數(shù)字圖像處理-0課件

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)授課內(nèi)容第0章數(shù)字圖像處理概述1參考書目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，1999參考書目1、教材2數(shù)字圖像數(shù)字圖像處理與識(shí)別數(shù)字圖像處理的預(yù)備知識(shí)知識(shí)

第0章數(shù)字圖像處理概論 第0章數(shù)字圖像處理概論3圖像的概念

一幅圖像是對(duì)另一個(gè)事物的一種表示。圖像的概念4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)物體（object）圖像（image）可見的圖像（visib5數(shù)字圖像處理-0課件60.1 數(shù)字圖像什么是數(shù)字圖像數(shù)字圖像是指一個(gè)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(duì)幅度進(jìn)行等間隔量化。至此，一幅是指圖像是一個(gè)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(duì)應(yīng)不同物理量;

灰度圖象里用灰度表示0.1 數(shù)字圖像什么是數(shù)字圖像7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(duì)應(yīng)不同物理量;

一個(gè)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(gè)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)。這樣，我們可以用f(x,y)來表達(dá)數(shù)字圖像，其中，8數(shù)字圖像的顯示位圖圖像的例子數(shù)字圖像的顯示位圖圖像的例子9數(shù)字圖像的分類根據(jù)每個(gè)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......數(shù)字圖像的分類101.二值圖像每個(gè)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。1.二值圖像112.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(gè)灰度級(jí)。每個(gè)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(jí)的個(gè)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(chǔ)時(shí)的位數(shù)或容量，即8位灰度圖像有28，共256個(gè)灰度級(jí)。2.灰度圖像12數(shù)字圖像處理-0課件133.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(gè)像素的顏色信息由RGB三個(gè)分量構(gòu)成。對(duì)于每一個(gè)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。3.RGB圖像14對(duì)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(jí)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(gè)等級(jí)，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。對(duì)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(jí)來15(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)(207,137,130)(220,179,163)(2164.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(gè)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(chǔ)按一定順序排列著圖像中可能使用的由RGB三個(gè)分量構(gòu)成的顏色信息。有時(shí)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(gè)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。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。17數(shù)字圖像處理-0課件18數(shù)字圖像不同角度的觀察靜態(tài)的灰度圖像：f(x，y)；動(dòng)態(tài)畫面f(x.y.t);函數(shù)值可能是一個(gè)數(shù)值，也可能是一個(gè)向量（對(duì)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(gè)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(shí)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(duì)圖像進(jìn)行表示時(shí)，可以采用成熟的線性系統(tǒng)理論研究。數(shù)字圖像不同角度的觀察靜態(tài)的灰度圖像：f(x，y)；動(dòng)態(tài)19數(shù)字圖像的表示圖0.2數(shù)字圖像的坐標(biāo)約定數(shù)字圖像的表示圖0.2數(shù)字圖像的坐標(biāo)約定20圖像的空間和灰度級(jí)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(huì)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.圖像的空間和灰度級(jí)分辨率1.圖像的空間分辨率(Spati21圖像的空間分辨率例子圖像的空間分辨率例子222.圖像的灰度級(jí)/輻射計(jì)量分辯率 (RadiometricResolution)灰度級(jí)分辨率又稱色階，是指圖像中可分辨的灰度級(jí)數(shù)目，由于灰度級(jí)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?jí)分辨率的逐漸降低，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。2.圖像的灰度級(jí)/輻射計(jì)量分辯率23圖像的灰度級(jí)/輻射計(jì)量分辯率例子圖像的灰度級(jí)/輻射計(jì)量分辯率例子240.2數(shù)字圖像處理與識(shí)別0.2.1從圖像處理到圖像識(shí)別1.數(shù)字圖像處理對(duì)一個(gè)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(duì)圖像的修改或增強(qiáng)。2.數(shù)字圖像分析對(duì)感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測和測量，獲得距離、目標(biāo)對(duì)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(shí)別圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和相互關(guān)系，識(shí)別出目標(biāo)對(duì)象的類別，從而理解圖像的含義。例如光學(xué)字符識(shí)別(OCR)、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、人臉識(shí)別、自動(dòng)駕駛、醫(yī)學(xué)圖像和地貌圖像的自動(dòng)判讀理解等.0.2數(shù)字圖像處理與識(shí)別0.2.1從圖像處理到圖像識(shí)別25數(shù)字圖像處理、分析和識(shí)別的關(guān)系數(shù)字圖像處理、分析和識(shí)別的關(guān)系260.2.2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(shí)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.0.2.2機(jī)器視覺270.2.3數(shù)字圖像處理和識(shí)別的一些應(yīng)用0.2.3數(shù)字圖像處理和識(shí)別的一些應(yīng)用280.3數(shù)字圖像處理的預(yù)備知識(shí)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(duì)角鄰域P的4鄰域P的8鄰域P的對(duì)角鄰域0.3數(shù)字圖像處理的預(yù)備知識(shí)鄰接性、連通性、區(qū)域和邊界P的29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(gè)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(gè)像素P和Q是4鄰接的。對(duì)于兩個(gè)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(gè)子集是鄰接的。(a)4鄰接示意圖(b)8鄰接示意圖鄰接性(a)4鄰接示意圖(b)8鄰接示意圖30連通性通路：像素P到像素Q的通路(Path)指的是一個(gè)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(shí)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(gè)通路，則可以稱2個(gè)像素P和Q在S中是連通的。對(duì)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(gè)連通分量，則集合S叫做連通集.連通性31區(qū)域和邊界令R是圖像中的一個(gè)像素子集，如果R同時(shí)是連通集，則稱R為一個(gè)區(qū)域(Region)；邊界的概念是相對(duì)于區(qū)域而言的；一個(gè)區(qū)域的邊界（或邊緣、輪廓）是區(qū)域中所有包含一個(gè)或多個(gè)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(gè)像素及其直接鄰域的局部性質(zhì)，是一個(gè)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)。區(qū)域和邊界32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(gè)像素，若滿足（1）非負(fù)性：，當(dāng)且僅當(dāng)p=q時(shí)，（2）對(duì)稱性：；（3）三角不等式：；則稱為距離的度量函數(shù)。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33距離度量的幾種方法像素間的幾種距離

歐氏距離

城區(qū)距離

棋盤距離距離度量的幾種方法像素間的幾種距離