第1章導(dǎo)論(72)

1、圖像處理與傳輸圖像處理與傳輸 主講： 朱虹西安理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院第一章第一章 導(dǎo)論導(dǎo)論一、研究背景： 地球數(shù)字化帶來的任務(wù)，一方面地球數(shù)字化帶來的任務(wù)，一方面要求處理對(duì)象的數(shù)字化，一方面要求要求處理對(duì)象的數(shù)字化，一方面要求處理時(shí)的直觀性。因此給我們帶來了處理時(shí)的直觀性。因此給我們帶來了許多的研究課題和研究方向。許多的研究課題和研究方向。 第一章第一章 導(dǎo)論導(dǎo)論二、我們有什么可做的以及我們可以做什么二、我們有什么可做的以及我們可以做什么 其實(shí)，這個(gè)問題不是老師一個(gè)人可其實(shí)，這個(gè)問題不是老師一個(gè)人可以回答的問題，我們可以通過以下的幾以回答的問題，我們可以通過以下的幾個(gè)例子來進(jìn)行思考和討論。個(gè)例子來

2、進(jìn)行思考和討論。1. 1. 火車識(shí)別系統(tǒng)火車識(shí)別系統(tǒng) 系統(tǒng)概況：對(duì)開過來的一列貨車，判系統(tǒng)概況：對(duì)開過來的一列貨車，判別是否掛有棚車，如果有，棚車的車別是否掛有棚車，如果有，棚車的車門是否關(guān)閉并上鎖（鉛封）門是否關(guān)閉并上鎖（鉛封） 思考：需要幾個(gè)環(huán)節(jié)來構(gòu)造這個(gè)系統(tǒng)思考：需要幾個(gè)環(huán)節(jié)來構(gòu)造這個(gè)系統(tǒng)2. 2. 二維條碼身份證系統(tǒng)二維條碼身份證系統(tǒng) 系統(tǒng)概況：給身份證一種防偽的手段，要系統(tǒng)概況：給身份證一種防偽的手段，要求偽造困難，識(shí)別可靠。還有一點(diǎn)就是實(shí)求偽造困難，識(shí)別可靠。還有一點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)方便，成本低?，F(xiàn)方便，成本低。 主要技術(shù)：主要技術(shù)： 二維條碼的編碼與解碼二維條碼的編碼與解碼 圖像壓縮，圖

3、像識(shí)別圖像壓縮，圖像識(shí)別3.3.視頻跟蹤系統(tǒng)1）目標(biāo)的跟蹤 要求對(duì)所判定的目標(biāo)（如：汽車）可以進(jìn)行快速的跟蹤，要求鏡頭隨目標(biāo)的移動(dòng)而跟蹤移動(dòng)。 2）目標(biāo)的鎖定 要求對(duì)判定的目標(biāo)，在特征發(fā)生變化時(shí)，仍舊可以鎖定。4.4.氣泡氣泡識(shí)別識(shí)別系統(tǒng)系統(tǒng) 要求對(duì)形態(tài)完全一樣的目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)要求對(duì)形態(tài)完全一樣的目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別，并進(jìn)行逐個(gè)跟蹤。這是一個(gè)典型別，并進(jìn)行逐個(gè)跟蹤。這是一個(gè)典型的圖像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。的圖像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。 技術(shù)關(guān)鍵：技術(shù)關(guān)鍵： 氣泡的識(shí)別，氣泡運(yùn)動(dòng)的估計(jì)與校正氣泡的識(shí)別，氣泡運(yùn)動(dòng)的估計(jì)與校正5.5.弱可視環(huán)境下的弱可視環(huán)境下的圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng) 該項(xiàng)技術(shù)是為了解決對(duì)在很微弱該項(xiàng)技術(shù)是為了

