图像技术基础ppt课件
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► [3]Kenneth R. Castleman: Digital Image Processing, PRENTICE HALL Inc., 1996.
► [4] Maria Petrou, Panagiota Bosdogianni, Image Processing, The Fundamentals, JOHN WILEY & SONS, LTD. 1999。
10
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2） 遥感航天中的应用
(1) 军事侦察、定位、引导、指挥等应用； (2)多光谱卫星图像分析； (3)地形、地图、国土普查； (4)地质、矿藏勘探； (5)森林资源探查、分类、防火； (6)水利资源探查，洪水泛滥监测； (7)海洋、渔业方面如温度、渔群的监测预报； (8)农业方面如谷物估产、病虫害调查； (9)自然灾害、环境污染的监测； (10)气象、天气预报图的合成分析预报； (11)天文、太空星体的探测及分析； (12)交通、空中管理、铁路选线等。
50
50
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(7)图像分辨率 指该图像在空间域上的采样数。指单位图像线
性尺寸中所包含的像素数目，通常以像素／英寸 （ppi）为计量单位.
52
52
显示器分辨率是指显示器上每单位长度显示的像素或 点的数目，通常以点／英寸（dpi）为计量单位。
打印机分辨率是指打印机每英寸产生的油墨点数，大 多数激光打印机的输出分辨率为300dpi ~600dpi， 高档的激光照排机在1200dpi以上。
1）生物医学中的应用：
(1)显微图像处理； (2)DNA(脱氧核糖核酸)显示分析； (3)红、白血球分析计数； (4)虫卵及组织切片的分析； (5)癌细胞识别； (6)染色体分析； (7)DSA(心血管数字减影)及其他减影技术； (8)内脏大小形状及异常检查；
9
9
(9)微循环的分析判断； (10)心脏活动的动态分析； (11)热像分析，红外像分析； (12)X光照片增强、冻结及伪彩色增强； (13)超声图像成像、冻结、增强及伪彩色处理； (14)CT，MRI，射线照相机，正电子和质子CT的应用； (15)专家系统如手术PLANNING规划的应用； (16)生物进化的图像分析。
21
22
22
23
23
医学应用：通过CT及核磁共振、超声波、 X射线成像的 分析等，可提供医学诊断依据。
24
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X 线 片
ECT:
CT片
MRI
25
25
CT (Computed Tomography)
计算机断层摄影术
肝脏和胃的横断平面 CT 图像
CT 扫描投射成像
26
26
地球资源勘探
27
27
遥感：农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害
监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构造解译、 找矿，环境污染检测等等。
28
28
29
29
30
30
1998年长江（枝城-岳阳）洪涝灾害监测
31
31
工业生产：无损探伤，石油勘探，生产过程自动化
（识别零件，装配质量检查），工业机器 人研制等。
32
32
12
12
4）军事、公安领域中的应用
(1)巡航导弹地形识别； (2)指纹自动识别； (3)罪犯脸形的合成； (4)雷达地形侦察； (5)遥控飞行器的引导； (6)目标的识别与制导； (7)警戒系统及自动火炮控制； (8)反伪装侦察； (9)手迹、人像、印章的鉴定识别； (10)过期档案文字的复原； (11)集装箱的不开箱检查。
56
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坐标系：f (x, y)和 I(r, c)
y
一个像素
f(x,y）
N-1· · · · · · · ·
········
┇ ········
········ 3 ········
2 ········
1 ········
0 ········
x
O 0 1 2 3 ┅ M-1
原点
原点
O 0 1 2 3 …N-1
风云1号
风云2号
38
38
气象预报 气象云图
39
39
计算机合成图像
41
41
广告设计
42
42
第1章 图像技术基础
1.1 图像和像素 1.2 像素间联系 1.3 图像坐标变换 1.4 图像显示 1.5 采样和量化 1.6 图像存储与格式 1.7 图像技术及分类
43
43
1.1图像和数字图像
1、基本概念
fM2
f1N
f2N
f
MN
矢量
F f1 f2 f N
fi f1i f 2i f Mi T i 1, 2, , N
55
55
坐标系：f (x, y)和 I(r, c)
(a)数字图像显示的坐标系统 (b)数字图像运算的坐标系统
数字图像的坐标表示
► 数字图像处理是一个跨学科的前沿科技领域，它与数 学、光学、电子学、计算机技术、成像技术、视觉心 理学、视觉生理学、计算机视觉和人工智能密切相关。
4
4
BMP图像 256color 640x480
5
5
数字图像处理的重要性
► 图象是人们从客观世界取得信息的重要来源。 人类传递信息的主要媒介是语音和图像。在接受的信息 中，听觉信息占20％，视觉信息占60％，其他如味觉、 触觉、嗅觉总的加起来不过占20％。
影印版由电子工业出版社出版, 有中文译本, 但翻译错误甚多.
