朱志刚的数字图像讲义1

0. 数字图象处理Digital Image Processing

1. 图象：Image, picture 图象处理

图形：graphics 图形学

IP

CG 分析

逆

不确定

信号处理 合成 正 确定 制图

不同之处：互逆过程、信号处理、计算机制图

相同之处：

● 成像机理、几何关系

● 显示、输出

2. 什么是数字图象？

在计算机中的二维阵列（网格）

I i j (,)：二维组

i j I : : : : 行列值最小单位象素⎧⎨⎪⎩⎪⎫⎬⎪⎭

⎪

一个数（Intensity ）

一个向量（R, G, B ）

两个基本属性：

① 几何属性：坐标(,)i j D D 23→

② 物理属性：灰度、亮度I →颜色、透射度、深度。

① 输入（成象、数字化）Camera Scanner

② 表示（存贮处理）计算机，Frame Grabber ，Disk

③ 输出（转换、传输）Monitor ，Printer ，…

特点：

数据量大，一幅电视图象，512×512×8=25KBytes

① 图象数据量

B/W Image 512×512×8 bits=256Kbytes

200页文字书：1.3MB /一页1300K/200=6.5KB ，中文2000字

一页书图象：0.13MB /1024×1024bits 130KB

② 集体行为：并行处理

3. 应用

(1) 通讯

● 电视会议电视鉴测（压缩）

(2) 宇宙探测、遥感

●火星探测

●地形地质、环境监测、气象、军事、安全

(3) 生物医学

●X ray, CT, MRT, 3D reconstruction（虚拟人体）

(4) 自动化

●inspection（电路板，各种生产线、铝板）

●monitoring（IVHS，ITS，火车号码识别）

(5) 军事、公安

●侦察、制导、擎戒（海湾战争）

●安全系统和鉴别系统：入口控制，指纹、人脸、眼纹

(6) 文档人脸合成

●OCR

(7) 多媒体、视频特技

●阿甘正传（阿甘的腿，迪）

(8) 景物理解与机器人视觉

●军事侦察、危险环境、服务、娱乐、邮政

(9) 科学计算可视化（Visualization）

●把计算结果和过程用图象/图形显示，并可处理

(10) 虚拟实现（Virtual Reality）

●环境模型、环境重视

4. 对图象处理可分为四个层次

(1) 图象输入输出（扫描仪、多媒体视频卡、图象板、监视系统）

(2) 图象表示、转换（多媒体各种文件格式、几何、亮度、对比度、剪贴）给人看

(3) 图象处理、分析（特征提出、图象压缩、几何校正2D→3D）给机器看

(4) 图象理解、解释（符号表示，3D建模）2D→3D

5. 课程内容

(1) 简介(2)

(2) 表示输入输出(4)

(3) 图象基本处理（予处理）

①点运算：直方图LUT (look up table)（2）

②正交变换：Fourier频域，Walsh，小波（4）

③领域运算：卷积

平滑：滤波（2）

边缘提取：梯度、边缘（3+1小结）

④几何运算：成象机理2D几何（2）

⑤形态运算：形态滤波（4）

(4) 图象分析（4）

●特征提取

●图象分割

●图象表示

(5) 图象压缩（4）

●基本原理

●几种常用方法（象素、预测、变换）

(6) 测验（2）

(7) 讲义实验

●数字图象处理基础

●附录：小波、分形

●实验：附录给出几道题，根据具体情况选择、新加

●作业：每章后皆有

●课程安排方式

●讲课：最基本概念

●自学：看讲义或参考文献

Testing

●实验：特别重视

●测验

●一个神经网络如何工作？

●人脑人是一个最好的神经网络

Ⅰ、表示、输入输出

1. 表示

(1) 成象几何模型

(2) 光学模型

(3) 数字图象表示

● 基本概念

灰度图象：坐标、象素、分辩率、对比度、亮度

彩色图象R 、G 、B

二值图象

广义图象：float ，complex

2. 图象获取

(1) 摄像机，A/D 、同步、Video 信号、帧、场、隔行扫描、CCD 、方向比。

(2) 扫描仪：分辨率dpi ，慢速

(3) 数字成象：遥感、医学、距离

3. 图象表现

(1) 显示

● 方向比

● 分辩率（设备），象素 ，调色板，8位彩色如何实现

(2) 打印（自学P24-P32）

● 分辩率，空间

● 灰度→区域上点数

● 图案法

● 抖动法

● 基本方法：混色

一、图象表示输入输出

1. 图象表示

(1) 摄像机成象模型（几何）

凸透镜 111u v f

+= 成象物距 像距 焦距

简化（只有光心有光通过图象聚在 平面上），针孔模型：（光学成象）

()x y f X Z f Y Z ,,=--⎛⎝ ⎫⎭

⎪ 正立（电子扫描）

()x y f X Z f Y Z ,,=⎛

⎝ ⎫⎭

⎪ 运动摄像机或物体

P P 皆时间的函数

x t f X t Z t y t f Y t Z t ()()()()()()==⎧⎨⎪⎪⎩

⎪⎪ 任一点在Spatial-Temporal space 中划出一道轨迹，反映于相对运动和点的三位坐标。