数字图像处理 第1节 绪论(附：工程应用)
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• 表达：
• 图像变换： 图像增强： 图像复原：
建模，图像采样、数字化
图像基础 提高图像质量 改善图像质量 图像处理 去噪声、去模糊
• 图像和视觉基础
图像几何处理： 平移、缩放、旋转、扭曲
图像重建：
重建原始图像
1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
• 图像编码压缩
减少存储量和传输量
Fra Baidu bibliotek
• 图像分割
– 表现力强
• 图像信息是人类信息获取和交流的主要 方式
– 视、听、触、嗅、味等
1.1.1 数字图像的基本概念
• （模拟）图像分类
– 维数：二维图像 i( x, y) 、三维图像 i( x, y, z )
– 颜色：黑白图像 i( x, y) 、彩色图像
– 时间：静止图像 i( x, y) 、活动图像 i( x, y, z )
器人等
1.4.1 数字图像处理的主要应用
• 办公室自动化图像应用：邮政编码图像识别、OCR （字符识别系统）、自动判卷系统、各类图纸自动识 别与录入系统等 • 军事公安图像应用：自动跟踪技术、指纹识别、不完 整图片的复原、监控等
• 文化艺术图像应用：服装设计、照片的复制和修复、 运动员动作分析等 • 图像数据传输应用：图像的存储、刻盘、互联网传输， 以及其它卫星传输、无线传输等
静止——文字、图片等
运动——分行物、心脏图 三维立体——山脉、建筑群
1.1.2 数字图像的基本特点
• 图像是人类信息获取的重要手段 • 数字图像的分辨率逐步提高 • 数字图像可以充分利用现代化的数字通讯和 信息传输技术
• 数字图像可以长期保存和永不失真
1.2 数字图像处理
1.2.1 数字图像处理的基本特点 1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
1.1.1 数字图像的基本概念
• 数字图像
由连续的模拟图像采样和量化而得。组成数字图像的基本
单位是像素，所以数字图像是像素的集合。
• 像素为元素的矩阵，像素的值代表图像在该 位置的亮度，称为图像的灰度值。
• 数字图像像素具有整数坐标和整数灰度值。
1.1.1 数字图像的基本概念
• 图像是一种语言
– 表达方法直观
立体图像对处理
高能X射线探测金属内部 交通管制 PIV 粒子图像测速
识别棉花中的杂质
车牌识别
工件裂纹检测
1.5.3 医学图像处理
病理图像分析： X射线图像处理： 超声图像处理： CT图像重建： 显微图像、染色体图像 X射线透视和照片增强 黑白超和彩超、动态 断层图像计算
X光图像增强
增强前后的 遥感图像
高分辨率遥感图像1
高分辨率遥感图像2
香 港 新 机 场 遥 感 图 像
航 片
遥感多光谱图例
处 理 前 后
地表覆盖
遥 感 应 用 一 例
1.5.2 工业与实验图像处理
自动装配生产线： 实时图像处理
机器人视觉：
无损探伤： 车辆牌照识别： 流动显示与测速：
数字图像处理
参考读物
[1] Refael C.Gonzalez & Richard E.Woods．数字图像处理 （第二版）．阮秋琦，阮宇智，等译．北京：电子工业 出版，2003．
[2] K. R. Castleman．Digital Image Processing．清华大学 出版社，1998
[3] W. K.Pratt．数字图像处理学．科学出版社，1984 [4] 沈庭芝．数字图像处理及模式识别．北京理工大学出版 社，1998 [5] 章毓晋．图像处理和分析．清华大学出版社，1999 [6] 夏良正．数字图像处理．东南大学出版社，1999
面孔图像处理： 自动门卫 印章比对： 笔迹比对： 司法鉴定、银行支票 刑侦、司法鉴定
指纹识别
1.5.6 影视图像处理
照片去模糊处理： 焦距模糊、运动模糊
绿幕剪影： 变脸特技： 静止图像压缩： 动态图像压缩： 图像合成 帧间插值处理 JPEG标准、网络传输 MPEG标准、VCD和DVD
1.5.4 办公图像处理
1.5.5 公安图像处理
1.5.6 影视图像处理
1.5.1 遥感图像处理