2
2
其它参考书：
► [1] Rafael C. Gonzalez : Digital Image Processing, (Second Edition) PRENTICE HALL Inc., 2003.
► [2] Rafael C. Gonzalez : Digital Image Processing using MATLAB PRENTICE HALL Inc., 2003.
简称为像素（pixel）；
看上去一个“像素” 就是一个正方形的色 块，事实上，“像素” 是一个纯理论的概念， 它没有形状也没有尺 寸，看不见摸不着， 只存在于理论计算中。
58
58
59
59
1.2 像素间联系
1、像素邻域 每个像素的由近邻像素组成的邻域 4-邻域（4-neighborhood），记为N4(p) 4个对角近邻像素 8-邻域：4个4-邻域近邻像素加上4个对角
（1）图：是物体反射或者透射电磁波的分布。 （2）像：是人的视觉系统对接收的图信息在大脑中形 成的印象。 （3）图像：是“图”和“像”的结合。具体来说，就 是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获 得的、可以直接或间接作用于人的视觉系统而产生的视 知觉实体。
45
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图象（广义/抽象） 图像（狭义/具体）
(2)对角相邻像素与4-对角邻域
设图像中的像素p位于(x，y)处，则p的对角相邻
像素ri最多可有4个，其坐标分别为： (x-1,y-1),(x-1,y+1),(x+1,y-1),(x+1,y+1)
由这4个像素组成的集合称为像素p的4-对角邻域,
记为ND(p)。
s
s
p
s
s
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(3)8-邻域
把像素p的4-对角邻域像素和4-邻域像素组成的 集合称为像素p的8-邻域，记为N8(p)。
13
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5）其他应用
(1)图像的远距通信； (2)多媒体计算机系统及应用； (3)电视电话； (4)服装试穿显示； (5)理发发型预测显示； (6)电视会议； (7)办公自动化、现场视频管理； (8)文字、图像电视广播。
14
14
应用实例
15
15
16
16
17
17
18
181919源自202021
图像介质中。 (5)灰度图像
每个像素都是介于黑和白之间的一个灰度颜色 ，没有彩色信息，这样的图像称之为灰度图像。
47
47
48
48
每一个小方块分别对应0~255之中的 每一个灰度级，灰度级由低到高排列， 左上是纯黑色，右下是纯白色。
49
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(6)彩色图像 计算机图像处理中常用的颜色模型是RGB模型，这 里R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色。如果允许 R、G、B分量不相同，图像就会呈现出彩色信息， 形成彩色图像。
{广义} {狭义}
图片，动画，绘图，文字/档，...
单幅 序列图象，... 静止 运动图象（视频），... 2-D 3-D，彩色，立体对，
多光谱,多视场图象，... 灰度 深度，纹理图象，...
46
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(4)模拟图像 与数字图像对应的概念叫模拟图像 。 模拟图像中的图像信号是以连续的形式存在于
11
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3）工业应用
(1)CAD和CAM技术用于模具、零件制造、服装、印染业； (2)零件、产品无损检测，焊缝及内部缺陷检查； (3)流水线零件自动检测识别(供装配流水线用)； (4)邮件自动分拣、包裹分拣识别； (5)印制板质量、缺陷的检查； (6)生产过程的监控； (7)交通管制、机场监控； (8)纺织物花型、图案设计； (9)密封元器件内部质量检查； (10)光弹性场分析； (11)标识、符号识别如超级市场算账、火车车皮识别； (12)支票、签名、文件识别及辨伪； (13)运动车、船的视觉反馈控制。
军事：
航空及卫星侦察照片的测绘、判读，雷达、 声纳 图像处理，导弹制导，军事仿真等。
33
33
军事目标跟踪 隐形飞机、定位轰炸3344
通信：图像传真，数字电视、网络可视聊天、
可视 电话网页动画等。
35
35
空间探索
36
36
公安：指纹识别，印签、伪钞识别，安检，
手迹、印 记鉴别分析等。
37
37
气象预报：获取气象云图进行测绘、判读等。
1) 依赖于计算机软硬件技术; 2) 从新闻媒介、空间探索到医
学图像、地球遥感监测、天 文学等领域。 3) 伦琴发现X射线于1901获得 诺贝尔物理奖; Godfrey N. Hounsfield和 Allan M. Cormack发明CT技 术于1979年获得诺贝尔医学 奖.
