數(shù)字圖像處理 緒論

數(shù)字圖像處理

DigitalImageProcessing聯(lián)系方式研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)、圖形圖像個(gè)人郵箱lindazsj@163.com公共郵箱teachlearn@163.com

psw:teacher（課件、學(xué)習(xí)資料）辦公地點(diǎn)：弘毅樓C-501虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在的狀態(tài)第3頁(yè)第1章緒論噢噢噢噢

大三了!&%?^o…——快畢業(yè)了——考研？

——工作？故事一個(gè)喝父母血的人農(nóng)民陳幫順有三個(gè)兒子，只有大兒子陳小良考上了大學(xué)。為了供小良完成學(xué)業(yè)，年近50的陳幫順和體弱的老伴不得不賣血換錢，連續(xù)4年，賣出的血量能裝滿兩個(gè)汽油桶。然而，明知父母艱辛的陳小良自從讀大學(xué)后4年都沒(méi)回家，整日沉迷于網(wǎng)吧，荒廢了學(xué)業(yè)，直到被學(xué)校退學(xué)。第4頁(yè)第1章緒論你在哪里這個(gè)事情在2002年5月30日在中央電視臺(tái)的“聊天”節(jié)目播出，在節(jié)目現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)陳幫順含淚呼喚兒子時(shí)，觀眾無(wú)不為之動(dòng)容，而作為當(dāng)事人的小良竟然對(duì)事后千辛萬(wàn)苦找到他的央視記者說(shuō)：“我爸在電視臺(tái)這么說(shuō)我，他有病，他是一個(gè)殘酷無(wú)情的人?！钡降渍l(shuí)是那個(gè)殘酷無(wú)情的人？！學(xué)會(huì)感恩，為自己負(fù)責(zé)任，也為家人負(fù)責(zé)第5頁(yè)第1章緒論你在做什么第6頁(yè)第1章緒論千里之行，始于足下進(jìn)入課程第7頁(yè)第1章緒論課程介紹課程名稱數(shù)字圖像處理：DigitalImageProcessing計(jì)算機(jī)圖像處理：ComputerImageProcessing圖形圖像處理（范圍大，一般作為研究方向）教材《圖像處理和分析教程》章毓晉.人民郵電出版社，

2009年11月第1版第8頁(yè)第1章緒論課程介紹主要參考書《DigitalImageProcessing,SecondEdition》RafaelC.Gonzalez,RichardE.Woods,2002《數(shù)字圖像處理（第二版）》岡薩雷斯等著，阮秋琦等譯.電子工業(yè)出版社，2007課程介紹先修課程（教材P18）數(shù)學(xué)：線性代數(shù)，概率論計(jì)算機(jī)科學(xué)：軟件編程（C++，Matlab）電子學(xué)：信號(hào)處理，電路原理圖像技術(shù)數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域圖像信號(hào)可看作1-D信號(hào)的推廣第9頁(yè)第1章緒論第10頁(yè)第1章緒論課程介紹課程安排專業(yè)必修課（側(cè)重實(shí)用）課堂授課：32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)編程：16學(xué)時(shí)（VC++，OpenCV）考核方式平時(shí)成績(jī)（30%）：

