計算機圖像處理技術(shù)培訓(xùn)

1、計算機圖像處理技術(shù)培訓(xùn)計算機圖像處理技術(shù)培訓(xùn)1、計算機圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)、計算機圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)1.1 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀 自自2020世紀(jì)以來世紀(jì)以來, ,由于數(shù)字技術(shù)與微電子技術(shù)的由于數(shù)字技術(shù)與微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展迅猛發(fā)展, ,給數(shù)字圖像處理帶來了先進的技術(shù)手段給數(shù)字圖像處理帶來了先進的技術(shù)手段, ,數(shù)字圖像處理也就開始成為一門嶄新的學(xué)科數(shù)字圖像處理也就開始成為一門嶄新的學(xué)科, ,廣泛廣泛應(yīng)用于軍事、公安、地質(zhì)、工業(yè)自動控制等方面。應(yīng)用于軍事、公安、地質(zhì)、工業(yè)自動控制等方面。 數(shù)字處理的內(nèi)容相當(dāng)豐富數(shù)字處理的內(nèi)容相當(dāng)豐富, ,根據(jù)抽象程度不根據(jù)抽象程度不同同, ,可分為狹義圖像處理、圖像分析和

2、圖像理解。可分為狹義圖像處理、圖像分析和圖像理解。 狹義圖像處理是對輸入的圖像進行某種變換狹義圖像處理是對輸入的圖像進行某種變換得到輸出圖像得到輸出圖像, ,是圖像到圖像的變換過程是圖像到圖像的變換過程, ,主要用主要用于改善圖像視覺效果于改善圖像視覺效果, ,或?qū)崿F(xiàn)圖像的壓縮與編碼或?qū)崿F(xiàn)圖像的壓縮與編碼, ,這也成為分析與理解圖像的基礎(chǔ)。這也成為分析與理解圖像的基礎(chǔ)。 圖像分析圖像分析, ,主要是對圖像中感興趣的目標(biāo)進主要是對圖像中感興趣的目標(biāo)進行檢測和測量行檢測和測量, ,從而建立起對圖像特征的描述從而建立起對圖像特征的描述, ,是是從圖像到數(shù)值或符號的過程。從圖像到數(shù)值或符號的過程。 如

3、：利用圖像分析技術(shù)如：利用圖像分析技術(shù), ,可以提取出粉狀顆粒可以提取出粉狀顆粒圖像的物理特征。圖像的物理特征。 圖像理解是在圖像分析的基礎(chǔ)上圖像理解是在圖像分析的基礎(chǔ)上, ,基于人工智基于人工智能和認(rèn)知理論能和認(rèn)知理論, ,研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)之間的關(guān)研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)之間的關(guān)系系, ,解釋圖像的內(nèi)含解釋圖像的內(nèi)含, ,從而實現(xiàn)利用圖像處理技術(shù)從而實現(xiàn)利用圖像處理技術(shù)的自動控制。的自動控制。1.2 數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識 一般圖像的數(shù)字化過程中一般圖像的數(shù)字化過程中, ,通過圖像的采樣、通過圖像的采樣、量化量化, ,使傳統(tǒng)的模擬圖像存儲為數(shù)字圖像。使傳統(tǒng)的模擬圖像存儲為數(shù)字圖

4、像。 把空間上連續(xù)的圖像變換成離散點的操作把空間上連續(xù)的圖像變換成離散點的操作稱為稱為采樣采樣。 在采樣中在采樣中, ,若橫向的像素數(shù)為若橫向的像素數(shù)為m，縱向的像素，縱向的像素數(shù)為數(shù)為n，則圖像總的像素數(shù)為，則圖像總的像素數(shù)為mn個像素。個像素。 經(jīng)過采樣后的圖像被分割成空間上離散的像經(jīng)過采樣后的圖像被分割成空間上離散的像素素, ,但其灰度是連續(xù)的但其灰度是連續(xù)的, ,仍不能用計算機進行處理仍不能用計算機進行處理, ,這時這時, ,要將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值要將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值, ,此過程此過程稱為稱為量化量化。 圖像中不同灰度值的個數(shù)稱為灰度級圖像中不同灰度值的個數(shù)稱為灰度級

5、, ,一般圖像一般圖像為為256個灰度級個灰度級, ,即即28,稱為稱為8 bit量化。量化。一幅圖像的存儲大小為一幅圖像的存儲大小為mn8。一幅一幅mn數(shù)字化數(shù)字化圖像，可用矩陣表示為：圖像，可用矩陣表示為： 1, 11 , 10 , 11, 11 , 10 , 11, 01 , 00 , 0nmfmfmfnfffnfffF 數(shù)字圖像中的每一個像素對應(yīng)于矩陣中的相數(shù)字圖像中的每一個像素對應(yīng)于矩陣中的相應(yīng)的元素。應(yīng)的元素。 把數(shù)字圖像表示成矩陣的優(yōu)點在于可以應(yīng)用把數(shù)字圖像表示成矩陣的優(yōu)點在于可以應(yīng)用矩陣?yán)碚搶D像進行分析處理。矩陣?yán)碚搶D像進行分析處理。 常見的圖像類型包括常見的圖像類型包括:

