图像处理Chap 1 Introduction

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1.1 概念(3) What is Digital Image?
• 数字图像
一幅图像可以定义为
一 个 二 维 函 数 f(x,y) ， 空间坐标(x,y)上的值 f称为该点图像的灰 度。当(x,y)和幅值 f
为离散数值时，称
该图像为数字图像。
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1.1 概念(3) What is Digital Image Processing?
• 1981年，IBM公司推出个人计算机 • 20世纪80年代，出现了VLSL（very large scale integration） • 现在，已出现了ULSI（ultra large scale integration)
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1.2 The Origins of Digital Image Processing (5)
Ｘ射线管是带有阴极和阳极的 真空管。阴极加热释放自由电子， 这些电子以很高的速度向阳极流 动，当电子撞击一个原子核时， 能量被释放并形成Ｘ射线辐射。 Ｘ射线的能量由另一边的阳极 电压控制，而Ｘ射线的数量由施 加于阴极灯丝的电源控制。
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1.3.3 紫外波段成像 Imaging in the Ultraviolet Band
• Security and rights protection
– Encryption(编密码) and watermarking
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1.1 概念(2) Why Digital?
• “Exactness”
– Perfect reproduction without degradation – Perfect duplication of processing result •

第一台用于图像处理的大型计算机出现在20世纪60年代。
利用计算机技术改善空间探测器发回的图像工作，始于美 国加利福尼亚的喷汽推进实验室。
下图是1964年7月31日，拍摄的月球图像。
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1.2 The Origins of Digital Image Processing (6)

20世纪60年代开始，数字图像处理技术开始用于医学图像、 地球遥感监测和天文学等领域。
• Easy storage and transmission
– 1 CD can store hundreds of family photos! – Paperless transmission of high quality photos through network within seconds
Digital Image Processing
Ying Shi School of Automation a_laly@
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第１章 绪论 Introduction (1)
数字图像处理主要源于两个应用领域：
• 便于人们分析，并对图像信息进行改进。
• 使机器自动理解，对图像数据进行储存、 传输及显示。
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1.3.6 无线电波成像(2) Imaging in the Radio Band
几种电磁波谱中的蟹状脉冲星图像比较
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1.3.7 其他图像模式应用的实例－声波成像
为了获取海洋图像，能源通常由两个位于船后部的空气枪组成， 返回的声波由臵于船后部电缆中的水听器检测。
水听器放臵在海底，或用浮子悬吊着。两个空气枪交替加压至 2000psi，然后爆炸，船的恒定运动提供一个横向运动，通过返 回声波产生一幅海洋底部地下结构的三维图像。
重要技术进步
• 1948年，贝尔实验室发明了晶体三极管 • 20世纪50年代至60年代，高级编程语言 (COBOL,FORTRAN)的开发 • 1958年，发明了IC (integrated circuit) • 20世纪60年代，早期操作系统的发展
• 20世纪70年代，Intel公司开发了微处理器
雷达波可以穿透云层，在一定条件下还可以通过植被、冰层 和极干燥的沙漠。 成像雷达的工作原理像一个闪光照相机，它自己提供照明 （微波脉冲）去照亮地面的一个地区，并快速拍摄图像。
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1.3.6 无线电波成像(1)Imaging in the Radio Band
无线电波用于磁共振成像(MRI)。
该技术把病人放在强磁场中并使无线电短波脉冲通过病人 的身体，每个脉冲将导致一个病人组织发射的无线电响应脉 冲，这些信号发生的位臵和强度由计算机确定，从而产生一 个病人的横截面。
Sonka, V. Hlavac, and R. Boyle，人民邮电出版社 3. 4. 5. 图像处理和分析，章毓晋， 清华大学出版社 数字图像处理，贾永红，武汉大学出版社 数字图像处理学，阮秋琦，清华大学出版社
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第１章 Introduction (3)
主要内容：
• 数字图像处理的概念 • 数字图像处理的起源 • 数字图像处理的应用实例 • 数字图像处理的基本步骤
• 图像处理系统的部件
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第１章 Introduction (4) 百闻不如一见 “A picture is worth 10,000 words”
•图像在人类感知中扮演最重要的角色。 •60％～80％的信息来自图像 •成像机器可覆盖几乎所有电磁波谱 •还存在其他成像方式（声波，电子显微镜，分形图像等等）
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1.3.1 γ射线成像 Gamma-Ray Imaging
γ是将放射性同位素注射到 病人体内，当这种物质衰 变时放射出γ射线，然后用 γ射线检测器产生图像。
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1.3.2 Ｘ射线成像 X-ray Imaging
X射线是最早用于成像的电磁 辐射源之一。
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1.2 数字图像处理的起源(1) The Origins of Digital Image Processing

