數(shù)字圖像處理

數(shù)字圖像處理第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月授課內(nèi)容第0章數(shù)字圖像處理概述第1章Matlab圖像處理編程基礎(chǔ)第2章VisualC++圖像處理編程基礎(chǔ)第3章圖像的點(diǎn)運(yùn)算第4章圖像的幾何變換第5章空間域圖像增強(qiáng)第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月參考書目1、教材數(shù)字圖像處理與機(jī)器視覺--VisualC++與Matlab實(shí)現(xiàn)，張崢等，人民郵電出版社，2010年4月2、教學(xué)參考書霍宏濤.

數(shù)字圖像處理.

北京理工大學(xué)出版社，2002

趙榮椿.數(shù)字圖象處理導(dǎo)論.西北工業(yè)大學(xué)出版社，1995楊枝靈，王開等.VisualC++數(shù)字圖像獲取處理及實(shí)踐應(yīng)用.人民郵電出版社，2003李介谷.計(jì)算機(jī)視覺的理論和實(shí)踐.上海交通大學(xué)出版社，1991KennethR.Castleman.DIGITALIMAGEPROCESSING.清華大學(xué)出版社，1998章毓晉.圖象處理和分析（圖象工程上冊），清華大學(xué)出版社，1999第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像數(shù)字圖像處理與識別數(shù)字圖像處理的預(yù)備知識知識

第0章數(shù)字圖像處理概論第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖像的概念

一幅圖像是對另一個事物的一種表示。第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月物體（object）圖像（image）可見的圖像（visibleimage）圖片(picture)照片(photograph)圖(drawing)畫(painting)光圖像(opticalimage)不可見物理圖像(invisiblephysicalimage)數(shù)學(xué)函數(shù)(function)連續(xù)函數(shù)(continuous)離散函數(shù)(discrete)第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1 數(shù)字圖像什么是數(shù)字圖像數(shù)字圖像是指一個被采樣和量化后的二維函數(shù)（該二維函數(shù)由光學(xué)方法產(chǎn)生），采用等距矩形網(wǎng)格采樣，對幅度進(jìn)行等間隔量化。至此，一幅是指圖像是一個被量化的采樣數(shù)值的二維矩陣。這樣，我們可以用f(x,y)來表達(dá)數(shù)字圖像，其中，

x，

y：2-D空間中XY坐標(biāo)點(diǎn)的位置，

f：代表圖象在(x,y)的性質(zhì)F的數(shù)值。

f，x，y的值可以是任意實(shí)數(shù)

性質(zhì)F

:可對應(yīng)不同物理量;

灰度圖象里用灰度表示第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月這樣，我們可以用f(x,y)來表達(dá)數(shù)字圖像，其中，x，

y：2-D空間中XY坐標(biāo)點(diǎn)的位置，f：代表圖象在(x,y)的性質(zhì)F的數(shù)值。f，x，y

的值可以是任意實(shí)數(shù)性質(zhì)F:可對應(yīng)不同物理量;