6、 :二值圖像、灰度圖像、二值圖像、灰度圖像、索引圖像和索引圖像和RGBRGB真彩圖像等。真彩圖像等。二值圖像二值圖像一幅二進制圖像中一幅二進制圖像中, ,每一個像素將取兩個離散數(shù)每一個像素將取兩個離散數(shù)值值0 0或或1,1,本質(zhì)上說兩個數(shù)值代表狀態(tài)本質(zhì)上說兩個數(shù)值代表狀態(tài)“開開”或或“關(guān)關(guān)”，其中，其中1 1表示白色表示白色, ,而而0 0表示黑色。表示黑色?；叶葓D像灰度圖像是每個像素由一個量化的灰度來描述的圖像，沒有彩色信息，圖像的矩陣中每個元素對應(yīng)于圖像的一個像素點，元素的取值在一個灰度范圍內(nèi),通常0代表黑色，255代表白色。RGB真彩色圖像通常所說的RGB圖像即為真彩色圖像，所采集到的圖

7、像一般為RGB圖像。圖像中每一個像素由三個數(shù)值來分別指定紅(R)、綠(G)、藍(B)三個顏色分量的灰度級，用一個三維數(shù)組表示，即mn3數(shù)組,因為紅、綠、藍分量分別用8位灰度級表示，則理論上可以包含224種顏色，所以被稱為真彩色圖像。彩色圖像可用三個矩陣（彩色圖像可用三個矩陣（R,G,BR,G,B）或一個三維矩陣表示）或一個三維矩陣表示(207,137,130) (220,179,163) (215,169,161) (210,179,172) (210,179,(217,124,121) (215,169,161) (216,179,170) (216,179,170) (207,137,(2

8、13,142,135) (216,179,170) (221,184,170) (190, 89, 89) (204,109,(216,179,170) (220,188,176) (190, 77, 84) (206, 95, 97) (217,113,(222,192,179) (150, 54, 71) (177, 65, 73) (145, 39, 65) (150, 47,(136, 38, 65) (112, 20, 56) (112, 20, 56) (109, 30, 65) (112, 20,(136, 38, 65) ( 91, 11, 56) (113, 25, 60)

9、(103, 19, 59) ( 81, 12,(138, 46, 71) (103, 19, 59) (158, 65, 83) (124, 40, 70) (145, 62,(205,104,108) (159, 51, 71) (173, 65, 85) (189, 94,104) (139, 73,125,153,158,157,127, 70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,1133,154,158,100,116,120, 97, 74, 54, 74,118,146,148,150,145,157,1155,163, 95,112,1

10、23,101,137,108, 81, 71, 63, 81,137,142,146,152,1167, 69, 85, 59, 65, 43, 85, 34, 69, 78,104,101,117,132,134,149,1 54, 46, 38, 44, 38, 36, 44, 36, 25, 48,115,113,114,124,135,152,1 58, 30, 44, 35, 28, 69,144,147, 57, 60, 93,106,119,124,131,144,1 61, 35, 75, 51, 66, 58,167,177,153, 58, 80, 95,108,120,1

11、33,155,1115, 71, 84,105, 86,136,172,175,128,126,114,106,109,115,127,169,1124,120,106, 93, 95,117,120,131,148,144,113,112,109,115,128,162,11.3 1.3 相關(guān)設(shè)備及軟件相關(guān)設(shè)備及軟件 圖像處理系統(tǒng)包括圖像處理系統(tǒng)包括 圖像處理硬件和圖像處理軟件。圖像處理硬件和圖像處理軟件。 1.3.1 1.3.1 圖像處理硬件圖像處理硬件 微機圖像處理硬件系統(tǒng)主要微機圖像處理硬件系統(tǒng)主要 由圖像輸入設(shè)備、圖像運算處理設(shè)備（微計算由圖像輸入設(shè)備、圖像運算處理設(shè)備（微計算機）、

12、圖像存儲器、圖像輸出設(shè)備等組成。機）、圖像存儲器、圖像輸出設(shè)備等組成。圖1.15 基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)較完整的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖： 由輸入設(shè)備、成像顯示記錄設(shè)備、數(shù)字圖由輸入設(shè)備、成像顯示記錄設(shè)備、數(shù)字圖像處理核心、交互控制單元等組成。像處理核心、交互控制單元等組成。 1 圖像輸入設(shè)備圖像輸入設(shè)備 完成將模擬光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成模擬電圖像的完成將模擬光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成模擬電圖像的過程。過程。 數(shù)字化圖像輸入設(shè)備還進一步將模擬電圖數(shù)字化圖像輸入設(shè)備還進一步將模擬電圖像進行數(shù)字化以便于存儲介質(zhì)存儲和計算像進行數(shù)字化以便于存儲介質(zhì)存儲和計算機處理。機處理。 2. 圖像存儲器圖像存儲器 為了適應(yīng)圖像的大