考勤（提問(wèn)）+作業(yè)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告期末考試（70%）：閉卷第11頁(yè)第1章緒論課程介紹學(xué)習(xí)要求一本教材一支筆（課上筆記）一個(gè)作業(yè)本（課下習(xí)題）一個(gè)電子文件夾（ppt；實(shí)驗(yàn)資料；編程）學(xué)習(xí)熱情克服畏難情緒第12頁(yè)第12頁(yè)思考什么是圖像什么是數(shù)字圖像什么是數(shù)字圖像處理學(xué)DIP有什么用第1章緒論第13頁(yè)第1章緒論一幅圖像勝過(guò)千言萬(wàn)語(yǔ)！第14頁(yè)第1章緒論視覺(jué)重要？古語(yǔ)百聞不如一見一目了然眼見為實(shí)，耳聽為虛人類信息的主要傳遞手段視覺(jué)，聽覺(jué)，味覺(jué)，觸覺(jué)等視覺(jué)占75％以上人機(jī)交互目前主要方法：字符、圖形計(jì)算機(jī)接收信息手段單一（鍵盤，鼠標(biāo)）多通道（視覺(jué)、聽覺(jué)、力觸覺(jué)……）第15頁(yè)第1章緒論圖像處理應(yīng)用兩大應(yīng)用需求對(duì)圖像信息的改進(jìn)機(jī)器自動(dòng)理解：使計(jì)算機(jī)具有視覺(jué)提取人臉，為進(jìn)行人臉識(shí)別第16頁(yè)第1章緒論圖像處理應(yīng)用航空航天登月、火星照片處理1969-1972年，6次登月成功第17頁(yè)第1章緒論圖像處理應(yīng)用軍事公安導(dǎo)彈制導(dǎo)偵察照片的處理指紋識(shí)別、人臉識(shí)別車牌自動(dòng)識(shí)別第18頁(yè)第1章緒論圖像處理應(yīng)用第19頁(yè)第1章緒論工業(yè)及實(shí)際應(yīng)用需求圖像處理應(yīng)用第20頁(yè)第20頁(yè)圖像處理應(yīng)用第1章緒論第21頁(yè)第21頁(yè)圖像處理應(yīng)用第1章緒論第22頁(yè)第1章緒論圖像處理應(yīng)用文化藝術(shù)電視畫面的數(shù)字編輯動(dòng)畫制作游戲紡織工藝品設(shè)計(jì)發(fā)型設(shè)計(jì)文物資料圖片的修復(fù)其他第23頁(yè)第23頁(yè)課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.掌握?qǐng)D像、數(shù)字圖像、數(shù)字圖像處理等基本概念及DIP各術(shù)語(yǔ)的含義2.掌握典型的DIP方法，建立解決DIP問(wèn)題的基本思路和框架3.學(xué)會(huì)應(yīng)用OpenCV（或Matlab）開發(fā)DIP相關(guān)工程第1章緒論實(shí)驗(yàn)軟件演示第24頁(yè)第1章緒論第1章緒論1.1 圖像及應(yīng)用1.2 圖像工程概述1.3 圖像表示和顯示1.4 圖像存儲(chǔ)與格式第25頁(yè)第1章緒論第1章緒論本章教學(xué)重點(diǎn)和要求重點(diǎn)（1）圖像和像素的表示（2）不同類型的圖像要求（1）了解不同波段的圖像（2）理解圖像工程的三個(gè)層次（3）掌握幾種常見的圖像文件格式1.1圖像及應(yīng)用圖像：用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺(jué)的實(shí)體?？梢钥醋魇菍?duì)物體或場(chǎng)景的一種表現(xiàn)形式圖像（廣義/抽象）

圖像（狹義/具體）第26頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用人類的感知只限于電磁波譜的視覺(jué)波段成像機(jī)器則可以覆蓋幾乎所有電磁波段，從伽馬射線到無(wú)線電波。可見光譜的波長(zhǎng)范圍：400～700nm第27頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用不同波段的圖像1、宇宙

射線圖像2、X射線圖像3、紫外線圖像4、可見光圖像5、紅外線圖像6、無(wú)線電波圖像7、交流電波圖像第28頁(yè)第1章緒論4.不同光照?qǐng)D像1.

射線成像PET(PositronEmissionTomography)，正電子發(fā)射斷層掃描第29頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用

(左圖)伽馬射線骨骼掃描圖像，用于定位診斷位置(感染、癌變)(右圖)顯示在頭部和肺部有癌變（白點(diǎn)部位）1.

射線成像PET(PositronEmissionTomography)，正電子發(fā)射斷層掃描PET原理：給病人注射放射性同位素，同位素衰變時(shí)發(fā)射出正電子。當(dāng)正負(fù)電子相遇時(shí)，兩者消失，產(chǎn)生兩束伽馬射線。用伽馬射線檢測(cè)器收集到放射線，然后利用斷層技術(shù)的基本原理重建斷層圖像。第30頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用1.

