圖像分類識(shí)別課件

第1章緒論

第1章緒論1.1序言1.2數(shù)字圖像處理的目的及特點(diǎn)1.3數(shù)字圖像處理的技術(shù)及應(yīng)用1.4數(shù)字圖像處理系統(tǒng)1.5數(shù)字圖像處理的發(fā)展動(dòng)向1.6MATLAB圖像處理應(yīng)用舉例1.1序言學(xué)習(xí)目標(biāo)了解數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史理解數(shù)字圖像處理的目的、特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)掌握基本的圖像處理系統(tǒng)及其概念了解圖像處理的主要內(nèi)容和任務(wù)了解數(shù)字圖像處理的發(fā)展趨勢(shì)要求學(xué)生自學(xué)MATLAB圖像處理工具箱學(xué)習(xí)目標(biāo)了解數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史1.1序言1.1.1研究背景人類所獲得信息的70%以上來自于視覺。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，幾乎所有的信息都可以以數(shù)字的形式呈現(xiàn)在人們眼前。數(shù)字圖像處理技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步，并向各個(gè)研究領(lǐng)域滲透。給我們帶來了許多的研究課題和研究方向。學(xué)習(xí)和研究數(shù)字圖像處理技術(shù)是時(shí)代的迫切需求。1.1序言1.1.1研究背景圖——物體投射或反射光的分布，是客觀存在；像——人的視覺系統(tǒng)對(duì)圖的接收在大腦中形成的印象或認(rèn)識(shí)，是人的感覺；圖像——圖像是圖和像的有機(jī)結(jié)合，既反映物體的客觀存在，又體現(xiàn)人的心理因素；圖像是對(duì)客觀存在物體的一種相似性的生動(dòng)模仿或描述。凡是人類視覺上能感受到的信息都可以稱為圖像，是客觀和主觀的結(jié)合。1.1.2圖像的概念

圖——物體投射或反射光的分布，是客觀存在；凡是人類視覺上圖像的概念——圖像模型物體圖像數(shù)學(xué)函數(shù)不可見的物理圖像可見的圖像光圖像照片、圖、畫2維條碼next圖像的概念——圖像模型物體圖像數(shù)學(xué)照片照片圖像的概念——圖、畫圖像的概念——圖、畫二維條碼二維條碼

圖像的概念

——數(shù)學(xué)函數(shù)分形（藝術(shù)）圖圖像的概念

圖像的概念

——數(shù)學(xué)函數(shù)分形（仿真）圖圖像的概念

紅外圖像(美國攻打阿富汗)CT圖像(肺與皮膚)

圖像的概念

——不可見圖像紅外圖像CT圖像圖像的概念

圖像分類識(shí)別課件數(shù)字圖像處理技術(shù)起源于20世紀(jì)20年代。20世紀(jì)60年代，在第一臺(tái)可執(zhí)行圖像處理任務(wù)的大型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，數(shù)字圖像處理技術(shù)才首次得到實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)60年代末70年代初，數(shù)字圖像處理開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測(cè)和天文學(xué)等諸多領(lǐng)域。1.1.3數(shù)字圖像處理的發(fā)展

數(shù)字圖像處理技術(shù)起源于20世紀(jì)20年代。1.1.3數(shù)字1.2.1數(shù)字圖像處理的目的提高圖像的視覺質(zhì)量以提供給人眼主觀滿意或比較滿意的效果。提取圖像中目標(biāo)的某些特征，以便于計(jì)算機(jī)分析或機(jī)器人識(shí)別。為了存儲(chǔ)和傳輸龐大的圖像和視頻信息，常常對(duì)這類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮。信息的可視化，以便于人們觀察、分析、研究、理解大規(guī)模數(shù)據(jù)和許多復(fù)雜現(xiàn)象。信息安全的需要。主要反映在數(shù)字圖像水印和圖像信息隱藏。1.2數(shù)字圖像處理的目的及特點(diǎn)

