第1章_数字图像处理概述

• 体素(volume element)
–3-D图像的基本单元
图像的表达
图像表示
2-D数组 f (x, y)
x ， y：2-D空间XY中坐标点的位置。 f：代表图像在(x, y)的性质F 的数值。 f，x，y 的值可以是任意实数。 性质F : 可对应不同物理量，灰度图像里用灰 度表示。
图像的表达
f=imread('cameraman.tif');
imshow(f)
? f(x,y)
图像的表达
图像的表达
数字图像的坐标系
图像的表达
数字图像3D透视法
1.2 数字图像处理术语
数字图像处理： 将一幅图像变为另一幅经过修改的图像，数字 图像处理是一个由图像到图像的过程。数字图像分 析则是指将一幅图像转化为一种非图像的表示方法。 计算机图形学： 一门涉及用计算机对图像进行处理和显示的学 科。 计算机视觉：使计算机能够观察和理解自然景物的 系统。 在更广泛的意义上，使用数字图像涵盖任何用 计算机来操作与图像有关数据的技术，包括计算机 图形学、计算机视觉，以及数字图像处理和分析。
微波：0.3-100cm
声波图： 其他： 分布图。 如B超 由感兴趣的物理量转换而成，如密度
图像和数字图像
a c
b
a：假彩色图像
b：X光图像
c：红外图像
图像的表达
模拟图像和数字图像
黑白图像可用二维函数f(x,y)表示，其中x,y是平 面的二维坐标，f(x,y)表示点(x,y)的亮度值(灰度 值)。对模拟图像来讲，f(x,y)显然是连续函数。
1.3 数字图像处理的方法和内容
4）图像编码压缩 图像编码是利用图像信号的统计特性及人类 视觉的生理学及心理学特性对图像信号进行编码， 图像编码的目的： （1）减少数据存储量； （2）降低码流以减少传输带宽； （3）压缩信息量，便于识别和理解。 图像编码压缩技术可以减少描述图像的数据 量，以节省图像传输、处理的时间和减少所占用 的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得， 也可以在允许的失真条件下进行。
watermark_photo_noise.m
数字图像处 理的应用
地球资源勘探
遥感图片
气象云图 气象预报
水文和气象的应用
环境和农业的应用
军事应用
军事应用
图像处理最先应用于空间探索
2004年美国勇气号发回的火星表面图像
2007年嫦娥一号发回月球表面照片
1.5 数字图像处理的特点
1. 再现性好 数字图像处理与模拟图像处理的根本不 同在于，它不会因图像的存储、传输或复制 等一系列变换操作而导致图像质量的退化。 只要图像在数字化时准确地表现了原稿，则 数字图像处理过程始终能保持图像的再现， 人类视觉能够直观地观察图像。
图像和数字图像
图像类型： {广义} 图片，动画，绘图，文字/档， ... {狭义} 单幅 序列图像，... 静止 运动图像（视频）... 2-D 3-D，彩色，立体对， 多光谱,多视场图像... 灰度 深度，纹理图像...