13、數(shù)據(jù)量要求，輸入圖像、為了適應(yīng)圖像的大數(shù)據(jù)量要求，輸入圖像、輸出圖像以及中間結(jié)果圖像必須用大容量存輸出圖像以及中間結(jié)果圖像必須用大容量存儲介質(zhì)進行存儲。儲介質(zhì)進行存儲。 3. 主機主機 用于圖像處理的計算機。用于圖像處理的計算機。 4顯示器及圖像輸出設(shè)備顯示器及圖像輸出設(shè)備圖1.16 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1.19 基于DSP的高速圖像處理卡結(jié)構(gòu)圖1.3.2 圖像處理軟件 圖圖1.22 1.22 圖像處理軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖像處理軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1. 圖像設(shè)備驅(qū)動程序圖像設(shè)備驅(qū)動程序 2. 操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)： （1）IBM PC及兼容機一般使用及兼容機一般使用Microsoft Wind

14、ows操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 （2）Apple Macintosh機一般使用機一般使用Mac OS X操作操作系統(tǒng)。系統(tǒng)。 （3）圖形工作站典型使用）圖形工作站典型使用UNIX或或X WINDOWS操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。l3圖像處理開發(fā)工具圖像處理開發(fā)工具（1）VC+面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ呙嫦驅(qū)ο罂梢暬晒ぞ撸?）MATLAB的圖像處理工具箱的圖像處理工具箱（3）圖像應(yīng)用軟件：）圖像應(yīng)用軟件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee1.4 1.4 發(fā)展方向發(fā)展方向超高速、高分辨率、立體化、多媒體、智能化超高速、高分辨率、立體化、多媒體、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展具體表現(xiàn)在

15、：提高硬件速度，不僅提高計算機速具體表現(xiàn)在：提高硬件速度，不僅提高計算機速度，而且度，而且A/DA/D和和D/AD/A的速度要實時化；提高分辨率，的速度要實時化；提高分辨率，主要提高采集分辨率和顯示分辨率；立體化，圖主要提高采集分辨率和顯示分辨率；立體化，圖像是二維信息，信息量更大的三維圖像將隨計算像是二維信息，信息量更大的三維圖像將隨計算機圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展將得到廣泛應(yīng)用；機圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展將得到廣泛應(yīng)用；智能化，是計算機識別和理解按照人類的認(rèn)識和智能化，是計算機識別和理解按照人類的認(rèn)識和思維方式工作，能夠考慮到主觀概率和非邏輯思思維方式工作，能夠考慮到主觀概率和非邏輯思維

16、；標(biāo)準(zhǔn)化，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)圖像的處理與維；標(biāo)準(zhǔn)化，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)圖像的處理與傳輸。傳輸。 圖像與圖形相結(jié)合，朝著三維成像或多維成像的方向發(fā)展。 硬件芯片研究，把圖像處理的眾多功能固化在芯片上，更便于應(yīng)用。 新理論和新算法的研究 近年來引入了一些新的理論，提出了一些新算法。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理顯得越來越重要。 數(shù)字圖像處理技術(shù)正在向處理算法更優(yōu)化、處理速度更快、處理后的圖像清晰度更高的方向發(fā)展，實現(xiàn)圖像的智能生成、處理、識別和理解是數(shù)字圖像處理的最終目標(biāo)。1.4 1.4 圖像處理技術(shù)在冶金方面的應(yīng)用圖像處理技術(shù)在冶金方面的應(yīng)用傳統(tǒng)的球團粒度檢測的方法存在著很多不足，其中最主要

17、的就是信息反饋不夠及時，無法迅速對球團生產(chǎn)做出調(diào)整。隨著嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，以圖像處理為基礎(chǔ)的球團粒度的在線檢測系統(tǒng)可以得到實現(xiàn)。利用圖像處理技術(shù)與重力場流分離技術(shù)相結(jié)合，對鐵礦石粉微粒尺寸進行檢測。根據(jù)一組反映FeO含量的特征,利用模糊C均值聚類(FCM )和處神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法來實時預(yù)報燒結(jié)礦FeO含量。首先,利用FCM算法對斷面圖像按一定的特征聚類,把聚類結(jié)果按有效特征分成3類,將各類輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進行訓(xùn)練,得到訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其次,利用訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以對未分類燒結(jié)礦進行等級預(yù)測。此方法能及時調(diào)整生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù),實現(xiàn)燒結(jié)過程的優(yōu)化控制。2 2、粉狀顆粒料形貌評價方法及圖像處理、粉狀顆粒料形貌評價方法及圖像處理 技術(shù)技術(shù)3 3、粉狀顆粒形狀特征提取、粉狀顆粒形狀特征提取4