1.2.1數(shù)字圖像處理的目的1.2數(shù)字圖像處理的目的及特

數(shù)字圖像處理是利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)與光學(xué)系統(tǒng)模擬處理相同效果的過程。數(shù)字圖像處理具有如下特點(diǎn)：(1)處理精度高。(2)重現(xiàn)性能好。(3)靈活性高。(4)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)受主觀因素的影響。(5)數(shù)字圖像處理技術(shù)適用面廣。(6)數(shù)字圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)。1.2.2數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)

數(shù)字圖像處理是利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)與光學(xué)系統(tǒng)1.3.1數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容圖像變換。由于圖像陣列很大，直接在空間域中進(jìn)行處理，涉及計(jì)算量很大。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，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。圖像編碼壓縮技術(shù)。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。圖像增強(qiáng)和復(fù)原技術(shù)。圖像增強(qiáng)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。圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。圖像復(fù)原要求對(duì)圖像降質(zhì)的原因有一定的了解，一般講應(yīng)根據(jù)降質(zhì)過程建立“降質(zhì)模型”，再采用某種濾波方法，恢復(fù)或重建原來的圖像。1.3數(shù)字圖像處理的技術(shù)及應(yīng)用

1.3.1數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容1.3數(shù)字圖像處理的技術(shù)

原圖直方圖修正后的圖圖像增強(qiáng)原圖圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)原圖經(jīng)過復(fù)原的圖圖像復(fù)原原圖經(jīng)過復(fù)原的圖圖像復(fù)原

運(yùn)動(dòng)模糊圖像

恢復(fù)圖像圖像復(fù)原運(yùn)動(dòng)模糊圖像恢復(fù)圖像圖像復(fù)原圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，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。對(duì)于特殊的紋理圖像可采用二維紋理特征描述。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。圖像分類常采用經(jīng)典的模式識(shí)別方法，有統(tǒng)計(jì)模式分類和句法（結(jié)構(gòu)）模式分類，近年來新發(fā)展起來的模糊模式識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式分類在圖像識(shí)別中也越來越受到重視。圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割是將圖像中有數(shù)字圖像處理方法大致可以分為兩大類，即空間域處理法（或稱為空域法）和變換域處理法（或稱為頻域法）。1.空域法：該方法是把圖像看作是平面中各個(gè)像素組成的集合，然后直接對(duì)該集合進(jìn)行相應(yīng)的處理。空域法主要包括：(1)鄰域處理法：該方法包括：梯度運(yùn)算、拉普拉斯算子運(yùn)算、平滑算子運(yùn)算、卷積運(yùn)算。(2)點(diǎn)處理法：該方法包括灰度處理、面積、周長、體積、重心運(yùn)算等。2.變換域法：該方法是首先對(duì)圖像進(jìn)行正交變換，得到變換系陣列，然后再進(jìn)行各種處理，處理后再對(duì)其進(jìn)行逆變換到空間域，即可得到處理結(jié)果。變換域的處理方法包括濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等。1.3.2數(shù)字圖像處理方法

數(shù)字圖像處理方法大致可以分為兩大類，即空間域處理法（或1.3.3數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用（1）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