• 军事侦察： 战略目标定位、多光谱去伪装
• 导弹末制导：
• 农作物估产： • 地质研究：
红外、雷达图像处理
多光谱图像分析 宏观地质结构、探矿
• 灾情估计：
• 气象云图：
红外图像统计
图像几何处理与拼接
遥感图像
CT 切 片 图 像
CT边缘提取
B超图像
染色体
1.5.4 办公图像处理
邮政编码识别： 手写数字图像处理识别
印刷体文字识别：
机械图样自动录入：
OCR 文字图像识别
线条跟踪、拟合
1.5.5 公安图像处理
指纹图像处理： 刑侦、司法鉴定、自动门卫
枪纹图像处理： 刑侦、司法鉴定
数字图像输入输出设备
1.4.2 数字图像处理的发展趋势
• 从低分辨率向高分辨率发展
• 从二维（2D）向三维（3D）发展
• 从静止图像向动态图像发展
• 从单态图像向多态图像发展
• 结合应用数学新进展
1.5 工程应用简介
1.5.1 遥感图像处理 1.5.2 工业与实验图像处理
1.5.3 医学图像处理
第1章 绪论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 数字图像 数字图像处理 相关学科和领域 数字图像处理的主要应用与发展趋势 工程应用简介
1.1 数字图像
1.1.1 数字图像的基本概念 1.1.2 数字图像的基本特点
1.1 数字图像
1.1.1 数字图像的基本概念
图：反射光或透射光的分布，或自身发出的能量(客观) 像：人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识 （主 观） 观察系统使用的光波段：可见光、红外、X射线、微波超声 波、 射线等 图像： 静止——文字、图片等 运动——分行物、心脏图
数字电影院：
未来电影技术
由黑白图像转换的伪彩色图像
黑白相片
Girl
Lena
系统结构图
月球探测实验车Nomad漫游者
作业
1-1 结合每个人的本专业学科、工作应用，谈谈 数字图像处理的关系或在本专业学科中的应用。 1-2 除前面介绍的例子之外，试举一些其他的图像 应用的工程例子。 1-3 图像处理与计算机图形学的区别与联系是什么？
计算机图形学与图像处理是逆过程。
1.3.2 计算机图形学
图像处理 图像 计算机 图像识别
图形学 描述
图像理解
1.3.3 计算机视觉
计算机视觉 研究对象： 图像或图像序列 研究内容： 视觉感知、 图像理解 过程： 图像处理 图像 图像处理、图像分割、 图像分析
由图像特征感知、 由原始图像处理出 识别和理解三维场景 分析结果
研究内容： 数字滤波器、数字 图像滤波器、图像 正交变换、数字编 正交变换、图像编 码等 码等 数字信号处理与图像处理是紧密相关学科。
1.3.2 计算机图形学
计算机图形学 研究对象： 图形 研究内容： 图形生成、透视、 消隐 过程： 由数学公式生成仿 真图形或图像 图像处理 图像 图像处理、图像分 割、图像分析 由原始图像处理出 分析结果
图像区域分割和理解、目标表达和描述
1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
图像增强
1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
图像复原
1.3 相关学科和领域
1.3.1 数字信号处理学 1.3.2 计算机图形学 1.3.3 计算机视觉
1.3.1 数字信号处理学
数字信号处理 研究对象： 一维数字信号 图像处理 二维数字信号
1.4 数字图像处理的主要应用与趋势
1.4.1 数字图像处理的主要应用 1.4.2 数字图像处理的发展趋势
1.4 数字图像处理的主要应用与趋势
1.4.1 数字图像处理的主要应用
• 遥感图像应用：资源调查、灾害监测、农林业规划、城市
规划、环境保护等 • 医学图像应用:计算机断层摄影计算成像CT技术、X射线、 染色体分析等 • 工业和实验图像应用:无损探伤、自动检查和识别、智能机
1.1.1 数字图像的基本概念
• 色彩：黑白、彩色
• 图像处理:
是对图像信息进行加工处理，以满足人的视觉心理 和实际应用的需求 • 图像处理方法： 光学方法 、电子学方法
1.1.1 数字图像的基本概念
• 模拟图像