8
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数字图像处理技术的应用领域
► 图像信息处理是人类视觉延续的重要手段。 人的眼睛只能看到可见光部分，波长为380nm～780nm （1nm=10-9m），而迄今为止人类发现可成像的射线 已有多种，如：射线、X射线、紫外线、红外线、微波、 声波, 扩大了人类认识客观世界的能力。
6
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数字图像处理技术的起源
7
7
数字图像处理技术的发展
srs rpr srs
63
63
像素的邻接性与连通性
自学！
64
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像素间的距离
距离量度函数
3个像素 p，q，r，
(1) (D( p,q) 0 (D( p, q) 0 当且仅当 p q)
数字图像处理技术
Digital Image Processing Technique
1
Notice
教材 章毓晋编著 《图像处理和分析技术》高等教育出版社
参考书目 Rafael C. Gonzalez & Richard E. Woods, Digital Image Processing (Second Edition), Prentice Hall. ISBN 7-5053-7798
0 ········
y
1 ········
2 ········
3 ········
········
┇ ········
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M-1· · · · · · · ·
f(x,y) 一个像素
x
(a)数字图像显示的坐标系统 (b)数字图像运算的坐标系统
数字图像的坐标表示
57
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每个(x,y)对应数字图像中 的一个基本单元，称其为图 像元素(picture element)，
53
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2、图像表示
2-D数组 f (x, y)
x ， y：2-D空间XY中坐标点的位置 f：代表图像在(x, y)的性质F 的数值 f，x，y 的值可以是任意实数
性质F : 可对应不同物理量 灰度图像里用灰度表示
54
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矩阵
f11
F
f 21
f
M
1
f12 f22
3
3
数字图像处理背景知识
► 数字图像处理是一门新兴学科，起源于20世纪20年代， 20世纪60年－70年代得到迅速发展。80年代中－90年 代才形成独立的学科体系。
► 数字图像处理，就是采用计算机对图像进行信息加工。 图像处理的主要内容有：图像的采集、增强、复原、 变换、编码、重建、分割、配准、嵌拼、融合、特征 提取、模式识别和图象理解。
邻域像素合起来构成p的
60
60
(1)相邻像素与4-邻域
设图像中的像素p位于(x，y)处，则p在水平方向
和垂直方向相邻的像素qi最多可有4个，其坐标分别为： （x-1，y）,（x，y-1）,（x，y+1）,（x+1，y）
由这4个像素组成的集合称为像素p的4-邻域,记为
N4(p)。
r rpr
r
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► [4] Maria Petrou, Panagiota Bosdogianni, Image Processing, The Fundamentals, JOHN WILEY & SONS, LTD. 1999。
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2） 遥感航天中的应用
(1) 军事侦察、定位、引导、指挥等应用； (2)多光谱卫星图像分析； (3)地形、地图、国土普查； (4)地质、矿藏勘探； (5)森林资源探查、分类、防火； (6)水利资源探查，洪水泛滥监测； (7)海洋、渔业方面如温度、渔群的监测预报； (8)农业方面如谷物估产、病虫害调查； (9)自然灾害、环境污染的监测； (10)气象、天气预报图的合成分析预报； (11)天文、太空星体的探测及分析； (12)交通、空中管理、铁路选线等。
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(7)图像分辨率 指该图像在空间域上的采样数。指单位图像线
性尺寸中所包含的像素数目，通常以像素／英寸 （ppi）为计量单位.