(a)顯微圖像處理；(b)DNA(脫氧核糖核酸)顯示分析；(c)紅、白血球分析計(jì)數(shù)；(d)蟲卵及組織切片的分析；(e)癌細(xì)胞識(shí)別；(f)染色體分析；(g)DSA(心血管數(shù)字減影)及其他減影技術(shù)；(h)內(nèi)臟大小形狀及異常檢查；(i)微循環(huán)的分析判斷；(j)心肌活動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析；(l)熱像分析，紅外像分析；(m)X光照片增強(qiáng)、凍結(jié)及偽彩色增強(qiáng)；(n)超聲圖像成像、凍結(jié)、增強(qiáng)及偽彩色處理；(o)CT，MRI、γ射線線照相機(jī)，正電子和質(zhì)子CT的應(yīng)用；(p)專家系統(tǒng)如手術(shù)PLANNING規(guī)劃的應(yīng)用；(q)生物進(jìn)化的圖像分析。1.3.3數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用（1）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)（2）工業(yè)應(yīng)用(a)CAD和CAM技術(shù)用于模具、零件制造、服裝、印染業(yè)；(b)零件、產(chǎn)品無損檢測(cè)，焊縫及內(nèi)部缺陷檢查；(c)流水線零件自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別(供裝配流水線用)；(d)郵件自動(dòng)分揀、包裹分揀識(shí)別；(e)印制板質(zhì)量、缺陷的檢查；(f)生產(chǎn)過程的監(jiān)控；(g)交通管制、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控；(h)紡織物花型、圖案設(shè)計(jì)；(i)密封元器件內(nèi)部質(zhì)量檢查；(j)光彈性場(chǎng)分析；(k)標(biāo)識(shí)、符號(hào)識(shí)別如超級(jí)市場(chǎng)算帳、火車車皮識(shí)別；(l)支票、簽名、文件識(shí)別及辨?zhèn)危?m)運(yùn)動(dòng)車、船的視覺反饋控制。

（2）工業(yè)應(yīng)用（3）遙感航天中的應(yīng)用(a)軍事偵察、定位、引導(dǎo)、指揮等應(yīng)用；(b)多光譜衛(wèi)星圖像分析；(c)地形、地圖、國土普查；(d)地質(zhì)、礦藏勘探；(e)森林資源探查、分類、防火；(f)水利資源探查，洪水泛濫監(jiān)測(cè)；(g)海洋、漁業(yè)方面如溫度、漁群的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)；(h)農(nóng)業(yè)方面如谷物估產(chǎn)、病蟲害調(diào)查；(i)自然災(zāi)害、環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)；(j)氣象、天氣預(yù)報(bào)圖的合成分析預(yù)報(bào)；(k)天文、太空星體的探測(cè)及分析；(l)交通、空中管理、鐵路選線等。

（3）遙感航天中的應(yīng)用（4）軍事、公安領(lǐng)域中的應(yīng)用

(a)巡航導(dǎo)彈地形識(shí)別；

(b)指紋自動(dòng)識(shí)別；

(c)犯罪臉形的合成；

(d)雷達(dá)地形偵察；

(e)遙控飛行器的引導(dǎo)；

(f)目標(biāo)的識(shí)別與制導(dǎo)；

(g)警戒系統(tǒng)及自動(dòng)火炮控制；

(h)反偽裝偵察；

(i)手跡、人像、印章的鑒定識(shí)別；

(j)過期檔案文字的復(fù)原；

(l)集裝箱的不開箱檢查。

（4）軍事、公安領(lǐng)域中的應(yīng)用（5）其他應(yīng)用(a)圖像的遠(yuǎn)距離通信；(b)多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用；(c)電視電話；(d)服裝試穿顯示；(e)電視會(huì)議；(f)辦公自動(dòng)化、現(xiàn)場(chǎng)視頻管理；(g)文字、圖像電視廣播。（5）其他應(yīng)用灰度圖像遙感圖像

灰度圖像遙感圖像醫(yī)學(xué)圖像指紋圖像醫(yī)學(xué)圖像指紋圖像1.4數(shù)字圖像處理系統(tǒng)

數(shù)字圖像處理系統(tǒng)主要由圖像采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和圖像輸出設(shè)備組成。

1.4數(shù)字圖像處理系統(tǒng)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)主要由圖像1圖像采集系統(tǒng)

圖像采集系統(tǒng)的功能是將模擬圖像轉(zhuǎn)換成適合數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字圖像。常用的圖像數(shù)字化器一般有三種：

