数字图像处理姚敏

绪 论
原图
直方图
直方图阈值分割图像
图像处理示例
分 割 后 的 指 纹 线 性 滤 波 后 的 指 纹
绪 论
中 值 滤 波 后 的 指 纹
自 适 应 滤 波 后 的 指 纹
图像处理示例
的经 指 纹 算 子 锐 化 后 的经 指拉 纹氏 算 子 锐 化 后
sobel
绪 论
二 值 化
图像处理示例
（1） （2）
图像理解
（人） 符号
1.2 图像工程简介
主要相关学科： 绪 论
♦
♦
♦ 图形学：原指用图形（graph）、图表(chart)、绘图
♦ (drawing)等形式表达数据信息的科学 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，即试图从非图像形式的 数据描述来生成逼真的图像 图像模式识别：试图把图像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像理解相结合
数字图像处理
－图像处理
章毓晋
主讲教师：电子系 张洁
教材和参考书
教材： 绪 论
章毓晋，图像工程上册-图像处理，清华大学 出版社，2006年（第2版）
参考书：
1．李朝晖，《数字图像处理及应用》，机械工 业出版社，2004 2．朱秀昌等编著，《数字图像处理与图像通 信》，北京邮电大学出版社， 2002 3．阮秋琦编著，《数字图像处理学》，电子工 业出版社，2001
I（r,c）
绪 论
R
1.1 图像基本概念
左图所用的坐标系统常在屏幕显示中采用 右图所用的坐标系统常在图像计算中采用。f (x, y)既 可代表这幅图像，也可表示在(x, y)坐标处象素的值。
Y
绪 论
O
Y
（c）
f (x,y)
I (r,c)
O
X
X r） （
1.2 图像工程简介
1.2.1 图像技术和图像工程 一、图像技术及发展历史
1.2 图像工程简介
1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了 用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置， 也就是我们通常所说的CT（Computer Tomograph）。 九十年代，出现核磁共振MRI
绪 论
1.2 图像工程简介
1.2.2 图像工程的三个层次
绪 论
图像工程三层次：
图像处理（图像 ——> 图像） 着重强调在图像之间进行的变换 图像分析（图像 ——> 数据） 对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获 得它们的客观信息从而建立对图像的描述 图像理解（图像 ——> 解释） 在图像分析的基础上，进一步研究图像中各目 标的性质和它们之间的相互联系，并得出对图 像内容含义的理解以及对原来客观场景的解释
绪 论
图像处理示例
绪 论
图 像 融 合
图像处理示例
图 像 平 滑 处 理
绪 论
图像处理示例
绪 论
图 像 增 强
图像处理示例
绪 论
DCT变换压缩图像
图像处理示例
绪 论
小波变换压缩图像
图像处理示例
绪 论
小 波 变 换 去 噪
图像处理示例
绪 论
小 波 包 去 噪
图像处理示例
绪 论
汉 字 识 别
1.1 图像基本概念
图像表示
数组/矩阵
绪 论
0 1 2 8 2 1 2 8 8 16 32 4 8 32 32 16 64 100 32 128 150 128 192 208
4 16 32 32 100 150 175 240
8 32 32 100 128 175 200 248
1.2 图像工程简介
1.2.4 图像工程的技术应用
绪 图像技术应用领域示例 论
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； 交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管理。
1.2 图像工程简介
遥感：美国JPL实验室（Jet Propulsion Laboratory）
探索者月球图像 勇气号火星图像 农作物产量计算 农作物病情防治 山林防火等 http://marsrovers.jpl.nas a.gov/home/index.html 巡航导弹制导，精确制导 气像预报 自然灾害监测 矿藏勘探 资源探测