4、解決對(duì)在很微弱的情況下獲取的圖像進(jìn)行處理，獲得的情況下獲取的圖像進(jìn)行處理，獲得現(xiàn)場(chǎng)的某些細(xì)節(jié)信息?，F(xiàn)場(chǎng)的某些細(xì)節(jié)信息。6. 大霧天氣下的圖像清晰化大霧天氣下的景物清晰化7. 模糊圖像的清晰化o 目的是將由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的模糊，或者是散焦目的是將由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的模糊，或者是散焦模糊，以及噪聲干擾下的模糊進(jìn)行清晰化處模糊，以及噪聲干擾下的模糊進(jìn)行清晰化處理。理。7.1 7.1 運(yùn)動(dòng)模糊圖像的清晰化運(yùn)動(dòng)模糊圖像的清晰化7.2 7.2 散焦模糊圖像的清晰化散焦模糊圖像的清晰化貨車的種類機(jī)車機(jī)車貨車的種類油罐車油罐車貨車的種類敞車敞車貨車的種類平板車平板車貨車的種類冷藏車?yán)洳剀囏涇嚨姆N類毒品車毒品車貨車的種類

5、棚車棚車證件照片的獲取防偽認(rèn)證原理防偽認(rèn)證原理返回返回圖像增強(qiáng)效果圖像增強(qiáng)效果三、幾個(gè)當(dāng)今熱點(diǎn)的研究方向1 1）因特網(wǎng)上的圖像檢索）因特網(wǎng)上的圖像檢索2 2）圖像在網(wǎng)上的傳輸）圖像在網(wǎng)上的傳輸3 3）圖像的安全技術(shù)）圖像的安全技術(shù)4 4）圖像的處理技術(shù)）圖像的處理技術(shù)5 5）圖像的自動(dòng)識(shí)別）圖像的自動(dòng)識(shí)別6 6）圖像作為檢測(cè)手段的一種）圖像作為檢測(cè)手段的一種7 7）其它視頻方面的研究與需求）其它視頻方面的研究與需求四、四、圖像圖像的概念的概念 圖像是對(duì)客觀存在的物體的一種圖像是對(duì)客觀存在的物體的一種相似性的生動(dòng)模仿或描述。是物體的相似性的生動(dòng)模仿或描述。是物體的一種不完全、不精確，但在某種意義

6、一種不完全、不精確，但在某種意義上是適當(dāng)?shù)谋硎?。上是適當(dāng)?shù)谋硎尽?.1 4.1 圖像的類型圖像的類型物體物體圖像圖像數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)函數(shù)函數(shù)不可見的不可見的物理圖像物理圖像可見的圖像可見的圖像光圖像光圖像照片、照片、圖、畫圖、畫2 2維條碼維條碼4.2 數(shù)字圖像 數(shù)字圖像數(shù)字圖像是圖像的數(shù)字表示，像素是圖像的數(shù)字表示，像素是其最小的單位。是其最小的單位。 數(shù)字圖像的描述有：數(shù)字圖像的描述有： 1 1）無彩色圖像）無彩色圖像 2 2）彩色圖像）彩色圖像五、幾個(gè)相關(guān)研究領(lǐng)域五、幾個(gè)相關(guān)研究領(lǐng)域 圖像處理所涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域非常圖像處理所涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，其中，相關(guān)性比較強(qiáng)的研究領(lǐng)域廣泛，其中，相關(guān)性

7、比較強(qiáng)的研究領(lǐng)域包括了數(shù)字圖像處理，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，包括了數(shù)字圖像處理，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)視覺等。計(jì)算機(jī)視覺等。5.1 5.1 數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理 1 1）將一幅圖像變?yōu)榱硪环?jīng)過加工的）將一幅圖像變?yōu)榱硪环?jīng)過加工的圖像，圖像，是圖像到圖像的過程是圖像到圖像的過程。 2 2）將一幅圖像轉(zhuǎn)化為一種非圖像的）將一幅圖像轉(zhuǎn)化為一種非圖像的表示，表示，如一個(gè)決策如一個(gè)決策等。等。 5.2 5.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 用計(jì)算機(jī)將由概念所表示的物體用計(jì)算機(jī)將由概念所表示的物體（不是實(shí)物）圖像進(jìn)行處理和顯示。（不是實(shí)物）圖像進(jìn)行處理和顯示。側(cè)重于根據(jù)給定的物體描述模型、光側(cè)重于根據(jù)給定的物體描

