數字圖象處理緒論

1、第 1 章數字圖象處理緒論第1章 緒論 內容 課程性質、教學計劃和要求簡介； 數字圖像處理的基本概念、主要內容、系統(tǒng)組成、特點及其應用 目的 要求學生了解數字圖像處理的主要內容及相關知識，熟悉數字圖像處理與其他學科的關系； 重點掌握數字圖像處理的基本概念、系統(tǒng)組成、特點及應用。第一章 數字圖像處理緒論1.1 數字圖像處理1.2 圖像系統(tǒng)1.3 數字圖像處理特點及應用1.1 數字圖像處理 1.1.1 圖像凡是人類視覺上能感受到的信息都可以稱為圖像。包括：視頻（Video），圖形（Graphics），動圖（Animation），符號（Symbol）和文字（Character）。“圖”是物體投射或反

2、射光的分布，“象”是人的視覺系統(tǒng)對圖的接受在大腦中形成的印象或反映，是客觀和主觀的結合。物體圖像數學函數不可見的物理圖像可見的圖像光圖像照片、圖與畫1.1 圖像 圖像的類別1.1 圖像 模擬圖像模擬圖像可用連續(xù)函數來描述。 特點：光照位置和光照強度均為連續(xù)變化的。),(yxFI 1.1 圖像 數字圖像可用矩陣或數組來描述像素或像元的屬性：空間位置和灰度。1, 11 , 10 , 11, 11 , 10 , 11, 01 , 00 , 0,NMMMNNiiiiiiiiinmII1.1 數字圖像處理 1.1.2 圖像技術圖像處理，圖像分析和圖像理解。圖像分析圖像理解狹義處理高低抽象程度高層低層中層

3、語義數據量操作對象小大符號象素目標具體而言，數字圖像處理的內容包括： 圖像的數字化圖像的數字化 圖像變換圖像變換 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，重點學習傅立葉變換的算法、性質和應用。 如何由一幅模擬圖像獲取一幅滿足需求的數字圖像，使圖像便于計算機處理、分析。 圖像增強圖像增強 圖像的恢復與重建圖像的恢復與重建 介紹各種增強方法及其應用。增強圖像的有用信息，消弱噪聲的干擾。 把退化、模糊了的圖像復原.包括圖像輻射校正和幾何校正等內容。 由斷層掃描重建二、三維圖像。 圖像編碼圖像編碼 簡化圖像的表示，壓縮圖像的數據，便于存儲和傳輸。 25

4、6K 21k 圖像分割圖像分割 圖像分割是指將一幅圖像劃分為互不重疊的區(qū)域的處理。重點介紹圖像分割的方法及其應用。 二值圖像處理與形狀分析二值圖像處理與形狀分析 介紹二值圖像的幾何概念、二值圖像連接成分的各種變形算法和二值圖像特征提取與分析的各種方法。 檢測或去掉小成分骨架提取 邊界提取 紋理分析紋理分析 主要介紹影像紋理的概念、特征提取與分析的一些方法與應用。 圖像識別圖像識別對圖像中的不同對象進行分類、描述和解譯。圖像理解描述狹義處理計算機圖形學圖像理解客觀世界圖像(人)計算機視覺圖像符號 新技術 新工具 新理論模式識別圖像分析(轉換)它與模式識別、計算機圖形學、計算機視覺等學科既相互聯(lián)系

5、又相互區(qū)別。1.1.3 與相關學科的關系圖像存儲系統(tǒng)圖像存儲系統(tǒng)第二節(jié) 圖像系統(tǒng)圖象輸入系統(tǒng)圖象輸入系統(tǒng) 基本圖象處理系統(tǒng)的結構圖象處理與圖象處理與分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)圖象輸出系統(tǒng)圖象輸出系統(tǒng)第二節(jié) 圖像系統(tǒng) 1.2.1 圖像的輸入圖像輸入設備統(tǒng)一的采樣和量化非統(tǒng)一的采樣和量化1.2.1 圖像的輸入：圖象輸入設備 基于CCD光電耦器件的輸入設備攝像機、數字攝像機數字相機平板掃描儀 基于光電倍增管的輸入設備滾筒掃描儀1.2.1 圖像的輸入：圖象輸入設備 掃描儀分辨率與掃描圖象的大小分辨率：單位長度上采樣的像素個數：DPI(dot/inch)1000DPI1600DPI1000象素象素1600象素象素