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显示器分辨率是指显示器上每单位长度显示的像素或 点的数目，通常以点／英寸（dpi）为计量单位。
打印机分辨率是指打印机每英寸产生的油墨点数，大 多数激光打印机的输出分辨率为300dpi ~600dpi， 高档的激光照排机在1200dpi以上。
1）生物医学中的应用：
(1)显微图像处理； (2)DNA(脱氧核糖核酸)显示分析； (3)红、白血球分析计数； (4)虫卵及组织切片的分析； (5)癌细胞识别； (6)染色体分析； (7)DSA(心血管数字减影)及其他减影技术； (8)内脏大小形状及异常检查；
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(9)微循环的分析判断； (10)心脏活动的动态分析； (11)热像分析，红外像分析； (12)X光照片增强、冻结及伪彩色增强； (13)超声图像成像、冻结、增强及伪彩色处理； (14)CT，MRI，射线照相机，正电子和质子CT的应用； (15)专家系统如手术PLANNING规划的应用； (16)生物进化的图像分析。
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医学应用：通过CT及核磁共振、超声波、 X射线成像的 分析等，可提供医学诊断依据。
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X 线 片
ECT:
CT片
MRI
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CT (Computed Tomography)
计算机断层摄影术
肝脏和胃的横断平面 CT 图像
CT 扫描投射成像
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地球资源勘探
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遥感：农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害
监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构造解译、 找矿，环境污染检测等等。
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1998年长江（枝城-岳阳）洪涝灾害监测
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工业生产：无损探伤，石油勘探，生产过程自动化
（识别零件，装配质量检查），工业机器 人研制等。
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4）军事、公安领域中的应用
(1)巡航导弹地形识别； (2)指纹自动识别； (3)罪犯脸形的合成； (4)雷达地形侦察； (5)遥控飞行器的引导； (6)目标的识别与制导； (7)警戒系统及自动火炮控制； (8)反伪装侦察； (9)手迹、人像、印章的鉴定识别； (10)过期档案文字的复原； (11)集装箱的不开箱检查。
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坐标系：f (x, y)和 I(r, c)
y
一个像素
f(x,y）
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原点
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O 0 1 2 3 …N-1
风云1号
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气象预报 气象云图
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计算机合成图像
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广告设计
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第1章 图像技术基础
1.1 图像和像素 1.2 像素间联系 1.3 图像坐标变换 1.4 图像显示 1.5 采样和量化 1.6 图像存储与格式 1.7 图像技术及分类
43
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1.1图像和数字图像
1、基本概念
fM2
f1N
f2N
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矢量
F f1 f2 f N
fi f1i f 2i f Mi T i 1, 2, , N
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坐标系：f (x, y)和 I(r, c)
(a)数字图像显示的坐标系统 (b)数字图像运算的坐标系统
数字图像的坐标表示
► 数字图像处理是一个跨学科的前沿科技领域，它与数 学、光学、电子学、计算机技术、成像技术、视觉心 理学、视觉生理学、计算机视觉和人工智能密切相关。
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BMP图像 256color 640x480
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数字图像处理的重要性
► 图象是人们从客观世界取得信息的重要来源。 人类传递信息的主要媒介是语音和图像。在接受的信息 中，听觉信息占20％，视觉信息占60％，其他如味觉、 触觉、嗅觉总的加起来不过占20％。
影印版由电子工业出版社出版, 有中文译本, 但翻译错误甚多.
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其它参考书：
► [1] Rafael C. Gonzalez : Digital Image Processing, (Second Edition) PRENTICE HALL Inc., 2003.
► [2] Rafael C. Gonzalez : Digital Image Processing using MATLAB PRENTICE HALL Inc., 2003.
简称为像素（pixel）；
看上去一个“像素” 就是一个正方形的色 块，事实上，“像素” 是一个纯理论的概念， 它没有形状也没有尺 寸，看不见摸不着， 只存在于理论计算中。
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1.2 像素间联系
1、像素邻域 每个像素的由近邻像素组成的邻域 4-邻域（4-neighborhood），记为N4(p) 4个对角近邻像素 8-邻域：4个4-邻域近邻像素加上4个对角
（1）图：是物体反射或者透射电磁波的分布。 （2）像：是人的视觉系统对接收的图信息在大脑中形 成的印象。 （3）图像：是“图”和“像”的结合。具体来说，就 是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获 得的、可以直接或间接作用于人的视觉系统而产生的视 知觉实体。
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图象（广义/抽象） 图像（狭义/具体）
(2)对角相邻像素与4-对角邻域
设图像中的像素p位于(x，y)处，则p的对角相邻
像素ri最多可有4个，其坐标分别为： (x-1,y-1),(x-1,y+1),(x+1,y-1),(x+1,y+1)
由这4个像素组成的集合称为像素p的4-对角邻域,
记为ND(p)。
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(3)8-邻域
把像素p的4-对角邻域像素和4-邻域像素组成的 集合称为像素p的8-邻域，记为N8(p)。
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5）其他应用
(1)图像的远距通信； (2)多媒体计算机系统及应用； (3)电视电话； (4)服装试穿显示； (5)理发发型预测显示； (6)电视会议； (7)办公自动化、现场视频管理； (8)文字、图像电视广播。
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应用实例
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图像介质中。 (5)灰度图像
每个像素都是介于黑和白之间的一个灰度颜色 ，没有彩色信息，这样的图像称之为灰度图像。
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每一个小方块分别对应0~255之中的 每一个灰度级，灰度级由低到高排列， 左上是纯黑色，右下是纯白色。
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(6)彩色图像 计算机图像处理中常用的颜色模型是RGB模型，这 里R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色。如果允许 R、G、B分量不相同，图像就会呈现出彩色信息， 形成彩色图像。
{广义} {狭义}
图片，动画，绘图，文字/档，...