射線成像：天文學(xué)第31頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用(左圖)由物體自然輻射得到的天鵝星座環(huán)氣體云圖像(右圖)核反應(yīng)堆中電子真空管發(fā)出的伽馬輻射圖像2.X射線成像1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)主要用于醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)和天文學(xué)中第32頁(yè)第1章緒論(a)SARS胸片

(b)常人胸部X射線圖像1.1圖像及應(yīng)用1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)：利用X射線發(fā)明CAT（ComputerizedAxialtomography,計(jì)算機(jī)化X射線軸向分層造影）技術(shù)，簡(jiǎn)稱CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描)3D圖像：不同角度的大量切片組合在一起

（右為腦CT圖）第33頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用3.紫外線成像第34頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用（左）普通谷物（右）被真菌感染了的谷物4.可見光成像電磁波譜中可見光波段在所有波段中是我們最熟悉的，這一波段成像應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它波段。應(yīng)用：光顯微鏡、天文學(xué)、遙感、工業(yè)和法律強(qiáng)制實(shí)施上的應(yīng)用光顯微鏡：從藥物到材料特性的顯微檢測(cè)。第35頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用4.可見光成像第36頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用可見光顯微鏡圖像示例(a)紫杉酚(抗癌劑，250倍)(b)膽固醇(40倍)(c)微處理器(60倍)(d)鎳氫化物薄片(600倍)(e)音頻CD表面（1750倍）(f)有機(jī)超導(dǎo)(450倍)5.紅外線成像第37頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用北美洲夜景紅外衛(wèi)星圖像5.紅外線成像第38頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用全球夜景紅外衛(wèi)星圖像第39頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用6.無(wú)線電波成像用于MRI（MagneticResonanceImaging，磁共振成像）人的MRI圖像(膝蓋和頸椎)1.1圖像及應(yīng)用圖像類型：

{廣義}

圖片，動(dòng)畫，繪圖，文字/檔，... {狹義}

單幅

序列圖像，... 靜止

運(yùn)動(dòng)圖像（視頻），... 2-D

3-D，彩色，立體對(duì)， 多光譜，多視場(chǎng)圖像，...

灰度

深度，紋理圖像，...第40頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用不同類型的圖像1、3-D圖像（2D疊加） 6、深度圖像2、彩色圖像 7、紋理圖像

3、多光譜圖像 8、投影重建圖像

4、立體圖像（雙目）9、合成圖像

5、序列圖像第41頁(yè)第1章緒論彩色圖像及其三個(gè)分量圖第42頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用3.多光譜圖像：航空航天飛機(jī)遙感、衛(wèi)星遙感雷達(dá)、衛(wèi)星、攝像機(jī)等遙感探測(cè)所使用的電磁波波段是從紫外線、可見光、紅外線到微波的光譜段第43頁(yè)第1章緒論1.1圖像及應(yīng)用航空航天氣象預(yù)報(bào)安德魯颶風(fēng)的多光譜圖像第44頁(yè)第1章緒論第1章緒論1.1 圖像及應(yīng)用1.2 圖像工程概述1.3 圖像表示和顯示1.4 圖像存儲(chǔ)與格式第45頁(yè)第1章緒論1.2圖像工程概述圖像工程：不同層次圖像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合及應(yīng)用圖像工程三層次：圖像處理（圖像—>圖像）圖像分析（圖像—>數(shù)據(jù)）圖像理解（圖像—>解釋）

第46頁(yè)第1章緒論1.2圖像工程概述數(shù)字圖像處理圖像處理：輸入輸出都是圖像，涉及基本操作，如降低噪聲的圖像預(yù)處理、對(duì)比度增強(qiáng)和圖像銳化（圖像）圖像分析：圖像分割及目標(biāo)的描述，輸出是目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)（特征）圖像理解：目標(biāo)物體及相互關(guān)系的理解，輸出是更抽象的數(shù)據(jù)（語(yǔ)義）本課程內(nèi)容：圖像處理和分析例：P20習(xí)題1.3第47頁(yè)第1章緒論1.2圖像工程概述圖像工程的三個(gè)層次圖像處理、圖像分析和圖像理解