6、1英寸英寸原稿原稿1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化為了計算機處理，圖像函數f(x,y)在空間和取值上必須數字化 圖像的采樣空間坐標(x,y)的數字化被稱為圖像采樣確定水平和垂直方向上的像素個數N 、 MNM1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化 圖像采樣的形式化定義設Z表示整數集合采樣處理：將xy平面分配到一個網格上，且每一個網格中心的坐標是一個笛卡兒乘積ZxZ的元素對，即所有有序元素對(a,b)的集合，其中a和b屬于整數集合Zxy平面平面(a,b)1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化 圖像的量化取值的數字化被稱為圖像灰度級量化量化處理：將f 映射到Z的處理Z的最大取值，確定像素

7、的灰度級數G = 2m， 如256f1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化 圖像的形式化定義設Z表示整數集合，R表示實數集合f(x,y)是數字圖像：（1）僅當(x,y) 是ZxZ中的整數，（2）并且f是給每一個坐標對(x,y)分配了一個灰度值（該值出于R）的函數1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化 圖像的采樣與數字圖象的質量265x180133x9066x4533x22 圖像的量化與數字圖象的質量256灰度級灰度級16灰度級灰度級8灰度級灰度級4灰度級灰度級1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化 一個好的近似圖像，需要多少采樣分辨率和灰度級 胡昂1965實驗：實驗方法 選取一組細節(jié)多少

8、不同的、不同N、M、G的圖象 讓觀察者根據他們的主觀質量感覺給這些圖象排序實驗結論 隨著采樣分辨率和灰度級的提高，主觀質量也提高 對有大量細節(jié)的圖象，質量對灰度級需求相應降低1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化45Gm3264128256N 曲線1：細節(jié)較少的人臉圖象 等同偏愛曲線按主觀質量遞增的順序被從左向右排列質量質量1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化45Gm3264128256N 曲線2：細節(jié)中等多的攝影師圖象質量質量1.2.1圖像的數字化：統(tǒng)一的采樣和量化45Gm3264128256N 曲線3：細節(jié)較多的球賽觀眾圖像質量質量1.2.1

9、圖像的采樣：非統(tǒng)一的采樣和量化 非統(tǒng)一的圖像的采樣在灰度級變化尖銳的區(qū)域，用細膩的采樣，在灰度級比較平滑的區(qū)域，用粗糙的采樣1.2.1 圖像的采樣：非統(tǒng)一的采樣和量化 非統(tǒng)一的圖像的量化在邊界附近使用較少的灰度級。剩余的灰度級可用于灰度級變化比較平滑的區(qū)域避免或減少由于量化的太粗糙，在灰度級變化比較平滑的區(qū)域出現(xiàn)假輪廓的現(xiàn)象f第二節(jié) 圖像系統(tǒng) 1.2.2 圖像的存儲圖像的存儲體系彩色圖像的存儲處理中的圖像存儲1.2.2 圖像的存儲：圖像的存儲體系 圖像文件格式體系互聯(lián)網用：GIF、JPG、PNG印刷用：TIF、JPG、TAG 、PCX國際標準：TIF、JPG 圖像存儲體系內存存儲：處理時使用硬

10、盤存儲：處理、備份時用（在線）備份存儲：光盤、磁帶（離線、近線）分級存儲（HSM），網絡存儲（SAN/NAS)1.2.2 圖像的存儲：彩色圖像的存儲 按像素存儲 按色面存儲1.2.2 圖像的存儲:處理中的圖像存儲 圖像處理算法對存儲緩沖區(qū)的不同處理模式以像素為單位的處理，單緩沖區(qū)存儲處理單緩沖區(qū)原緩沖區(qū)目標緩沖區(qū)行和子圖為單位的處理，雙緩沖存儲處理1.2.2 圖像的存儲:處理中的圖像存儲 大體積圖像處理中的塊緩沖區(qū)處理方式行緩沖區(qū)、定長塊緩沖區(qū)、不定長塊緩沖行緩沖區(qū)定長塊緩沖區(qū)不定長塊緩沖1.2.2 圖像的存儲:處理中的圖像存儲 大體積圖像處理中的文件映射處理方式由操作系統(tǒng)和程序語言開發(fā)工具提