图像和数字图像
图像是对客观存在的物体的某种属性的描述。
光学图像： 波长0.38-0.8um 其他波段图像：伽玛射线：0.003-0.03nm X射线：0.03-3nm 紫外线：3-300nm 红外线：0.8-300um
1.4 数字图像处理的技术应用
应用领域示例




(1)视频通信：可视电话，电视会议，按需电视， 远程教育； (2)文字档案：文字识别，过期档案复原，邮件分 捡，支票，签名辨伪，办公自动化； (3)生物医学：红白学球计数，染色体分析、X光、 CT、MRI、PET图像分析，医学手术模拟规划，远程 医疗； (4)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，气像预报，自 然灾害监测；
图1.5 我国第一幅月面照片
百闻不如一见
One picture is worth more than ten thousand words. Anonymous
图像和数字图像
图像和信息： • 人类通过眼、耳、鼻、舌、 身接受信息，感知世界。 • 人类从外界（客观世界） 获得的信息约有75%来自 视觉系统。 • 数字图像处理是用数字计 算机处理所获取视觉信息 的技术。
1.3 数字图像处理的方法和内容
1.3.1数字图像处理的方法 1. 空域法 空域法把图像看作关于x , y坐标位置的 像素的集合，直接 对二维函数的集合进行 相应的处理。空域处理法主要有两大类： 1） 邻域处理法—— 梯度运算，平滑算子 运算和卷积运算 2） 点处理法—— 灰度处理，面积、周 长、体积运算等。
1.3 数字图像处理的方法和内容
9）图像理解 图像理解是由模式识别发展起来的方法。 这种处理过程的输入是图像，输出是一种描 述。这种描述并不仅是单纯的用符号做出详 细的描绘，而且要根据客观世界的知识利用 计算机进行联想、思考及推论，从而理解图 像所表现的内容。图像理解有时也称为景物 理解。在这一领域还有相当多的问题需要进 行深入研究。
1.5 数字图像处理的特点
2. 处理精度高 按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数 字化为任意大小的二维数组，这主要取决于 图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把 每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高， 这意味着图像的数字化精度可以达到满足任 一应用需求。对计算机而言，不论数组大小， 也不论每个像素的位数多少，其处理程序几 乎是一样的。从原理上讲不论图像的精度有 多高，处理总是能实现的，只要在处理时改 变程序中的数组参数就可以了。
0 绪论
一、课Baidu Nhomakorabea性质和要求：
• 《数字图像处理》是软件工程专业的专业任选课。主要 内容包括：图像处理的基本概念，图像变换，图像编码与 压缩，图像增强，图像分割，彩色图像处理，以及数字图 像处理的应用等。
• 通过该课程的学习，使学生了解数字图像处理的基本概 念，图像变换和图像编码原理。掌握图像压缩，图像增强， 图像分割、彩色图像处理原理等内容。能用Matlab语言实 现数字图像处理的算法编程。为今后从事图像处理方面的 学习和工作打下一定的基础。
图像矩阵表示
MATLAB练习
矩阵
矢量
f11 f 21 F f M1
f12 f 22

fM 2
f1N f 2N f MN
图像的表达
• 练习：在MATLAB中产生一个全黑的图像。
图像的表达
• 练习：看看这副图像用数组表示成为什么？
1.2 数字图像处理术语
数字化：将一幅图像从原来的形式转化为数 字形式的处理过程。 扫描：对一幅图像内的给定位置寻址。在扫 描过程 中被寻址的最小单元是图像元 素，即像素，对摄影图像的数字化就 是对胶片上一个个小斑点的顺序扫描。 采样：在一幅图像的每个像素位置上测量灰 度值。 量化：将测量的灰度值用一个整数表示。
1.3 数字图像处理的方法和内容
2. 变换域法 数字图像的变换域处理方法是对图像 进行正交变换，得到变换域系数阵列， 然后再对系数阵列进行处理，反变换到 空间域最后得到处理结果的显示。 傅里叶变换 余弦变换 小波变换等
1.3 数字图像处理的方法和内容
1.3.2 数字图像处理的主要内容 1. 图像信息获取 数字图像处理的第一步是图像的采集和 获取，把一幅图像转换成适合输入计算机的 数字信号，这一过程包括摄取图像、A/D转 换及数字化等步骤。主要设备包括：CCD摄 像设备、飞点扫描器、扫描鼓、扫描仪等图 像数字化设备。 2. 图像信息的存储 图像信息的特点是数字量巨大，存储采 用的介质有磁带、磁盘或光盘，为解决海量 存储问题主要研究数据压缩、图像格式和图 像数据库技术等。
图像的表达
数字图像
漫画：量化的作用 为了适应数字计算机的处理，必须对连续图像 函数进行空间和幅值数字化。空间坐标(x,y)的数字 化称为图像采样，而幅值数字化被称为灰度级量化。 经过数字化后的图像称为数字图像(或离散图像)。
图像的表达
量化的作用：
图像的表达
• 像素(pixel)
–图像中的每个基本单元 –位置(x, y)和幅值f(x, y)
数字图像处理
主讲：徐国保 (博士，副教授) 课件下载： software_gdou@126.com 密码：gdou6666