绪 论
Chinese_embassy
1.2 图像工程简介
医疗诊断：
X光（x-ray）、 CT技术，癌细胞识别、 MRI (Magnetic resonance imaging)、等。
绪 论
1.2 图像工程简介
通讯：
绪 论
可视电话，视频点播，电视会议，按需电视，远程教 育等。
1.2 图像工程简介
绪 论
对灰度图像而言，每个象素的亮度用一个数值（即灰 度值）来表示，通常数值范围在0到255之间，即可用 一个字节来表示，0表示黑、255表示白，而其它表示 灰度级别。
本质问题：连续-》离散
1.1 图像基本概念
物理图像及对应的数字图像
绪 论
1.1 图像基本概念
灰度级
绪 论
1.1 图像基本概念
图像分类

图像（狭义/具体）
1.1 图像基本概念
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
绪 论
f，x，y 的值可以是任意实数 性质F : 可对应不同物理量,常用灰度表示
y f（x，y）
0
x
1.1 图像基本概念
图像表示
数组/矩阵
绪 论
（3） （4）
细化
图像处理示例
人脸识别系统中眼睛定位
绪 论
图像处理示例
绪 论
图像处理示例
纸币识别
绪 论
图像处理示例
基于偏微分方程的图像分割
绪 论
原图像 初始化封闭曲线
迭代结束状态
分割结果
图像处理示例
基于偏微分方程的图像修复
绪 论
带有裂痕的林肯图像 修复后的林肯图像
带有划痕的旧照片图像
亮度等级 二值图像（只有黑白亮度等级）
灰度图像（有多种亮度等级） 色调 无色调的灰度（黑白）图像 有色调的彩色图像 内容的变化性质 静态图像 活动图像 空间维数 平面的二维图像 立体的三维图像
绪 论
1.1 图像基本概念
图像类型
绪 论
{广义} 图片，动画，绘图，文字/档，... {狭义} 2-D 3-D，彩色，立体对， 多光谱，多视 场图像，... 单幅 序列图像，... 静止 运动图像（视频），... 灰度 深度，纹理图像，... 图像（广义/抽像）
图像处理示例
绪 论
蒙 文 识 别
图像处理示例
车牌识别
绪 论
原始图像
灰度图像
图像处理示例
绪 论
背景图像
增强后的灰度图像
图像处理示例
二值化
绪 论
一次的比运算和两次的开运算进行滤波
图像处理示例
绪 论
车牌定位图
车 牌 旋 转 角 : 1.7154度
车牌二值图像
倾斜校正
字符分割
图像处理示例
指纹识别
学习内容安排
（一）安排：理论56学时理论+上机16学时 （二）内容： 第一章 绪论 第二章 图像采集 第三章 象素间关系 第四章 空域增强技术 第五章 基本图像变换 第六章 典型图像变换 第七章 频域图像增强 第八章 彩色图像处理 第九章 图像恢复 第十章 图像编码基础 第十一章 图像编码方法 第十二章 图像水印
A Closer View Of the Crater's Intriguing Rock Outcrop
绪 论
1.2 图像工程简介
视觉监视、公安：
银行防盗，人脸识别、指纹、印章的鉴定识别等。
绪 论
1.2 图像工程简介
工业检测与测量：
绪 论
公路路面破损图像识别
网裂
龟裂
1.2 图像工程简介Baidu Nhomakorabea
军事侦察、高精度制导
绪 论
综上所述，可以认为图像是与之相对应的物体或目标 （Objects）的一个表示，这个表示可以通过某种技术手 段得到。
1.1 图像基本概念
数字图像是指由被称作象素的小块区域组成的二维矩 阵。将物理图像行列划分后，每个小块区域称为象素 （pixel）。 每个象素包括两个属性：位置和亮度（或色彩）。
图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世
绪 论
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。 本世纪20年代，巴特兰（Bartlane)电缆图片传输系统 大型计算机的出现，人们开始用计算机改善图像
1964、1965年美国喷射推进实验室（JPL：Jet
Propulsion Laboratory）进行了太空探测工作，用计算机来 处理发回的月球图片，以校正飞船上电视摄像机中各种不 同形式的固有的图像畸变。
1.2 图像工程简介
