数字图像处理导论

• 通用性、灵活性强 对可见图像和不可见光图像（如X光图像、热红外 图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设 备规模和精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对 于计算机来说，都可同样进行处理，这就是数字处理图 像的通用性。 另外，改变处理图像的计算机程序，可对图像进行 各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变 换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。
• 图像编码 简化图像的表示，压缩图像的数据，便于存储和传 输。
256K
21k
• 图像分割 图像分割是指将一幅图像划分为互不重叠的区域的 处理。重点介绍图像分割的方法及其应用。
• 二值图像处理与形状分析 介绍二值图像的几何概念、二值图像连接成分的各种 变形算法和二值图像特征提取与分析的各种方法。
数字图像处理导论
讲解内容
1.课程性质、教学计划和要求简介； 2. 数字图像处理的基本概念、主要内容、 系统组成、特点及其应用
目的
1. 要求学生了解数字图像处理的主要内容及相 关知识，熟悉数字图像处理与其他学科的关 系； 2.重点掌握数字图像处理的基本概念、系统组 成、特点及应用。
第一章 导论
1.1 何谓数字图像处理 1.1.1 图像的概念
1.3.5主机 1.3.5主机 • 以微机或工作站为主，配以图像卡和外设构成微型图像处理 系统，还有最新发展起来的嵌入式图像处理系统 •采用大型机 1.3.6 图像处理软件 由系统管理、图像数据管理和图像处理模块三部分组成。
1.4 数字图像处理的特点及其应用
1.4.1 数字图像处理的特点 • 精度高 对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特、8比特还是 其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变 。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可 能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就 必须对装置进行大幅度改进。 • 再现性好 不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送 和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢 失或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中 ，就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性。
2)而图像是由扫描仪 摄像机等输入设备捕捉实际的画面 而图像是由扫描仪,摄像机等输入设备捕捉实际的画面 而图像是由扫描仪 产生的数字图像,是由像素点阵构成的位图，用数字任意 产生的数字图像 是由像素点阵构成的位图， 是由像素点阵构成的位图 描述像素点的强度和颜色. 描述像素点的强度和颜色 描述信息文件存储量较大,显示时是将对象以一定的分 描述信息文件存储量较大 显示时是将对象以一定的分 辨率分辨以后将每个点的信息以数字化方式呈现 数字化方式呈现, 辨率分辨以后将每个点的信息以数字化方式呈现,表现 含有大量细节(如明暗变化,场景复杂,轮廓色彩丰富) 含有大量细节(如明暗变化,场景复杂,轮廓色彩丰富)的 对象,如照片绘图等, 对象,如照片绘图等,通过图像软件可进行复杂图像的处 理以得到更清晰的图像或产生特殊效果. 理以得到更清晰的图像或产生特殊效果. 用图像处理软件(paint, photoshop)对输入的图像进 用图像处理软件(paint, photoshop)对输入的图像进 行编辑处理, 行编辑处理,主要是对位图文件及相应的调色板文件进 行常规性的加工和编辑.但不能对某一部分控制变换. 行常规性的加工和编辑.但不能对某一部分控制变换.由 于位图占用存储空间较大,一般要进行数据压缩。 于位图占用存储空间较大,一般要进行数据压缩。
1.4.2 数字图像处理的应用
数字处理图像在生物医学 、遥感 、工业 、军事、 通信、公安等领域有着广泛的应用。
生物医学：利用电磁波谱成像分析系统诊断病情。如显 生物医学：
微镜图像分析，DNA成像分析等；
CT及核磁共振、超声波、 X射线成像分析等。如三维测 量可视化软件系统可对各类医学断层图像进行分析处理 ，提供诊断依据。
遥感： 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。
RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(1)
RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(2)
1.3.2 输出设备－图像显示模块 输出设备－ 图像显示的主要形式： • 软拷贝形式 • 硬拷贝形式 1.3.3输出设备－图像存储模块 输出设备－ 输出设备 • 常用硬盘、软盘、U盘、活动硬盘、光盘、磁带等 • 在海量图像存储备份系统中，采用磁盘阵列、磁带库、光 盘等存储设备。
1.3.4 图像通信模块 图像通信就是把图像传送到远方终端。 按传输图像种类分为 • 静止图像通信，如电报、传真和图文电视等 • 活动图像通信，如电视、可视电话、网络TV等。