一個大小為M×N的數(shù)字圖像是由M行N列的有限元素組成的，每個元素有特定的位置(x,y)和幅值(f)，代表了其所在行列位置上的圖像物理信息。這些元素成為圖像元素(pictureelement)或者簡稱像素(pixel)。第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像的顯示位圖圖像的例子第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像的分類根據(jù)每個像素所代表的信息的不同，可將數(shù)字圖像分為二值圖像灰度圖像RGB圖像索引圖像......第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1.二值圖像每個像素只有黑、白兩種顏色的圖像成為二值圖像。在二值圖像中，像素只有0和1兩種取值，一般用0來表示黑色，用1來表示白色。第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.灰度圖像灰度圖像通常顯示為從最暗黑色到最亮的白色的灰度，每種灰度（顏色深度）稱為一個灰度級。每個像素可以取0~L-1之間的整數(shù)值，其中L是指全部灰度等級的個數(shù)，一般為2的乘方。常用如8位灰度圖像，其中8是指灰度圖像在計(jì)算機(jī)中以2進(jìn)制數(shù)形式表達(dá)或存儲時的位數(shù)或容量，即8位灰度圖像有28，共256個灰度級。第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月196195196194194193190192187180162153138137132103197197197198198198193193183170151138115100976819720020320319919719018517315913211887586253198203202203202194188178158128917859566049204205205207203199186156118756156535953512052042092082021891591015654585147505554212209211207197167112654950514546424959215211213204181122815450494443494444552152142111931439267505053605248434561217214204158111866956506567635445406021721219012910178797851608480634246722112031681249085103976161941008975678721219715411093105120120935885971009386882141911341041051081281341188165851031009698207181127991111141291441481119077758988862051741261009710712513715013911410588797986第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.RGB圖像顏色模型主要有HSV、RGB、HSI、CHL、LAB、CMY等。它們在不同的行業(yè)各有所指，但在計(jì)算機(jī)技術(shù)方面運(yùn)用較為廣泛是RGB模型。自然界中幾乎所有顏色都可以由紅（Red，R），綠（Green，G），藍(lán)（Blue，B）三種顏色組合而成，通常稱為RGB三原色。RGB圖像中，每個像素的顏色信息由RGB三個分量構(gòu)成。對于每一個像素，通過控制R，G，B三原色的合成比例可決定該像素的最終顯示顏色。第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月對于三原色RGB中的每一種顏色，可以像灰度圖那樣使用L等級來表示含有這種原色成分的多少。如果每一種原色都可以劃分為256個等級，即每一種原色都用8位2進(jìn)制數(shù)據(jù)表示，則三原色總共需要24位2進(jìn)制數(shù)來表示，這樣能夠表示出的顏色種類可達(dá)224，大約1600萬種。第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月(207,137,130)(220,179,163)(215,169,161)(210,179,172)(210,179,172)(207,154,146)(217,124,121)(215,169,161)(216,179,170)(216,179,170)(207,137,120)(159,51,71)(213,142,135)(216,179,170)(221,184,170)(190,89,89)(204,109,113)(204,115,118)(216,179,170)(220,188,176)(190,77,84)(206,95,97)(217,113,113)(189,85,97)(222,192,179)(150,54,71)(177,65,73)(145,39,65)(150,47,67)(112,20,56)(136,38,65)(112,20,56)(112,20,56)(109,30,65)(112,20,56)(95,19,64)(136,38,65)(91,11,56)(113,25,60)(103,19,59)(81,12,59)(126,62,94)(138,46,71)(103,19,59)(158,65,83)(124,40,70)(145,62,79)(130,46,73)第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.索引圖像索引圖像一般由索引圖像矩陣和顏色映射表組成。索引圖像中的顏色不用RGB三原色直接表示，而是用顏色映射表中的偏移量來表示。圖像的顏色由這個偏移量所指的顏色映射表相應(yīng)位置上的RGB三原色的值決定。顏色映射表存儲按一定順序排列著圖像中可能使用的由RGB三個分量構(gòu)成的顏色信息。有時又稱為調(diào)色板（palette），或者叫顏色查找表（CLUT，ColorLookUpTable)。使用調(diào)色板技術(shù)減小圖像文件體積的條件是圖像中用到顏色種類較少。如果一個圖像中用到了全部24位真彩色，則用調(diào)色板技術(shù)不能起到減少圖像文件體積的作用。第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像不同角度的觀察靜態(tài)的灰度圖像：f(x，y)；動態(tài)畫面f(x.y.t);函數(shù)值可能是一個數(shù)值，也可能是一個向量（對于彩色圖像)。從線性代數(shù)和矩陣論的角度，數(shù)字圖像就是一個由圖像信息組成的二維/三維矩陣。由于隨機(jī)變化和噪聲的原因，圖像在本質(zhì)上是統(tǒng)計(jì)性的。因而有時將圖像函數(shù)作為隨機(jī)過程的實(shí)現(xiàn)來觀察。從線性系統(tǒng)的角度考慮，圖像及其處理也可以表示為用狄拉克沖激公式表達(dá)的點(diǎn)展開函數(shù)的疊加，在使用這種方式對圖像進(jìn)行表示時，可以采用成熟的線性系統(tǒng)理論研究。第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像的表示圖0.2數(shù)字圖像的坐標(biāo)約定第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖像的空間和灰度級分辨率1.圖像的空間分辨率(SpatialResolution)圖像的空間分辨率是指圖像中每單位長度所包含的像素或點(diǎn)的數(shù)目，常以像素/英寸(pixelsperinch,ppi)為單位來表示。通常會稱一幅大小為M×N的數(shù)字圖像的空間分辨率為M×N像素.第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖像的空間分辨率例子第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.圖像的灰度級/輻射計(jì)量分辯率 (RadiometricResolution)灰度級分辨率又稱色階，是指圖像中可分辨的灰度級數(shù)目，由于灰度級度量的是投射到傳感器上光輻射的強(qiáng)度，也叫輻射計(jì)量分辨率?；叶燃壏直媛实闹饾u降低，圖像中包含的顏色數(shù)目變少，從而在顏色的角度造成圖像信息受損。第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖像的灰度級/輻射計(jì)量分辯率例子第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2數(shù)字圖像處理與識別0.2.1從圖像處理到圖像識別1.數(shù)字圖像處理對一個物體的數(shù)字表達(dá)進(jìn)行一系列的操作，以得到期望的效果。一般是指對圖像的修改或增強(qiáng)。2.數(shù)字圖像分析對感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測和測量，獲得距離、目標(biāo)對象的計(jì)數(shù)或其尺寸等.外延：邊緣檢測和圖像分割、特征提取以及幾何測量與計(jì)數(shù)等.3.數(shù)字圖像識別圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和相互關(guān)系，識別出目標(biāo)對象的類別，從而理解圖像的含義。例如光學(xué)字符識別(OCR)、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、人臉識別、自動駕駛、醫(yī)學(xué)圖像和地貌圖像的自動判讀理解等.第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像處理、分析和識別的關(guān)系第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2.2機(jī)器視覺機(jī)器視覺(Machine