连续的，采用数字化（离散化）表示和数字技术出现 之前，图像是连续的，这一类图像称为模拟图像或连 续图像 连续的：指从时间上和从数值上是不间断的
1.2.1 数字图像处理的基本特点
• 信息量大：512×512×8bit＝256KB 256KB×25帧/s＝6400KB=6.25MB • 占用的频带较宽：电视图像的带宽5～ 6MHz，而语言带宽4KHz，频带越宽，技 术实现难度越大
• 像素相关性大：压缩潜力大
• 评价受人的影响大
1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
• 图像变换： 图像增强： 图像复原：
建模，图像采样、数字化
图像基础 提高图像质量 改善图像质量 图像处理 去噪声、去模糊
• 图像和视觉基础
图像几何处理： 平移、缩放、旋转、扭曲
图像重建：
重建原始图像
1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
• 图像编码压缩
减少存储量和传输量
Fra Baidu bibliotek
• 图像分割
– 表现力强
• 图像信息是人类信息获取和交流的主要 方式
– 视、听、触、嗅、味等
1.1.1 数字图像的基本概念
• （模拟）图像分类
– 维数：二维图像 i( x, y) 、三维图像 i( x, y, z )
– 颜色：黑白图像 i( x, y) 、彩色图像
– 时间：静止图像 i( x, y) 、活动图像 i( x, y, z )
器人等
1.4.1 数字图像处理的主要应用
• 办公室自动化图像应用：邮政编码图像识别、OCR （字符识别系统）、自动判卷系统、各类图纸自动识 别与录入系统等 • 军事公安图像应用：自动跟踪技术、指纹识别、不完 整图片的复原、监控等
• 文化艺术图像应用：服装设计、照片的复制和修复、 运动员动作分析等 • 图像数据传输应用：图像的存储、刻盘、互联网传输， 以及其它卫星传输、无线传输等
静止——文字、图片等
运动——分行物、心脏图 三维立体——山脉、建筑群
1.1.2 数字图像的基本特点
• 图像是人类信息获取的重要手段 • 数字图像的分辨率逐步提高 • 数字图像可以充分利用现代化的数字通讯和 信息传输技术
• 数字图像可以长期保存和永不失真
1.2 数字图像处理
1.2.1 数字图像处理的基本特点 1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
1.1.1 数字图像的基本概念
• 数字图像
由连续的模拟图像采样和量化而得。组成数字图像的基本
单位是像素，所以数字图像是像素的集合。
• 像素为元素的矩阵，像素的值代表图像在该 位置的亮度，称为图像的灰度值。
• 数字图像像素具有整数坐标和整数灰度值。
1.1.1 数字图像的基本概念
• 图像是一种语言
– 表达方法直观
立体图像对处理
高能X射线探测金属内部 交通管制 PIV 粒子图像测速
识别棉花中的杂质
车牌识别
工件裂纹检测
1.5.3 医学图像处理
病理图像分析： X射线图像处理： 超声图像处理： CT图像重建： 显微图像、染色体图像 X射线透视和照片增强 黑白超和彩超、动态 断层图像计算
X光图像增强
增强前后的 遥感图像
高分辨率遥感图像1
高分辨率遥感图像2
香 港 新 机 场 遥 感 图 像
航 片
遥感多光谱图例
处 理 前 后
地表覆盖
遥 感 应 用 一 例
1.5.2 工业与实验图像处理
自动装配生产线： 实时图像处理
机器人视觉：
无损探伤： 车辆牌照识别： 流动显示与测速：
数字图像处理
参考读物
[1] Refael C.Gonzalez & Richard E.Woods．数字图像处理 （第二版）．阮秋琦，阮宇智，等译．北京：电子工业 出版，2003．
[2] K. R. Castleman．Digital Image Processing．清华大学 出版社，1998
[3] W. K.Pratt．数字图像处理学．科学出版社，1984 [4] 沈庭芝．数字图像处理及模式识别．北京理工大学出版 社，1998 [5] 章毓晋．图像处理和分析．清华大学出版社，1999 [6] 夏良正．数字图像处理．东南大学出版社，1999