11、供支持存在的問題：存儲空間的動態(tài)不可控性實際內存虛擬操作內存實際數據存放在硬盤第二節(jié) 圖像系統(tǒng) 1.2.3 圖像的顯示全局顯示局部顯示1.2.3 圖像的顯示：全局顯示 圖像顯示的坐標空間 圖象顯示的時機與機制 圖象顯示的恢復與刷新1.2.3 圖像的顯示：全局顯示 圖像顯示的坐標空間世界坐標系與顯示窗口世界坐標系視窗0顯示窗口1.2.3 圖像的顯示：全局顯示 圖象顯示的時機與機制事件驅動機制 局部失效事件 繪圖事件顯示函數與顯示事件 顯示函數將圖像的數據寫入顯示緩存 顯示事件將緩存中的數據送到顯示卡1.2.3 圖像的顯示：全局顯示 圖象顯示的恢復與刷新恢復的必要性： Undo的需要 重顯的需要刷

12、新的機制： 系統(tǒng)刷新交互操作引發(fā) 主動刷新函數調用引發(fā)1.2.3 圖像的顯示：局部顯示 圖像的局部顯示用蒙板實現(xiàn)圖象的局部顯示 用二值蒙板顯示邊緣不規(guī)則的局部區(qū)域 用8位蒙板顯示透明、融合效果的局部區(qū)域1.2.3 圖像的顯示：局部顯示1.2.3 圖像的顯示：局部顯示 圖象的局部刷新通過局部失效事件，觸發(fā)局部刷新保存刷新數據1.2.3 圖像的顯示：Gama校正 顯示器亮度變化的非線性R = RG = GB = B第二節(jié) 圖像系統(tǒng) 1.2.4 圖像的打印打印機類型打印機顯色原理1.2.4 圖像的打?。捍蛴C類型 噴墨打印機 激光打印機 熱升華打印機 熱蠟打印機 印刷機數字印刷機傳統(tǒng)印刷機：平印、凹

13、印、絲印1.2.4 圖像的打?。捍蛴C類型 噴墨打印機 激光打印機 數字印刷機1.2.4 圖像的打?。捍蛴C顯色原理 CMYK減色法 半色調（Halftone）通過基本顏色細小色塊的組合變化實現(xiàn)連續(xù)色調的圖象 網點（Screen）調幅網點：通過改變網點的大小調頻網點：通過改變單位面積中，相同大小網點的出現(xiàn)次數1.2.4 圖像的打?。捍蛴C顯色原理1.2.4 圖像的打?。捍蛴C顯色原理1.2.4 圖像的打印：打印機顯色原理第三節(jié)數字圖像處理特點及應用 1.3.1 數字圖像處理的特點 1.3.2 數字圖像處理的應用1.3.1 數字圖像處理特點 精度高 對于一幅圖像而言，數字化時不管是用4比特、8比

14、特還是其它比特表示，只需改變計算機中程序的參數，處理方法不變。所以從原理上講不管對多高精度的數字圖像進行處理都是可能的。而在模擬圖像處理中，要想使精度提高一個數量級，就必須對裝置進行大幅度改進。 再現(xiàn)性好 不管是什么數字圖像，均用數組或數組集合表示。在傳送和復制圖像時，只在計算機內部進行處理，這樣數據就不會丟失或遭破壞，保持了完好的再現(xiàn)性。而在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。1.3.1 數字圖像處理特點 通用性、靈活性強 對可見圖像和不可見光圖像（如X光圖像、熱紅外圖像和超聲波圖像等），盡管這些圖像生成體系中的設備規(guī)模和精度各不相同，但當把這些圖像數字化后，對于

15、計算機來說，都可同樣進行處理，這就是數字處理圖像的通用性。 另外，改變處理圖像的計算機程序，可對圖像進行各種各樣的處理，如上下滾動、漫游、拼接、合成、變換、放大、縮小和各種邏輯運算等，所以靈活性很高。1.3.1 數字圖像處理特點1.3.2 數字圖像處理的應用 數字處理圖像在生物醫(yī)學 、遙感 、工業(yè) 、軍事、通信、公安等領域有著廣泛的應用。生物醫(yī)學：生物醫(yī)學：利用電磁波譜成像分析系統(tǒng)診斷病情。如顯微鏡圖像分析，DNA成像分析等；CT及核磁共振、超聲波、 X射線成像分析等。如三維測量可視化軟件系統(tǒng)可對各類醫(yī)學斷層圖像進行分析處理，提供診斷依據。遙感遙感：農、林等資源的調查，農作物長勢監(jiān)測，自然災害監(jiān)測、預報，地勢、地貌測繪以及地質構造解譯、找礦，環(huán)境污染檢測等等。 RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(1)RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(2)1998年長江（枝城-岳陽）洪澇災害監(jiān)測工業(yè)生產：工業(yè)生產：無損探傷，石油勘探，生產過程自動化（識別零件，裝配質量檢查），工業(yè)機器人研制等。軍事：軍事：航空及衛(wèi)星