8、述模型、光照及想象中的攝像機(jī)的成像幾何，生照及想象中的攝像機(jī)的成像幾何，生成一幅圖像。成一幅圖像。 包括稱之為包括稱之為 “ “計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)藝術(shù)藝術(shù)”的藝術(shù)的藝術(shù)創(chuàng)作創(chuàng)作。5.3 5.3 計(jì)算機(jī)視覺計(jì)算機(jī)視覺 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)視覺視覺的目的是發(fā)展出能夠理的目的是發(fā)展出能夠理解自然景物的系統(tǒng)。在機(jī)器人領(lǐng)域中，解自然景物的系統(tǒng)。在機(jī)器人領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)視覺為機(jī)器人提供眼睛的功能。計(jì)算機(jī)視覺為機(jī)器人提供眼睛的功能。六、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要對(duì)象物對(duì)象物光光光源光源攝像單元攝像單元A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換單元單元圖像存圖像存儲(chǔ)單元儲(chǔ)單元計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)6.1 6.1 照明方式照明方式攝像單元攝像單元對(duì)象物對(duì)象物光源光

9、源背光照明攝像單元攝像單元對(duì)象物對(duì)象物光源光源正面照明攝像單元攝像單元對(duì)象物對(duì)象物光源光源斜射照明6.2 6.2 射像單元射像單元CCDCCD圖像（光電）傳感器圖像（光電）傳感器 工作原理是：將光能量轉(zhuǎn)換為電荷，并工作原理是：將光能量轉(zhuǎn)換為電荷，并將轉(zhuǎn)換得到的電荷進(jìn)行存儲(chǔ)。將轉(zhuǎn)換得到的電荷進(jìn)行存儲(chǔ)。CCDCCD傳感器分為線陣式和陣列式兩種，具有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(jī)。代表性的產(chǎn)品分別有掃描儀和數(shù)碼相機(jī)。 目前的圖像傳感器分為目前的圖像傳感器分為CCDCCD（電荷耦合器件）和（電荷耦合器件）和CMOSCMOS（互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體）兩種。贊成（互補(bǔ)

10、型金屬氧化物半導(dǎo)體）兩種。贊成CCDCCD芯片芯片的主要論據(jù)是這種芯片比的主要論據(jù)是這種芯片比CMOSCMOS更靈敏，因此可在昏暗的更靈敏，因此可在昏暗的光線下照出較好的相片。用光線下照出較好的相片。用CCDCCD芯片的相機(jī)照出的相片芯片的相機(jī)照出的相片也比也比CMOSCMOS清楚，使用清楚，使用COMSCOMS芯片有時(shí)會(huì)有芯片有時(shí)會(huì)有“噪聲噪聲“問問題題圖像上有些缺點(diǎn)。圖像上有些缺點(diǎn)。但從另一方面講，但從另一方面講，CMOSCMOS芯片的成本較低，在這里節(jié)芯片的成本較低，在這里節(jié)省的費(fèi)用可轉(zhuǎn)化為更低的相機(jī)價(jià)格。此外，省的費(fèi)用可轉(zhuǎn)化為更低的相機(jī)價(jià)格。此外，CMOSCMOS芯片比芯片比CCDCC

11、D芯片吸收的能量少，所以芯片吸收的能量少，所以CMOSCMOS芯片的相機(jī)換一次電芯片的相機(jī)換一次電池可使用更長(zhǎng)的時(shí)間。出于圖像質(zhì)量的考慮，目前大多池可使用更長(zhǎng)的時(shí)間。出于圖像質(zhì)量的考慮，目前大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)使用數(shù)數(shù)碼相機(jī)使用CCDCCD技術(shù)。技術(shù)。七、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容七、數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容 前面我們已經(jīng)簡(jiǎn)單提到了數(shù)前面我們已經(jīng)簡(jiǎn)單提到了數(shù)字圖像處理的幾個(gè)熱點(diǎn)的研究方字圖像處理的幾個(gè)熱點(diǎn)的研究方向，其研究領(lǐng)域中所包含的研究向，其研究領(lǐng)域中所包含的研究?jī)?nèi)容，即處理對(duì)象與處理方法大內(nèi)容，即處理對(duì)象與處理方法大致有下面幾個(gè)方面。致有下面幾個(gè)方面。7.1 7.1 圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化