图像工程三层次
绪 论
抽 象 程 度 低 高 语 义 高层 图像理解 符号 小 目标 操 作 对 象 数 据 量 大
中层
图像分析
低层 图像处理
象素
1.2 图像工程简介
图像工程三层次
绪 论
1 3
(a)
图像处理
2 1 3
2
(b)
(c)
1.2 图像工程简介
图像工程三层次
图像分析
绪 论
f (0,1) f (1,1) f ( N 1,1) f (0, M 1) f (1, M 1) f ( N 1, M 1)
绪 论
f (0, 0) f (1, 0) f ( x, y ) f ( N 1, 0)
该数组的每一个元素都称为像元、图元或象素
绪 论
要求
严格遵守学校的作息制度，上课不迟到、 不早退、严格执行请假制度。
绪 论
课程性质：大作业 课程成绩评定： 平时成绩（40％）＋大作业成绩（60％） 平时成绩：实验＋考勤
图像处理示例
图像处理是指将图像信号转换成数字信 号并利用计算机对其进行处理的过程。
绪 论
图像压缩与解压缩
图像处理示例
图 像 消 噪
1：黄色、绿色 2：红色 3：绿色
1
2 3
1.2 图像工程简介
图像工程三层次
绪 论
1：黄色 2：红色 3：绿色
图像理解
尖辣椒 红青椒 绿青椒
在菜市场或厨房
1.2 图像工程简介
1.2.3 图像工程相关学科和领域
绪 论
图像
图像
图像处理
计 算 客观世界 机 视 觉
计算机图形学
数据
图像分析
模式识别 新理论 新工具 新技术
影视业、娱乐、公众服务：
广告，基于内容检索等。
绪 论
1.2 图像工程简介
1.2.5 图像工程文献统计分类
绪 论
中国图像工程综述
（中国图像图形学报） 文献统计分类 ▶ 共统计15种刊物 ▶ 已进行11年（1996-2006）
1.2 图像工程简介
图像工程期刊 绪 论
（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10） （11） （12） （13） （14） （15） [CT]： 《CT理论与应用研究》 [CX]： 《测绘学报》 [DC]： 《电子测量与仪器学报》 [DK]： 《电子科学学刊》 [DX]： 《电子学报》 [JX]： 《计算机学报》 [MR]： 《模式识别与人工智能》 [SC]： 《数据采集与处理》 [TX]： 《通信学报》 [XC]： 《信号处理》 [YX]： 《遥感学报》 [ZS]： 《中国生物医学工程学报》 [Zti]： 《中国体视学和图像分析》 [Ztu]： 《中国图像图形学报》 [ZX]： 《自动化学报》
16 64 100 150 175 200
128 192 208 240 248 224 252 224 250 254 252 254 255 32 128 150 175 200
1.1 图像基本概念
数字图像 定义：与之对应的物体的一个数字表示 2-D数组 I (r, c) r 代表图像的行（row） c 代表图像的列（column） I 代表离散化后的 f I，c，r 的值都是整数 0 C 实际中仍常用 f (x, y)
第一章 绪论
1.1 图像基本概念
绪 论
1.2 图像工程简介 1.3 图像处理系统 1.4 主要内容和安排
图像的若干定义
在韦氏（Webster）英文词典中，图像（Image）一词 的定义是“an imitation or representation of a person or thing, drawn, painted, photographed”，即图像是人或事物的一个 模仿或表示。 在《数字图像处理》（朱志刚等译）中，图像定义为 “在一般的意义下，一幅图像是另一个东西的一个表示”， 是其所表示物体的信息的一个浓缩或者概括。 阮秋琦先生在《数字图像处理》中将图像定义为“以 某一技术手段被再现于二维平面上的视觉信息”，通俗地 说就是指那些用技术手段把目标原封不动地一模一样地再 现出来的图像。
修复后的旧照片图像
图像处理示例
基于偏微分方程的图像修复
绪 论
叠加有文字的图像
文字去除后的图像
图像处理示例
基于二维混沌映射的小波域数字水印效果
绪 论
水印原图 置乱后的水印
含水印图像
目标图像图
嵌入水印后图像
图像处理示例
运动模糊图像恢复
绪 论
原图像 运动模糊图像
图像处理示例
绪 论
使用迭代算法进行逆滤波复原的图像