华中科技大学数字图象讲义处理课件1

§1.2 图象处理与分析系统
TIF格式（Tagged Image Format File）
独立于操作系统和文件系统 文件可分4类：
二值图象 灰度图象 调色板彩色图 全彩色图象
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数字图象处理－第1章
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§1.2 图象处理与分析系统
JPEG格式（Joint Photographic Expert Group）
图像的变换
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。
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数字图象处理－第1章
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§1.1 从图象到图象工程
图像增强
改善图像视觉 效果，增强图 像的有用信息 ，消弱噪声的 干扰。
图像恢复与 重建
恢复图像原本 面貌，辐射校 正、几何几何 校正
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图象表示：f (x，y，λ，t)
x ， y：2-D空间中坐标点的位置 λ ：光线的波长 t ：时间
如果只考虑光的能量，不考虑波长，视觉上就是黑白深浅的区别
图像表示为 f (x，y，t) 如果是静态图像，不考虑时间因素，图像表示为 f (x，y)
2-D数组
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数字图象处理－第1章
(1) 近程：不同设备间交换数据 (2) 远程：异地图象系统间交换数据
数据量大，通道窄 ==> 图象处理
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§1.2 图象处理与分析系统
图象处理与分析
对图象进行压缩编码以减少对其所需存储空间或传输时间、传输 通路的要求
对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果并为自动识别打基础 对图象中感兴趣目标进行检测、提取以测量其参数和描述其性质，
图象加工技术
例如：图象的采集、获取、编码、存储和传输，合成和产生， 显示和输出，变换、增强、恢复和重建，分割，目标的检测、 表达和描述，特征的提取和测量，序列图象的校正，3-D景 物的重建复原，图象数据库的建立、索引和抽取，图象的分 类、表示和识别，图象模型的建立和匹配，图象和场景的解 释和理解，……
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§1.2 图象处理与分析系统
GIF格式（Graphics Interchange Format ）
8位文件格式，最多只能存储256色图象 图象数据均为压缩过的（LZW算法） 一个GIF文件中可以存放多幅图象，以实现网页上
的动画
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Fra Baidu bibliotek
数字图象处理－第1章
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交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管理。
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§1.1 从图象到图象工程
图象工程
不同层次图象技术的有机结合及应用
图象工程三层次：
图象处理（图象 ——> 图象） 图象分析（图象 ——> 数据） 图象理解（图象 ——> 解释）
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数字图象处理－第1章
在此基础上对目标进行识别、分类，建立符号表达
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§1.4 授课安排
课程目标
介绍数字图像处理基本概念、理论和方法 要求初步掌握图像处理和分析的基本算法
能将所学知识综合应用于对图像信息的检测、分析、处 理和控制等图象工程之中。
使用教材
《数字图象处理》（第二版） 【美】冈萨雷斯，电子工 业出版社2007.8
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§1.1 从图象到图象工程
图象工程三层次：
图象处理
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§1.1 从图象到图象工程
图象工程三层次：
图象分析
椭圆：红色 上部：兰色 下部：绿色 中部：几何体
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§1.1 从图象到图象工程
图象工程三层次：
图象理解
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§1.1 从图象到图象工程
对于静态的彩色图像
如果用红绿蓝三基色表示，图像是一个3个2-D数组
f R(x，y)， f G(x，y) ，f B(x，y)
如果是多光谱图像，图像是一个n个2-D数组
对于动态的连续图像，可以是一个时间序列
黑白电视信号
f 1(x，y)， f 2(x，y) ，…，f k(x，y)
精品
华中科技大学数字图象处理课件1
本章基本要求
基本要求
掌握图象处理与分析技术与图象工程的基本概 念
了解图象处理技术的应用，培养对本课程的感 性认识
了解本学科的研究发展趋势，增强对本课程的 学习兴趣
了解课程安排，做好学习准备。
计划学时 1-2 学时
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§1.1 从图象到图象工程
图象模式识别：
试图把图象分解成可用符号较抽象地描述的类别
计算机视觉：
主要强调用计算机实现人的视觉功能，目前的研究内容主要与 图象理解相结合
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§1.2 图象处理与分析系统
系统的一般框图
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§1.2 图象处理与分析系统
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§1.1 从图象到图象工程
图象技术应用领域示例
视频通信：可视电话，电视会议，按需电视，远程教育；
文字档案：文字识别，过期档案复原，邮件分捡，支票，签 名辫伪，办公自动化；
生物医学：红白学球计数，染色体分析、X光、CT、MRI、 PET图象分析，医学手术模拟规划，远程医疗；
遥感测绘：巡航导弹制导，无人驾驶飞机飞行，精确制导， 矿藏勘探，资源探测，气象预报，自然灾害监测；
工业生产：工业检测，工业探伤，自动生产流水线监控，移 动机器人，无损探测，金相分析，印刷板质量检验，精细印 刷品缺陷检测；
军事公安：雷达图象分析、巡航导弹路径规划 / 制导，罪犯 脸形合成、识别，指纹、印章的鉴定识别；
椭圆：红色 上部：兰色 下部：绿色 中部：几何体
红色椭圆是太阳 上部兰色是天空 下部绿色是草地 中部几何体是建筑
结论：清晨的郊外