单幅 序列图象，... 静止 运动图象（视频），... 2-D 3-D，彩色，立体对，
多光谱,多视场图象，... 灰度 深度，纹理图象，...
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(4)模拟图像 与数字图像对应的概念叫模拟图像 。 模拟图像中的图像信号是以连续的形式存在于
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3）工业应用
(1)CAD和CAM技术用于模具、零件制造、服装、印染业； (2)零件、产品无损检测，焊缝及内部缺陷检查； (3)流水线零件自动检测识别(供装配流水线用)； (4)邮件自动分拣、包裹分拣识别； (5)印制板质量、缺陷的检查； (6)生产过程的监控； (7)交通管制、机场监控； (8)纺织物花型、图案设计； (9)密封元器件内部质量检查； (10)光弹性场分析； (11)标识、符号识别如超级市场算账、火车车皮识别； (12)支票、签名、文件识别及辨伪； (13)运动车、船的视觉反馈控制。
军事：
航空及卫星侦察照片的测绘、判读，雷达、 声纳 图像处理，导弹制导，军事仿真等。
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军事目标跟踪 隐形飞机、定位轰炸3344
通信：图像传真，数字电视、网络可视聊天、
可视 电话网页动画等。
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空间探索
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公安：指纹识别，印签、伪钞识别，安检，
手迹、印 记鉴别分析等。
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气象预报：获取气象云图进行测绘、判读等。
1) 依赖于计算机软硬件技术; 2) 从新闻媒介、空间探索到医
学图像、地球遥感监测、天 文学等领域。 3) 伦琴发现X射线于1901获得 诺贝尔物理奖; Godfrey N. Hounsfield和 Allan M. Cormack发明CT技 术于1979年获得诺贝尔医学 奖.
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数字图像处理技术的应用领域
► 图像信息处理是人类视觉延续的重要手段。 人的眼睛只能看到可见光部分，波长为380nm～780nm （1nm=10-9m），而迄今为止人类发现可成像的射线 已有多种，如：射线、X射线、紫外线、红外线、微波、 声波, 扩大了人类认识客观世界的能力。
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数字图像处理技术的起源
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数字图像处理技术的发展
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像素的邻接性与连通性
自学！
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像素间的距离
距离量度函数
3个像素 p，q，r，
(1) (D( p,q) 0 (D( p, q) 0 当且仅当 p q)
数字图像处理技术
Digital Image Processing Technique
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Notice
教材 章毓晋编著 《图像处理和分析技术》高等教育出版社
参考书目 Rafael C. Gonzalez & Richard E. Woods, Digital Image Processing (Second Edition), Prentice Hall. ISBN 7-5053-7798
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f(x,y) 一个像素
x
(a)数字图像显示的坐标系统 (b)数字图像运算的坐标系统
数字图像的坐标表示
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每个(x,y)对应数字图像中 的一个基本单元，称其为图 像元素(picture element)，
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2、图像表示
2-D数组 f (x, y)
x ， y：2-D空间XY中坐标点的位置 f：代表图像在(x, y)的性质F 的数值 f，x，y 的值可以是任意实数
性质F : 可对应不同物理量 灰度图像里用灰度表示
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矩阵
f11
F
f 21
f
M
1
f12 f22
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数字图像处理背景知识
► 数字图像处理是一门新兴学科，起源于20世纪20年代， 20世纪60年－70年代得到迅速发展。80年代中－90年 代才形成独立的学科体系。
► 数字图像处理，就是采用计算机对图像进行信息加工。 图像处理的主要内容有：图像的采集、增强、复原、 变换、编码、重建、分割、配准、嵌拼、融合、特征 提取、模式识别和图象理解。
邻域像素合起来构成p的
60
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(1)相邻像素与4-邻域
设图像中的像素p位于(x，y)处，则p在水平方向
和垂直方向相邻的像素qi最多可有4个，其坐标分别为： （x-1，y）,（x，y-1）,（x，y+1）,（x+1，y）
由这4个像素组成的集合称为像素p的4-邻域,记为
N4(p)。
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