Vision)，又稱計(jì)算機(jī)視覺(ComputerVision).將數(shù)字圖像處理和數(shù)字圖像分析、圖像識別結(jié)合起來，能夠理解自然景物和環(huán)境的系統(tǒng)，是數(shù)字成像領(lǐng)域的尖端方向，具有最綜合的內(nèi)容和最廣泛的涵蓋面.第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2.3數(shù)字圖像處理和識別的一些應(yīng)用第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3數(shù)字圖像處理的預(yù)備知識鄰接性、連通性、區(qū)域和邊界鄰接性像素p的4鄰域、8鄰域和對角鄰域P的4鄰域P的8鄰域P的對角鄰域第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月鄰接性定義V是用于決定鄰接性的灰度值集合，它是一種相似性的度量，用于確定所需判斷鄰像素之間的相似程度。4鄰接(4-Neighbor):如果Q∈N4(P)，則稱具有V中數(shù)值的兩個像素P和Q是4鄰接的。8鄰接(8-Neighbor):如果Q∈N8(P)，則稱具有V中數(shù)值的兩個像素P和Q是4鄰接的。對于兩個圖像子集S1和S2，如果S1中的某些像素和S2中的某些像素相鄰，則稱這兩個子集是鄰接的。(a)4鄰接示意圖(b)8鄰接示意圖第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月連通性通路：像素P到像素Q的通路(Path)指的是一個特定的像素序列(x0,y0),(x1,y1)…(xn,yn)，其中(x0,y0)=(xp,yp)，

(xn,yn)=(xq,yq)。并且像素

(xi,yi)和，

(xi-1,yi-1)在滿足l≤i≤n時是鄰接的。連通性：令S代表一幅圖像中的像素子集。如果在S中全部像素之間存在一個通路，則可以稱2個像素P和Q在S中是連通的。對于S中的任何像素p，S中連通到該像素的像素集叫做S的連通分量。如果S中僅有一個連通分量，則集合S叫做連通集.第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月區(qū)域和邊界令R是圖像中的一個像素子集，如果R同時是連通集，則稱R為一個區(qū)域(Region)；邊界的概念是相對于區(qū)域而言的；一個區(qū)域的邊界（或邊緣、輪廓）是區(qū)域中所有包含一個或多個不在區(qū)域R中的鄰接像素的像素所組成的集合；區(qū)域指一幅圖像的子集，并包括區(qū)域的邊緣。邊緣（Edge)則由具有某些導(dǎo)數(shù)值的像素組成，是一個像素及其直接鄰域的局部性質(zhì)，是一個有大小和方向?qū)傩缘氖噶?。邊界是和區(qū)域有關(guān)的全局概念，而邊緣表示圖像函數(shù)的周部性質(zhì)。第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月距離度量的幾種方法距離是描述像素間關(guān)系的基本參數(shù)，也是目標(biāo)物幾何特征和相似性的重要測度。1.距離的定義給定三個像素，若滿足（1）非負(fù)性：，當(dāng)且僅當(dāng)p=q時，（2）對稱性：；（3）三角不等式：