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§1.1 从图象到图象工程
图像处理的方法
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
[提示] 注意三个符号各自的意义。 [答案] (A)；(B)；(D)
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§1.1 从图象到图象工程
复习
[题面] 数字图象 f (x, y)中的 f ：
(A) 可对应X光的强度；
(B) 可表示XY空间中一个坐标点的位置；
(C) 可对应场景中物体的辐射度； (D) 可以表示照片的亮度。
成绩评价
课程考试 70％ 课程设计 30％
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本章小结
图象
图象信息、图象类型 图象表示、数字图象
图象工程
图象处理、图象分析、图象理解
图象处理系统
图象采集、图象显示 图象存储、图象通信 图象处理与分析
图象处理技术的应用
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数字图象处理－第1章
图象和数字图象
图象：
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眼并进而产生视知觉 的实体
图象（广义/抽象）⊃ 图像（狭义/具体）
图象和信息：
人类从外界（客观世界）获得的信息约有75%来自 视觉系统
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§1.1 从图象到图象工程
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Thank you
图象存储
数据量度单位
比特（bit），字节（byte = 8 bit） 千字节（ K byte） 兆（10 6）字节（M byte） 吉（10 9）字节（G byte） 太（10 12）字节（T byte）
图象存储器
处理和分析过程中使用的快速存储器
计算机内存，帧缓存
较快重新调用的在线或联机存储器
半调输出
象素灰度 ⇔ 打印点尺寸
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§1.2 图象处理与分析系统
半调输出举例
2 × 2 ⇒ 5种灰度
3 × 3 ⇒ 10种灰度
抖动（dithering）技术， 用随机变化掩盖虚假轮廓
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§1.2 图象处理与分析系统
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§1.1 从图象到图象工程
图像编码
压缩数据， 有效传输
图像分割
将一幅图像划 分为互不重叠 的区域，为后 续的图像分析 做基础
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§1.1 从图象到图象工程
二值图像形状分析
腐蚀与膨胀 边界与骨架提取
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计划学时
讲课36 + 课程设计
先修课程
数字信号处理，信号与系统，线性代数，C语言
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§1.4 授课安排
课程实施
讲授注重理论与实用结合，多媒体演示处理过程； 上机实践环节，编程实现基本算法，掌握基本的处理
技能； 课后的作业练习，加深对算法理论模型的理解。
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§1.2 图象处理与分析系统
BMP格式（BitMaP）：位图
① 位图文件头（也称表头） ② 位图信息（常称调色板）
1:单色，4:16色，8:256色，24:真彩色
③ 位图阵列（即图象数据）
R:8bit， G:8bit， B:8bit
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图象采集
图象采集装置
为采集数字图象，需要两种装置（器件）：
对某个电磁能量谱波段（如X射线、紫外线、可见光、红外线 等）敏感的物理器件，它能产生与所接受到的电磁能量成正比 的（模拟）电信号；
数字化器，它能将上述（模拟）电信号转化为数字（离散）的 形式。
图象采集设备
电荷偶合器件CCD (Charge-Coupled Device)利用电荷存 储传送和读出方式工作
[提示] 图象是场景的投影，f 对应场景点的某种性质。
[答案] (A)；(C)；(D)。
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§1.1 从图象到图象工程
图象技术和图象工程
图象技术
图象技术在广义上是各种与图象有关的技术的总称。 主要功能/作用包括：
对图象的各种加工（见下） 基于加工结果的判断决策和行为规划 为此进行的硬件设计及制作
磁盘，磁光盘
不经常使用的数据库（档案库）存储器
磁带，光盘，光盘塔
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§1.2 图象处理与分析系统
图象存储格式
矢量格式
用线段或线段的组合体来表示图象
光栅格式
用许多图象点的集合来表示图象
常见格式
BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG 格式
适用于静止的灰度或彩色图象 JPEG文件交换格式
JFIF （file interchange format）
一种使用灰度表示或者使用Y，Cb，Cr分量彩色表示的
JPEG图象
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§1.2 图象处理与分析系统
图象通信
图象通信可使不同系统共享图象数据资源 近程和远程图象通信
固态阵：由感光基元构成。 感光基元产生正比于光强的电压 摄像机空间分辨率取决于基元排列
数字化器：摄像机幅度分辨率取决于量化级数
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§1.2 图象处理与分析系统
图象显示
图象处理的结果多是供观察的
图象数据 ⇒ 亮度模式显示
显示设备
LCD液晶显示 PDP等离子显示 阴极射线管（CRT) 打印设备 转换到幻灯片、照片或透明胶片上
彩色电视信号
f Rk(x，y)， f Gk(x，y) ，f Bk(x，y)， k=1，2，…
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§1.1 从图象到图象工程
复习
[题面] 可以用 f (x, y)来表示：
(A) 一幅2-D数字图象； (B) 一个在3-D空间中的客观景物的投影；
(C) 2-D空间XY中一个坐标点的位置； (D) 在坐标点(x, y)的某种性质F的数值。
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§1.1 从图象到图象工程
纹理分析
空间规律性的分析
图像识别
图像中不同对象的分类和描述
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§1.1 从图象到图象工程
图象工程与其他学科：
图形学：
原指用图形、图表、绘图等形式表达数据信息的科学，而计算 机图形学研究的就是如何利用计算机技术来产生这些形式