體分析，癌細(xì)胞識(shí)別等。此外，在X光肺部圖像增晰、超聲波圖像處理、心電圖分析、立體定向放射治療等醫(yī)學(xué)診斷方面都廣泛地應(yīng)用圖像處理技術(shù)。醫(yī)學(xué)圖像腦部腫瘤分割X光肺部圖像通信工程方面的應(yīng)用

當(dāng)前通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)合的多媒體通信。其中圖像通信最為復(fù)雜和困難，因圖像的數(shù)據(jù)量十分巨大，如傳送彩色電視信號(hào)的速率達(dá)100Mbit/s以上。要將這樣高速率的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送出去，必須采用編碼技術(shù)來(lái)壓縮信息的比特量。在一定意義上講，編碼壓縮是這些技術(shù)成敗的關(guān)鍵。除了已應(yīng)用較廣泛的熵編碼、DPCM編碼、變換編碼外，目前國(guó)內(nèi)外正在大力開(kāi)發(fā)研究新的編碼方法，如分行編碼、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼、小波變換圖像壓縮編碼等。圖像壓縮工業(yè)和工程方面的應(yīng)用自動(dòng)裝配線中檢測(cè)零件的質(zhì)量、并對(duì)零件進(jìn)行分類，印刷電路板疵病檢查，彈性力學(xué)照片的應(yīng)力分析，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動(dòng)分揀，在一些有毒、放射性環(huán)境內(nèi)識(shí)別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)，先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中采用工業(yè)視覺(jué)等。探地雷達(dá)地基圖像探傷待檢測(cè)印刷電路板缺陷識(shí)別結(jié)果軍事公安方面的應(yīng)用在軍事方面圖像處理和識(shí)別主要用于導(dǎo)彈的精確末制導(dǎo)，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲(chǔ)和顯示的軍事自動(dòng)化指揮系統(tǒng)，飛機(jī)、坦克和軍艦?zāi)M訓(xùn)練系統(tǒng)等；公安業(yè)務(wù)圖片的判讀分析、指紋識(shí)別、人臉鑒別、不完整圖片的復(fù)原，以及交通監(jiān)控、事故分析等。人臉識(shí)別指紋識(shí)別車牌識(shí)別文化藝術(shù)方面的應(yīng)用電視畫面的數(shù)字編輯，動(dòng)畫的制作，電子圖像游戲，紡織工藝品設(shè)計(jì)，服裝設(shè)計(jì)與制作，發(fā)型設(shè)計(jì)，文物資料照片的復(fù)制和修復(fù)，運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作分析和評(píng)分等等，現(xiàn)在已逐漸形成一門新的藝術(shù)—計(jì)算機(jī)美術(shù)。AI自動(dòng)服裝搭配青銅器修復(fù)及復(fù)制機(jī)器視覺(jué)方面的應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)作為智能機(jī)器人的重要感覺(jué)器官，主要進(jìn)行三維景物理解和識(shí)別，是目前處于研究之中的開(kāi)放課題。機(jī)器視覺(jué)主要用于軍事偵察、危險(xiǎn)環(huán)境的自主機(jī)器人，郵政、醫(yī)院和家庭服務(wù)的智能機(jī)器人，裝配線工件識(shí)別、定位，太空機(jī)器人的自動(dòng)操作等。視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)械臂抓取物體太空地面機(jī)器人其他應(yīng)用身份證件OCR識(shí)別技術(shù)水印技術(shù)產(chǎn)品防偽04數(shù)字圖像處理任務(wù)層次劃分?jǐn)?shù)字圖像處理任務(wù)層次劃分?jǐn)?shù)字圖像處理任務(wù)一般分為三個(gè)層次：低級(jí)圖像處理（狹義圖像處理）、中級(jí)圖像處理（圖像分析）和高級(jí)圖像處理（圖像理解）。三者既有聯(lián)系又有區(qū)別，三者有機(jī)結(jié)合就是圖像工程。低級(jí)圖像處理（狹義圖像處理）低級(jí)圖像處理的特點(diǎn)：輸入是圖像，輸出也是圖像，即圖像之間進(jìn)?的變換。低級(jí)圖像處理典型應(yīng)用包括圖像去除雨滴、去霧、去噪、去模糊及圖像復(fù)原等。圖像去霧圖像去噪中級(jí)圖像處理（圖像分析）中級(jí)圖像處理的特點(diǎn)：輸?是圖像，輸出是數(shù)據(jù)。中級(jí)圖像處理典型應(yīng)用包括圖像分類、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)檢測(cè)、圖像分割等。圖像分類目標(biāo)檢測(cè)高級(jí)圖像處理（圖像理解）在中級(jí)