数字图像处理最早的应用之一是报纸业。
1921年，用Bartlane 电缆图片传输系统，3小 时成功地把一幅图像从伦敦传到纽约。
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1.2 The Origins of Digital Image Processing (2)
紫外线被用于荧光显微镜 方法，这是显微镜方法中发 展最快的领域。
荧光是19世纪中叶发现的。 当紫外辐射光子与荧光材料 内原子中的电子碰撞时，它 把电子提高到较高的能级， 随后受激电子释放到较低的 能级并以可见光范围内的低 能光子放光。
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1.3.4 可见光及红外线波段成像(1)Imaging in the Visible and Infrared Band
• 数字图像处理的范畴
图像处理、图像分析和计算机视觉是一个连续的统一体， 大致可以按以下三种典型处理来区分这三个学科。 – 低级处理：以输入输出都是图像为特点（例如：对比 度增强）。 – 中级处理：以输入为图像，输出是从图像中提取特征 为特点（如：边缘检出）。 计算机视觉 图像分析 图象处理
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– 高级处理：对图像分析中被
早期的Bartlane 系统可以用5个灰度级对图像编码， 到了1929年，增加到15个。

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1.2 The Origins of Digital Image Processing (3)

1922年，开始使用光学还原技术
该技术在电报接受端用穿空纸带打出图片。
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1.2 The Origins of Digital Image Processing (4)
可见 光在 自动 检测 中的 应用
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1.3.4 Imaging in the Visible and Infrared Band(5)
可见 光在 自动 识别 中的 应用
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1.3.5 微波波段成像Imaging in the Microwave Band
微波波段成像的典型应用是雷达。
成像雷达的独特之处是：在任何范围、任何时间内不考虑气 候、光照条件的收集数据能力。
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1.3.7 其他图像模式应用的实例－超声波成像（1）
超声波系统（一台计算机、由超声波和接受器组成的超声探 头和显示器）向身体传输高频(1～5MHz)声脉冲。 声波传入体内并碰撞组织间的边缘（流体和软组织之间，软 组织和骨之间），声波的一部分返回，一部分声波继续传播直 到达到另一边界并反射。 计算机根据声波在组织中的传播速度和每个回波返回的时间 计算从探头到组织或边界的距离． 系统在屏幕上显示回波的距离和亮度形成的二维图像。
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1.1 数字图像处理的概念(1) Why Do We Process Images? • Enhancement and restoration
– Remove artifacts(人工制品) and scratches from an old photo/movie – Improve contrast and correct blurred images
gray
black
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1.1 概念(5) Digital Image Representation
０ ０
Y
I ( R, C )
Ｃ
f ( X ,Y )
X 图(a)所用的坐标系统常在 屏幕显示中采用。 ０ 图(ｂ)所用的坐标系统常在图 象计算中采用。
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1.1 概念(6) What is Digital Image Processing?
Transmission and Storage
– Convenient & powerful computer-aided processing
– Can perform rather sophisticated processing through hardware or software
– Even kindergareners(幼儿园儿童) can do it!
• Transmission and Storage
– Images from oversea via Internet, or from a remote planet