联系方式：xuguobao@126.com
qq: 443988388 微信：779015031
第1章 数字图像处理概述
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
图像处理的基础知识 数字图像处理术语 数字图像处理的方法 数字图像处理的应用 数字图像处理的特点 图像处理工程简介




(5)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； (6)军事公安：雷达图像分析、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； (7)交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管 理。 (8)版权保护：数字水印技术
1.3 数字图像处理的方法和内容
6）图像分割 图像分割是数字图像处理中的关键技术 之一。将图像中有意义的特征部分提取出来， 有意义的特征包括图像中的边缘、区域等， 是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。 虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割 的方法，但是还没有一种普遍适用于各种图 像的有效方法。对图像分割的研究还在不断 深入之中，是目前图像处理中研究的热点之 一。
1.3 数字图像处理的方法和内容
8）图像识别 图像分类识别属于模式识别的范畴， 其主要内容是图像经过某些预处理（如增 强、复原、压缩）后，进行图像分割和特 征提取，从而进行判决分类。图像分类常 采用经典的模式识别方法，有统计模式分 类和句法结构模式分类，近年来新发展起 来的模糊模式识别和人工神经网络模式分 类在图像识别中也越来越受到重视。
1.3 数字图像处理的方法和内容
5）图像增强和复原 图像增强和复原的目的是提高图像的质量， 如去除噪声、提高图像的清晰度等。图像增 强不考虑引起图像降质的原因，而是突出图 像中所感兴趣的部分。例如，强化图像高频 分量可以使图像中物体轮廓清晰、细节明显， 强化低频分量可减少图像中噪声的影响。图 像复原要求对图像降质的原因有一定的了解， 一般根据降质过程建立“降质模型”，再采 用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。
road_Image_Segmentation.m
1.3 数字图像处理的方法和内容
7）图像描述 图像描述是图像识别和理解的必要前提。 作为最简单的二值图像可以采用其几何特性 描述物体的特性，一般图像的描述方法采用 二维形状描述，它有边界描述和区域描述两 类方法。对于特殊的纹理图像可以采用二维 纹理特征描述。随着图像处理技术研究的深 入发展，已经开始进行三维物体描述的研究， 提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描 述等方法。
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总共32学时，1-10周完成； 其中理论16学时，实验16学时。
四、考核方式：
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理论课考核方式：考查 期末编写程序大作业（70%），实验（20%）， 出勤（10%）。
图像和数字图像
• 什么是图像？
光学图像 IKONOS卫星
Lena
大脑断层图像
CT图像
图像和数字图像
图像定义：
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。
1.3 数字图像处理的方法和内容
3）图像变换 由于数字图像阵列通常很大，直接在空 间域中进行处理，计算量非常大。采用各 种图像变换的方法，如傅里叶变换、沃尔 什变换、离散余弦变换等间接处理技术， 将空间域的处理转换为变换域处理，这样 不仅可减少计算量，而且可以获得更有效 的处理。例如，通过傅里叶变换可以在频 域中进行数字滤波处理，目前研究的小波 变换在时域和频域中都具有良好的局部化 特性，在图像处理中也有着广泛而有效的 应用。
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二、参考资料： 韩晓军，数字图像处理技术与应用，北京：电子工业出版 社，2009 章毓晋编著，图像工程（上册）---图像处理，北京：清华 大学出版社，2006 Rafael C. et al. 数字图像处理（MATLAB版），北京：电 子工业出版社，2007 三、课程安排：
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1.3 数字图像处理的方法和内容
3. 数字图像处理 数字图像处理多采用计算机处理，主要内 容为几何处理、算术处理、图像增强、图 像复原、图像编码、图像重建、图像识别 和图像理解。 1）几何处理 几何处理主要包括坐标变换，图像的放大、 缩小、旋转、移动，多个图像配准，图像 的校正，图像周长、面积、体积的计算等。 2）算术处理 算术处理主要对图像施以加、减、乘、除 等运算。