数字图像处理-绪论

Digital Image Processing
1.1 图像和图像处理
◘图像处理 图像处理（image processing）就是对图像信息进行加工处 理和分析，以满足人的视觉心理需要和实际应用或某种目的（如 压缩编码或机器识别）的要求。图像处理可分为以下3类 ： ▓ 模拟图像处理（analogue image processing） ； ▓ 数字图像处理（digital image processing）； ▓ 光电结合处理（optoelectronic processing）。
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图像处理芯片：将许多图像处理功能集成在一个很小的芯片上，形成 专用或通用的图像处理芯片 。
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1.4 数字图像处理的主要应用
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宇宙探测中的应用：主要是星体图片的获取、传送和处理。 宇宙探测中的应用：
通信方面的应用：图像信息传输、电视电话、卫星通信、数 通信方面的应用： 字电话等。主要是压缩图像数据和动态图像（序列）传送 。
天气预报:天气云图测绘、传输，气象卫星云图的处理和 识别等 。
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考古：珍贵文物图片、名画、壁画的辅助恢复。
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1.4 数字图像处理的主要应用
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新领域 ： 信息安全：信息隐藏与数字水印，指纹识别、虹膜 识别和面部识别等； 图像检索：基于内容的图像检测、识别与检索； 体育运动：运动员动作的分析、评测及优化设计 。
1.3 数字图像处理系统的组成
通用图像处理：适用于功能要求灵活，图像数据量大，但实时性要求 不高的图像处理与分析算法，也可辅之于方便灵活的操作界面。
专用图像处理系统：对于象CT、核磁共振、彩色B超、机场安检等专 用影像处理，可采用能满足实际应用的专用计算机和专用图像处理算 法等，来构成专用图像处理系统。
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1.3 数字图像处理系统的组成
数字图像输出模块：在图像分析、识别和理解中，一般需要将 处理前后的图像显示出来，或将处理结果永久保存。前者称为软 拷贝或显示，使用设备包括CRT显示器、液晶显示器和投影仪 等。后者称为硬拷贝，使用设备包括照相机、激光拷贝和打印机 等。
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1.1 图像和图像处理
静止图像，与时间t无关；单色图像（也称灰度图像）， 波长λ为一常数；平面图像，则与坐标z无关。 即在每一种情况下，图像的表示可省略掉一维，即 （1） 静止图像： I = f（x，y，z, λ） （2） 灰度图像： I = f（x，y，z，t ） （3） 平面图像： I = f（x，y,λ,t ） 而对于平面上的静止灰度图像，其数学表达式可简化为： I = f（x，y）
模拟图像处理：也称光学图像处理，它是利用光学透镜或光学照相方
法对模拟图像进行的处理，其实时性强、速度快、处理信息量 大、分辨率高，但是处理精度低，灵活度差，难有判断功能 。
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1.1 图像和图像处理
数字图像处理：即利用计算机对数字图像进行处理
，它具有精度 高、处理内容丰富、方法易变、灵活度高等优点。但是它的处 理速度受到计算机和数字器件的限制，一般也是串行处理，因 此处理速度较慢。
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数字图像通信模块：对图像数据进行传输和通信。由于图像数 据量很大，而能提供通信的信道传输率又有限，因此传输前必须 对表示图像信息的数据进行压缩编码，以减少图像数据量。
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数字图像处理与分析模块：包括处理算法、实现软件和计算 机，一般包括下面三种形式：
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1.3 数字图像处理系统的组成
数字图像输入模块：也称图像采集或图像数字化，是利用 图像采集设备（数码相机、数码摄像机等）来获取数字图 像，或通过数字化设备（如图像扫描仪）将要处理的连续 图像转换成适于计算机处理的数字图像。
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数字图像存储模块：用于图像处理和分析的数字图像存储 器可பைடு நூலகம்为三类：处理和分析过程中使用的快速存储器；在 线或联机存储器；不经常使用的数据库（档案库）存储 器。如计算机内存、硬盘、软盘、闪存盘、CD光盘、DVD光 盘等。
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遥感方面的应用：（航空遥感和卫星遥感），地形、地质、 遥感方面的应用： 资源的勘测，自然灾害监测、预报和调查，环境监测、调查 等 。
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生物医学方面的应用：细胞分析、染色体分类、放射图像 生物医学方面的应用： 处理、血球分类、各种CT、核磁共振图像分析、DNA显示分 析、显微图像处理、癌细胞识别、心脏活动的动态分析、超 声图像成像、生物进化的图像分析等等 。
光电结合处理：用光学方法完成运算量巨大的处理（如频谱变换
等），而用计算机对光学处理结果（如频谱）进行分析判断等 处理。该方法是前两种方法的有机结合，它集结了二者的优 点。光电结合处理是今后图像处理的发展方向，也是一个值得 关注的研究方向。
