第一章 导论

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采样间隔：即离散点之间的距离。取决于所欲保 持原连续图像的细节特征的程度。完全保持原 连续图像的特征（无信息损失）的间隔，由采 样定理给出，即Naguist间隔 T 1 / 2v , v 为原 图像的最大空间频率(灰度的最急剧浓淡变化)。 采样孔径：即离散样点的形状，主要有下述形式
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1.7 数字图像处理的内容及其与其他学科的关系
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数字图像处理(广义)的内容 狭义图像处理(IP) ：对输入图像施加某种变换而 得到新的输出图像，如校正、增强、恢复、压 缩等。 图像分析(IA) ：对图像中感兴趣的目标进行检测 和测量，从而建立对象的描述，输出为数值或 符号。如边缘检测、图像分割、图像分类等模 式识别的内容。 图像理解(IU) ：对图像中的目标作出正确的解释， 即说明目标为何物、有何性质、有何种空间特 征关系等等。
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图像系统及其处理全过程
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1.20 数字图像处理应用领域 生物医学：心、脑电图分析，血管造影，CT等。 遥感技术：土地覆盖识别，资源勘察，水体识别， 云图分析，地震波图像分析，等等。 工业农业：机器人，器件无损检测，信函分拣， 水果分拣，等等。 军事公安：图像制导，军事目标自动搜索，指纹 识别，头像识别，等等。 其他：交通车辆流量自动分析，小区、银行监视 影像分析，等等。
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图像处理和分析 是数字图像处理系统的核心部分，包括计算机和图 像处理软件。 计算机：要求主频高、内存、显存及硬盘容量大。
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图像处理软件：Photoshop，ERDAS，…等等。
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自然景观
数字“图像”
模拟图像(显示)
遥感数字图像形成和显示的过程
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学抽 计象 算事 的物 数和 据科 构自 成然 的景 图观 像本 身
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数字图像 离散数值(通常为整数) 记录在存储介质上的数字
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采样、量化参数对数字图像的影响： －采样间隔变化（分辨率的变化）
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采样、量化参数对数字图像的影响： －量化级数变化（层次的变化）
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1.4 数字图像的类别：
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灰度图像
二值图像
彩色图像
立体图像(对)
fL
fR
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1.5 数字化设备的组成及性能 组成：采样孔(透镜组)、扫描机构、光传感器、 量化器(A/D)、输出存储体 性能：
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遥感数字图像 遥感数字图像是以数字形式记录的二维遥感信息， 即其内容是通过遥感手段获得的，通常是地物不 同波段的电磁波谱信息。
数字图像处理
资源环境与城乡规划管理，地理科学
参考书籍： 1. Pratt, William K. igital.Image.Processing.4th.Edition. 2. Mark S. Nixon, Alberto S. Aguado, Feature Extraction and Image Processing, Second edition. 3. 章毓晋，图像工程，上、下册，清华大学出版社。 4. Kenneth R. Castleman，Digital Image Processing， 清华大学出版社(另有中译本)。 5. 荆仁杰等，计算机图像处理，浙江大学出版社。 6. FRANK Y. SHIH，IMAGE PROCESSING AND PATTERN RECOGNITION---Fundamentals and Techniques 武汉大学资源与环境科学学院刘吉
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以右图为 例说明图 像处理 (校正、 锐化等)、 图像分析 (提取目 标边界或 区域)、 图像理解 (从目标 形态、与 其他目标 的关系、 先验知识 可推测其 为收费站) 之间的联 系和区别。
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三者的关系： 图像处理(狭义)：改善图像；图像分析：提取目 标；图像理解：解释目标。
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图像采集 将模拟图像或景观客体数字化。 核心器件：光电传感器(sensor)＋模数转换器(A/D) 常用设备： 数字照相机 数字摄像机 扫描仪 遥感中的其他传感器
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人口分布 水稻分布
图像数据是记录图像信息的二维数字矩阵
f x, y
Lx x Lx , Ly y Ly ; f , x, y R
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数字图像 用离散的二维数据表达的图像。在空间上 它是一个离散二维点阵，在数值上它是 离散值(通常是整数值)。数字图像在未 被物理地显示出来时只不过是一个二维 数值矩阵而已。 i
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第一章 导论
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第一节 绪论：图像、图像处理应用领域；数字 图像的形成（空间采样与亮度量化）；数字图 像处理系统；
1.1 图像： 图像是光能量的二维分布，称之为模拟(物理)图 像，如客观世界的实际景观、照片、计算机屏 幕上的图像等。模拟图像可用一个二维函数描 述：
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采样方式：即样点的邻接方式，主要有下述形式
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量化：将连续实数的灰度值转换为离散的整数值 的过程称为量化。一幅数字图像中不同灰度值的 个数称为灰度级数,或灰阶数。灰阶数一般取为2 的整数次幂，如常用的2 的8次幂,称为8bit量化。