(1)數(shù)碼攝像機(jī)，它通過接口電路與計(jì)算機(jī)連接，在有關(guān)軟件的控制下將圖像數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī);(2)數(shù)碼照相機(jī)，它同數(shù)碼攝像機(jī)的區(qū)別在于沒有連續(xù)獲取圖像的能力；(3)掃描儀，它可以將膠片上的攝影圖像或紙質(zhì)載體上的文字、圖形、表格掃描成數(shù)字信息直接輸入計(jì)算機(jī)。1圖像采集系統(tǒng)圖像采集系統(tǒng)的功能是將模擬圖像2計(jì)算機(jī)

執(zhí)行數(shù)字圖像處理的計(jì)算機(jī)上安裝有各種圖像處理軟件，如Adobe公司的Photoshop，MathWorks公司的Matlab中的圖像處理工具箱。圖像處理軟件接受來自圖像采集系統(tǒng)的數(shù)字圖像，并執(zhí)行所需的操作，如圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像壓縮編碼、圖像分析、圖像識(shí)別、圖像理解等操作，最后輸出處理結(jié)果。2計(jì)算機(jī)執(zhí)行數(shù)字圖像處理的計(jì)算機(jī)上安裝有各種圖像處理3圖像輸出設(shè)備

圖像輸出設(shè)備主要指噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)、圖像監(jiān)視器、視頻拷貝儀等。它們的發(fā)展趨勢(shì)是高速、真彩色。3圖像輸出設(shè)備圖像輸出設(shè)備主要指噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)1.5數(shù)字圖像處理的發(fā)展動(dòng)向

自20世紀(jì)60年代第三代數(shù)字計(jì)算機(jī)問世以后，數(shù)字圖像處理技術(shù)出現(xiàn)了空前的發(fā)展，其發(fā)展勢(shì)態(tài)目前仍方興未艾。在該領(lǐng)域中需要進(jìn)一步研究的問題，主要包括如下5個(gè)方面：(1)再進(jìn)一步提高精度的同時(shí)著重解決處理速度問題。(2)加強(qiáng)軟件研究、開發(fā)新的處理方法，特別注意移植和借鑒其他學(xué)科的技術(shù)和研究成果，創(chuàng)造新的處理方法。(3)加強(qiáng)邊緣學(xué)科的研究工作，促進(jìn)圖像處理技術(shù)的發(fā)展。(4)加強(qiáng)理論研究，逐步完善圖像處理科學(xué)自身的理論體系。(5)建立圖像處理領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范。1.5數(shù)字圖像處理的發(fā)展動(dòng)向自20世紀(jì)60年代第

圖像處理技術(shù)未來發(fā)展大致可歸納如下4點(diǎn)：(1)圖像處理的發(fā)展將向著高速、高分辨率、立體化、多媒體化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。圍繞著HDTV（高清晰度電視）的研制將開展實(shí)時(shí)圖像處理的理論及技術(shù)研究。(2)圖像、圖形相結(jié)合朝著三維成像或多維成像的方向發(fā)展。(3)結(jié)合多媒體技術(shù)，硬件芯片越來越多，把圖像處理的眾多功能固化在芯片上將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。(4)在圖像處理領(lǐng)域近來引入了一些新的理論并提出了一些新的算法，如Wavelet、Fractal、Morphology、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這些理論在未來圖像書里理論與技術(shù)上的作用應(yīng)給予充分的注意，并積極地加以研究。圖像處理技術(shù)未來發(fā)展大致可歸納如下4點(diǎn)：1.6MATLAB圖像處理應(yīng)用舉例1.6.1MATLAB的特點(diǎn)

MATLAB之所以成為世界流行的科學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件，是因?yàn)樗兄铝袕?qiáng)大的功能。

（1）高質(zhì)量、強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能（2）數(shù)據(jù)分析和科學(xué)計(jì)算可視化功能（3）強(qiáng)大的符號(hào)計(jì)算功能（4）強(qiáng)大的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真功能（5）靈活的程序接口功能（6）文字處理功能1.6MATLAB圖像處理應(yīng)用舉例1.6.1MATLA1.6.2MATLAB的界面環(huán)境1.CommandWindow窗口1.6.2MATLAB的界面