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1.1 图像和图像处理
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图像恢复（复原）：对退化的图像进行处理，使处理后的 图像尽可能地接近原始（清晰）图像。
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1.2 数字图像处理的步骤和方法
图像压缩编码：对待处理图像进行压缩编码以减少描 述图像的数据量。
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图像分割：根据选定的特征将图像划分成若干个有意义 的部分，这些选定的特征包括图像的边缘、区域等。
◘图像的表示
图像的数学表示：一幅图像所包含的信息首先表现为光的强度
（intensity）,即一幅图像可看成是空间各个坐标点上的光强度I 的集合，其普遍数学表达式为： I = f (x，y，z，λ，t)
式中(x,y,z)是空间坐标， λ 是波长，t是时间，I是光点(x,y,z)的强度 （幅度）。 上式表示一幅运动的(t)、彩色/多光谱的(λ )、立体的(x,y,z) 图像。
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1.2 数字图像处理的步骤和方法
◘ 数字图像处理的基本步骤 图像信息的获取：采用图像扫描仪等将图像数字化。 ▓ 图像信息的存储：对获取的数字图像、处理过程中的图像 信息以及处理结果存储在计算机等数字系统中。 ▓ 图像信息的处理：即数字图像处理，它是指用数字计算机 或数字系统对数字图像进行的各种处理 。 ▓ 图像信息的传输：要解决的主要问题是传输信道和数据量 的矛盾问题，一方面要改善传输信道，提高传输速率，另外要 对传输的图像信息进行压缩编码，以减少描述图像信息的数据 量。 ▓ 图像信息的输出和显示：用可视的方法进行输出和显示。
“像”是人的视觉系统对图在大脑中形成的印象或认识，是人的感 觉。图像（image）是图和像的有机结合，既反映物体的客观存 在，又体现人的心理因素；是客观对象的一种可视表示，它包含 了被描述对象的有关信息。
图像分类：根据图像空间坐标和幅度（亮度或色彩）的连续性可
分为模拟（连续）图像和数字图像。模拟图像是空间坐标和幅度 都连续变化的图像，而数字图像是空间坐标和幅度均用离散的数 字（一般是整数）表示的图像。
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1.2 数字图像处理的步骤和方法
◘ 数字图像处理的内容和方法 图像数字化：将非数字形式的图像信号通过数字化设备 转换成数字图像，包括采样和量化。
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图像变换：对图像信息进行变换以便于在频域对图像进行 更有效的处理。
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图像增强：增强图像中的有用信息，削弱干扰和噪声，提 高图像的清晰度，突出图像中所感兴趣的部分。
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图像分析与描述：主要是对已经分割的或正在分割的图 像各部分的属性及各部分之间的关系进行分析表述。
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图像识别分类：根据从图像中提取的各目标物的特征， 与目标物固有的特征进行匹配、识别，以作出对各目标物 类属的判别。
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1.3 数字图像处理系统的组成
一个基本的数字图像处理系统由图像输入、图像存 储、图像通信、图像处理和分析五个模块组成。 如下图所示：
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1.4 数字图像处理的主要应用
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军事公安方面的应用：
军事：军事目标的侦察和探测、导弹制导、各种侦察 图像的判读和识别，雷达、声纳图像处理、指挥自动化系 统等 。 公安：现场实景照片、指纹、足迹的分析与鉴别，人 像、印章、手迹的识别与分析，集装箱内物品的核辐射成 像检测，人随身携带物品的X射线检查等 。
第1章 绪论
1.1 图像和图像处理 1.2 数字图像处理的步骤和方法 1.3 数字图像处理系统的组成 1.4 数字图像处理的主要应用 1.5 课程内容简介
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Digital Image Processing
1.1 图像和图像处理
◘图像
什么是图像：“图”是物体透射或反射光的分布，是客观存在的。
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1.1 图像和图像处理
运动图像可用（静止）图像序列表示，彩色图像可分解 成三基色图像，三维图像可由二维重建。因此本书主要针对 平面上的静止灰度图像进行论述。
图像的特点：
（1）空间有界:人的视野有限，一幅图像的大小也有限。 （2）幅度（强度）有限 ：即对于所有的x，y都有 0≤f(x,y) ≤ Bm 其中Bm为有限值 。
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1.4 数字图像处理的主要应用
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工业生产的应用: 将CAD和CAM技术应用于磨具和零件优化 设计和制造、印制板质量和缺陷的检测、无损探伤、石油 气勘测、交通管制和机场监控、纺织物的图案设计、光的 弹性场分析、运动工具的视觉反馈控制、流水线零件的自 动监测识别、邮件自动分拣和包裹的自动分拣识别等 。