12、 圖像的數(shù)字化的目的是，如何將一幅圖像表示成一組數(shù)字，既不失真又便于計(jì)算機(jī)分析處理。 主要包括的是圖像的采樣與量化。7.2 7.2 圖像的增強(qiáng)圖像的增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)的目的是，加強(qiáng)圖像的有圖像增強(qiáng)的目的是，加強(qiáng)圖像的有用信息，消弱干擾和噪聲。用信息，消弱干擾和噪聲。7.3 7.3 圖像的恢復(fù)圖像的恢復(fù) 把退化、模糊了的圖像復(fù)原。模糊把退化、模糊了的圖像復(fù)原。模糊的原因有許多種，最常見的有運(yùn)動(dòng)模糊，的原因有許多種，最常見的有運(yùn)動(dòng)模糊，散焦模糊等等。散焦模糊等等。7.4 7.4 圖像的編碼圖像的編碼 圖像編碼的目的是，簡(jiǎn)化圖像的表圖像編碼的目的是，簡(jiǎn)化圖像的表示，壓縮表示圖像的數(shù)據(jù)，以便于存儲(chǔ)示，壓縮

13、表示圖像的數(shù)據(jù)，以便于存儲(chǔ)和傳輸。和傳輸。7.5 7.5 圖像的重建圖像的重建 所謂的圖像重建是由二維圖像所謂的圖像重建是由二維圖像重建三維圖像。最常使用的，也是重建三維圖像。最常使用的，也是最成功使用的領(lǐng)域之一是醫(yī)學(xué)診斷最成功使用的領(lǐng)域之一是醫(yī)學(xué)診斷影像。影像。7.6 7.6 圖像分割與特征提取圖像分割與特征提取 圖像分割是指將一幅圖像的圖像分割是指將一幅圖像的區(qū)域根據(jù)分析對(duì)象進(jìn)行分割。區(qū)域根據(jù)分析對(duì)象進(jìn)行分割。 圖像的特征提取包括了形狀圖像的特征提取包括了形狀特征、紋理特征、顏色特征等等。特征、紋理特征、顏色特征等等。7.7 7.7 圖像隱藏圖像隱藏o圖像隱藏是將某個(gè)保密圖像放在一個(gè)圖像隱

14、藏是將某個(gè)保密圖像放在一個(gè)可公開的圖像中，在傳輸?shù)倪^程中，可公開的圖像中，在傳輸?shù)倪^程中，如果不知道該秘鑰，則無法獲得真正如果不知道該秘鑰，則無法獲得真正的圖像。一般包括以下兩個(gè)內(nèi)容：的圖像。一般包括以下兩個(gè)內(nèi)容：1 1）數(shù)字水印）數(shù)字水印2 2）圖像的信息偽裝）圖像的信息偽裝八、圖像通信八、圖像通信圖像通信系統(tǒng)框圖：圖像通信系統(tǒng)框圖：圖像信息源信源編碼信道編碼調(diào)制器 信道信道解調(diào)器信道解碼信源 解碼顯示 圖像噪聲八、圖像通信八、圖像通信數(shù)字圖像傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：1）可以多次中繼而不致引起噪聲的嚴(yán)重積累。2）有利于采用壓縮編碼技術(shù)。3）可采用數(shù)字通信中的抗干擾編碼技術(shù)。4）易于實(shí)現(xiàn)保密通信。5）易于

15、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，便于綜合業(yè)務(wù)的應(yīng)用。 作 業(yè)（共1題）1. 1. 看一段視頻游戲，或是一段電視新聞看一段視頻游戲，或是一段電視新聞節(jié)目，寫一篇短文來敘述數(shù)字圖像技節(jié)目，寫一篇短文來敘述數(shù)字圖像技術(shù)如何應(yīng)用于產(chǎn)生特殊視覺效果。術(shù)如何應(yīng)用于產(chǎn)生特殊視覺效果。96級(jí)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)字圖像 圖、畫 二維條碼數(shù)學(xué)函數(shù)圖像 分形（藝術(shù)）圖數(shù)學(xué)函數(shù)圖像 分形（仿真）圖計(jì)算機(jī)圖形學(xué)操作示意圖計(jì)算機(jī)圖形學(xué)示例計(jì)算機(jī)圖形學(xué)示例 具有逼真感具有逼真感計(jì)算機(jī)圖形學(xué)示例計(jì)算機(jī)圖形學(xué)示例 虛擬光照虛擬光照數(shù)字圖像處理操作示意圖數(shù)字圖像處理操作示意圖這是一這是一輛敞車輛敞車這是一這是一輛罐車輛罐車計(jì)算機(jī)視覺操作示意圖需要一塊三角形的積木