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f x, y
Lx x Lx , Ly y Ly ; f , x, y R
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图像与图像数据 从图像内容上更广义地说，图像是对客观 景物或抽象事物的二维可视化描述(或表 达)
客观景物 可见光，非可见光 灰度 彩色 红外 微波 抽象事物
42百度文库
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视网膜：视网膜是眼睛的感觉神经层，其结构十分 复杂，仅在0.1-0.5mm的厚度内分成10层。其中的 视细胞包括视杆细胞和视锥细胞，是感光生物元 件。视细胞布满了整个视网膜，但其分布不均匀。 在中央凹处密集了约4000个视锥细胞而无视杆细 胞。一离开中央凹视锥细胞急剧下降，视杆细胞 开始增加。在距离视轴20的地方视杆细胞密度最 大，然后逐渐下降。在视神经乳头(盲点)无视细胞。 视杆细胞约有130106个，视锥细胞约有6.5106个。 视杆细胞感光灵敏度高提供低照度下的视觉响应， 称为暗视觉；视锥细胞提供高照度下的视觉响应， 称为明视觉。虽然视杆细胞量多且感光灵敏，但 对景物细节的识别却是视锥细胞。此外视杆细胞 对对颜色无响应，视锥细胞对颜色敏感。视杆细 胞里有敏光的视紫红质，视锥细胞里有敏红、敏 绿、敏蓝的色素。
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图像通信 图像通信是图像处理的扩展内容之一，更是通信 技术的热门研究领域之一。主要原因是图像负 载了人类80%以上的感知信息，而通信又成为 当今社会IT技术的主流内容，该技术蕴含了极 大的商业利益。 图像通信技术的实现途径有硬件和软件两个方面， 后者包括图像数据压缩与编码。
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LCD
Stereo LCD
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0 0 255
屏幕像素
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255 0
数字信号
电子束
磷点
0
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图像存储 保存图像数据。一般图像的数据量很大。常用设 备有磁盘、磁盘阵列、光盘、磁带等。
磁盘阵列 磁带
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数字化 D/A 摄影成像 扫描成像
显示 A/D
模拟图像 记录在介质上的模拟量 （连续物理量） 照片、图画、电影电视
图像概念的进一步综合
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1.6 图像处理概念及其类型 对图像进行一系列的操作，以得到具有某种预期效 果的结果图像的技术称为图像处理。可分为： 模拟图像处理：用光学和照像技术对模拟图像的处 理。图像光学处理方法具有信息容量大、分辨率 高、目视效果好、可并行处理等优点，但精度不 高、稳定性差，且设备复杂、昂贵，消耗也大。 随着计算机性能价格比的极大提高，计算机图像 处理技术已经以绝对的优势取代了光学处理中的 大部分方法。当然，目前很多的终端图像产品还 是纸介质的，所以光学方法不可能被完全取代。 数字图像处理：利用计算机对数字图像进行的处理。 特点是精度高，再现性好，通用性、灵活性高， 成本低。
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数字图像是为对模拟图像进行存储、处理、分析 的需要而产生的，其始为模拟图像，其终亦为 模拟图像，因为客观世界的景观是物理的，人 所能感觉为“影象”的图像也必须是物理的。 1.3 图像数字化 在模拟图像的数学描述中，图像的空间坐标和灰 度值都是连续的实数。要用计算机对图像进行 处理，则需要将空间坐标和灰度值都进行离散 化处理，这一过程即称为图像的数字化 (Digitization)。它包括采样(sampling)和量化 (quantization)两个方面 采样：将空间上连续的图像变换为离散点的操作 称为采样。
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相关学科：图像处理，模式识别，计算机图形学， 人工智能，专家系统等。
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1.9 数字图像处理系统
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包括4大模块： 图像采集（输入） 图像显示（输出） 图像处理和分析 图像存储 扩展的系统还包括： 图像通信
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图像显示 用于使图像或图形能为人眼所观察。包括： 显示设备：CRT监视器、LCD显示器、投影仪等； 打印设备：热敏、喷墨、激光打印机(绘图仪)等。
CRT 其他：PD，LED， OLED
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第二节 视觉基础：人眼构造，相对视敏函数， 分辨力，眼的适应性，对比效应，视觉模型， 彩色模型。
2.1 人眼的视觉机理 人眼的构造 蛋白质膜＋虹膜和 脉络膜＋视网膜 视锥细胞＋视杆细 胞；瞳孔＋水晶体
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光盘
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磁盘和光盘
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磁盘结构
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磁盘阵列模式是把几个磁盘的存储 空间整合起来，形成一个大的单 一连续的存储空间。NetRAID控 制器利用它的SCSI通道可以把多 个磁盘组合成一个磁盘阵列。简 单的说，阵列就是由多个磁盘组 成，并行工作的磁盘系统。
三者在抽象程度、研究方法、操作对象和数据量方面有较大差别。 图像处理：像元级处理、数据量极大、抽象程度低；图像分析： 目标级处理、数据量中、成像程度中；图像理解：符合级处理、 数据量少、成像程度高。方法的难度依次增加。
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1.8 图像处理与其他学科的关系
f (i, j )
j
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f R or f N ; i, j N .

每个f (i,j )称为象素。
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1.2 数字图像： 将模拟图像经过采样和量化，以二维的数字阵列 记录其能量分布，即是数字图像。或者一个二 维数字阵列被看作是一幅图像时，它也是数字 图像。如前所述数字图像可描述为： f (i, j ) f R or f N ; i, j N .