网页动画等。
超凡卓越的音频视频表现 Hello …
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Hi …
只需350毫秒
语音图像唇形同步
公安：指纹识别，印签、伪钞识别，安检，手迹、印记鉴 公安：
别分析等。
虹膜识别
气象预报： 气象预报：获取气象云图进行测绘、判读等。
风云1号
3)图形和图像可相互转换（正反向工程）。 图形和图像可相互转换（正反向工程）。 图形和图像可相互转换
图像？ 图形 or 图像？
图形 or 图像？ 图像？
能否转换？ 能否转换？
如何转换？ 如何转换？
1.1.4 图像处理的概念
图像处理
模拟图像处理 数字图像处理 －用计算机系统对图像进行处理。 通过这种处理可以从中得到所需要的信息。
像素或像元的属性：空间位置和灰度。
黑白数字图像的象素矩阵：
7
0行 0列 1
彩色数字图像的象素矩阵呢？ 彩色数字图像的象素矩阵呢？
…
1
…
7
我们已经知道了数字图像的概念… 我们已经知道了数字图像的概念 数字图像的概念
那么经常听到的数字图形又是什么概念呢？ 那么经常听到的数字图形又是什么概念呢？ 数字图形又是什么概念呢
风云2号
图像处理-分割定位
1.2数字图像处理学的内容和与其它相关学科的关系 1.2.1 图像处理的内容
它是研究图像的获取、传输、存储，变换、显示、理 解与综合利用的一门崭新学科。 根据抽象程度不同可分为三个层次：狭义图像处理、 图像分析和图像理解。如图所示。 小 高 抽 象 程 度 低 高层 图像理解 符号 操 作 对 象 大 数 据 量
语 义
中层
图像分析
目标
低层
狭义处理
象素
具体而言，数字图像处理的内容包括：
• 图像的数字化 如何由一幅模拟图像获取一幅满足需求的数字图 像，使图像便于计算机处理、分析。
• 图像变换 图像变换目的在于：处理问题简化、有利于特征 提取、加强对图像信息的理解。
• 图像增强 介绍各种增强方 法及其应用。增强图 像的有用信息，消弱 噪声的干扰。 • 图像的恢复与重建 把退化、模糊了的图像复原.包 括图像辐射校正和几何校正等内容。 由断层扫描重建二、三维图像。
1998年长江（枝城-岳阳）洪涝灾害监测
工业生产： 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。
军事： 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。
在军事方面制作电子沙盘 在军事方面制作电子沙盘
通信： 通信：图像传真，数字电视、网络可视聊天、可视电话
(人)
图像理解 符号
1.3 数字图像处理系统概述
数字图像处理系统由硬件和软件组成。
• • • • • •
采集 显示 存储 通信 主机 图像处理软件
1.3.1 输入设备－图像采集模块 输入设备－ 获取数字图像的设备即采集装置。 • 扫描仪 • 数码照相机 • 数码摄像机
采集装置都包括下面两个部件： •光敏感器件 •模/数转换装置
模拟图像和数字图像 1)模拟图像 模拟图像可用连续函数来描述。
I = F (x, y)
其特点：光照位置和光照强度均为连续变化的。 2)数字图像 可用矩阵或数组来描述
i0 , 0 i 1, 0 I = I [ m, n ] = M i M −1,0 i0,1 i1,1 M iM −1,1 i0, N −1 i1, N −1 M M L iM −1, N −1 L L
1.1.3 图形和图像的区别 1)图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图.即由计算机 图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图. 图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图 绘制的直线, 矩形,曲线,图表等； 绘制的直线,圆,矩形,曲线,图表等； 使用专门软件将描述图形的指令转换成屏幕上的形状 和颜色，描述轮廓不很复杂,色彩不是很丰富的对象, 和颜色，描述轮廓不很复杂,色彩不是很丰富的对象,如 几何图纸,工程图纸,CAD,3D造型软件等,通常用AutoCAD、 几何图纸,工程图纸,CAD,3D造型软件等,通常用AutoCAD、 ,CAD,3D造型软件等 AutoCAD Protel程序编辑 产生矢量图形 程序编辑, 矢量图形, Protel程序编辑,产生矢量图形,可对矢量图形及图元独 立进行移动,缩放,旋转和扭曲等变换。 立进行移动,缩放,旋转和扭曲等变换。
检测或去掉小成分
骨架提取
边界提取
• 纹理分析 主要介绍影像纹理的概念、特征提取与分析的一些方 法与应用。
• 图像识别 对图像中的不同对象进行分类、描述和解译。
1.2.2 与相关学科的关系
它与模式识别、计算机图形学、计算机视觉等学 科既相互联系又相互区别。
图像 狭义处理 客 观 世 界 计 算 机 视 觉 新 图像 计算机图形学 描述 图像理解 ( ) 模 式 识 别 理 论 具 工 术 新 技 新 图像
图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的 写真或描述。 1.1.2 图像的类别
物 体 数
图像 的图像
光 图
、 数 图
像
的 物理图像
可见光成像和不可见光成像
来自百度文库
紫外光
400nm 435.8nm 546.1nm 700nm
红外光
780nm
单波段、 单波段、多波段和超波段图像
彩色与非彩色图像
•光与色