第48頁(yè)第1章緒論1.2圖像工程概述相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī) 圖形學(xué)、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)

第49頁(yè)第1章緒論1.2圖像工程概述DIP學(xué)科發(fā)展史-最早可追溯到20世紀(jì)20年代電報(bào)打印機(jī)-20世紀(jì)60年代以后才逐漸發(fā)展起來(lái)（被電子計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展帶動(dòng)）DIP學(xué)科特點(diǎn)：

-廣：多學(xué)科交叉，內(nèi)容繁雜

-新：仍然處于研究ing（變化中）

-深：研究性強(qiáng)，部分內(nèi)容有難度本課程強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)應(yīng)用。

第50頁(yè)第1章緒論第1章緒論1.1 圖像及應(yīng)用1.2 圖像工程概述1.3 圖像表示和顯示1.4 圖像存儲(chǔ)與格式1.3圖像表示和顯示圖像：二維函數(shù)f(x,y)2-D數(shù)組

x，

y：2-D空間XY中坐標(biāo)點(diǎn)的位置

f：代表圖像在點(diǎn)(x,y)的某種性質(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。 灰度圖像里用灰度表示第51頁(yè)第1章緒論1.3圖像表示和顯示數(shù)字圖像數(shù)字化：對(duì)x，y和f在整數(shù)空間進(jìn)行離散化數(shù)字圖像（DigitalImage）坐標(biāo)x,y和幅值

f均為有限的離散數(shù)值的圖像數(shù)字圖像中f，x，y的取值范圍是_________。第52頁(yè)第1章緒論整數(shù)集合1.3圖像表示和顯示屏幕坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系第53頁(yè)第1章緒論1.3圖像表示和顯示圖像的基本單元稱為圖像元素，簡(jiǎn)稱像素。數(shù)字圖像是由像素(pixel)組成的，

每個(gè)像素都具有特定的位置和幅值。第54頁(yè)第1章緒論1.3圖像表示和顯示像素也可用f(x,y)來(lái)表示此時(shí)，(x,y)表示某個(gè)像素的空間位置，

而f則表示該像素的灰度數(shù)值。圖像的矩陣表示

圖像的矢量表示

第55頁(yè)第1章緒論1.3圖像表示和顯示圖像顯示 將圖像數(shù)據(jù)以2-D圖形式（亮度模式的空間排列，在空間(x,y)處顯示對(duì)應(yīng)f的亮度）展示出來(lái)。 可以顯示圖像的設(shè)備有許多種： 電視顯示器 陰極射線管（CRT）、LCD

各種打印設(shè)備第56頁(yè)第1章緒論第57頁(yè)第1章緒論第1章緒論1.1 圖像及應(yīng)用1.2 圖像工程概述1.3 圖像表示和顯示1.4 圖像存儲(chǔ)與格式1.4圖像存儲(chǔ)與格式圖像存儲(chǔ)：同一般數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器件圖像文件格式

(1)

BMP格式：Windows系統(tǒng)用的位圖文件

(2)

GIF格式：可存放多幅圖像（動(dòng)畫）

(3)

TIF(F)格式：獨(dú)立于OS和FS，便于交換

(4)

JPEG格式：壓縮標(biāo)準(zhǔn)

第58頁(yè)第1章緒論1.4圖像存儲(chǔ)與格式1.BMP（BitMap）位圖文件

第59頁(yè)第1章緒論文件頭位圖信息（調(diào)色板）圖像數(shù)據(jù)(位圖陣列)文件類型、大小、位圖陣列的起始位置等圖像分辨率、每個(gè)像素的位數(shù)原始圖像中每個(gè)像素的值，從左下角開始，從左到右，從下到上依次排列掃描1.4圖像存儲(chǔ)與格式1.BMP（BitMap）位圖文件擴(kuò)展名.bmp位圖文件頭（表頭）：54個(gè)字節(jié)位圖信息（調(diào)色板）：每個(gè)像素的位數(shù)

1:二值圖4:16色8:256色24:真彩色位圖陣列（即圖像數(shù)據(jù)）

存儲(chǔ)每個(gè)像素的值

第6