面孔图像处理： 自动门卫 印章比对： 笔迹比对： 司法鉴定、银行支票 刑侦、司法鉴定
指纹识别
1.5.6 影视图像处理
照片去模糊处理： 焦距模糊、运动模糊
绿幕剪影： 变脸特技： 静止图像压缩： 动态图像压缩： 图像合成 帧间插值处理 JPEG标准、网络传输 MPEG标准、VCD和DVD
1.5.4 办公图像处理
1.5.5 公安图像处理
1.5.6 影视图像处理
1.5.1 遥感图像处理
• 军事侦察： 战略目标定位、多光谱去伪装
• 导弹末制导：
• 农作物估产： • 地质研究：
红外、雷达图像处理
多光谱图像分析 宏观地质结构、探矿
• 灾情估计：
• 气象云图：
红外图像统计
图像几何处理与拼接
遥感图像
CT 切 片 图 像
CT边缘提取
B超图像
染色体
1.5.4 办公图像处理
邮政编码识别： 手写数字图像处理识别
印刷体文字识别：
机械图样自动录入：
OCR 文字图像识别
线条跟踪、拟合
1.5.5 公安图像处理
指纹图像处理： 刑侦、司法鉴定、自动门卫
枪纹图像处理： 刑侦、司法鉴定
数字图像输入输出设备
1.4.2 数字图像处理的发展趋势
• 从低分辨率向高分辨率发展
• 从二维（2D）向三维（3D）发展
• 从静止图像向动态图像发展
• 从单态图像向多态图像发展
• 结合应用数学新进展
1.5 工程应用简介
1.5.1 遥感图像处理 1.5.2 工业与实验图像处理
1.5.3 医学图像处理
第1章 绪论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 数字图像 数字图像处理 相关学科和领域 数字图像处理的主要应用与发展趋势 工程应用简介
1.1 数字图像
1.1.1 数字图像的基本概念 1.1.2 数字图像的基本特点
1.1 数字图像
1.1.1 数字图像的基本概念
图：反射光或透射光的分布，或自身发出的能量(客观) 像：人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识 （主 观） 观察系统使用的光波段：可见光、红外、X射线、微波超声 波、 射线等 图像： 静止——文字、图片等 运动——分行物、心脏图
数字电影院：
未来电影技术
由黑白图像转换的伪彩色图像
黑白相片
Girl
Lena
系统结构图
月球探测实验车Nomad漫游者
作业
1-1 结合每个人的本专业学科、工作应用，谈谈 数字图像处理的关系或在本专业学科中的应用。 1-2 除前面介绍的例子之外，试举一些其他的图像 应用的工程例子。 1-3 图像处理与计算机图形学的区别与联系是什么？
计算机图形学与图像处理是逆过程。
1.3.2 计算机图形学
图像处理 图像 计算机 图像识别
图形学 描述
图像理解
1.3.3 计算机视觉
计算机视觉 研究对象： 图像或图像序列 研究内容： 视觉感知、 图像理解 过程： 图像处理 图像 图像处理、图像分割、 图像分析
由图像特征感知、 由原始图像处理出 识别和理解三维场景 分析结果
研究内容： 数字滤波器、数字 图像滤波器、图像 正交变换、数字编 正交变换、图像编 码等 码等 数字信号处理与图像处理是紧密相关学科。
1.3.2 计算机图形学
计算机图形学 研究对象： 图形 研究内容： 图形生成、透视、 消隐 过程： 由数学公式生成仿 真图形或图像 图像处理 图像 图像处理、图像分 割、图像分析 由原始图像处理出 分析结果
图像区域分割和理解、目标表达和描述
1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
图像增强
1.2.2 数字图像处理的主要研究内容
图像复原
1.3 相关学科和领域
1.3.1 数字信号处理学 1.3.2 计算机图形学 1.3.3 计算机视觉
1.3.1 数字信号处理学
数字信号处理 研究对象： 一维数字信号 图像处理 二维数字信号
1.4 数字图像处理的主要应用与趋势
1.4.1 数字图像处理的主要应用 1.4.2 数字图像处理的发展趋势
1.4 数字图像处理的主要应用与趋势
1.4.1 数字图像处理的主要应用
• 遥感图像应用：资源调查、灾害监测、农林业规划、城市
规划、环境保护等 • 医学图像应用:计算机断层摄影计算成像CT技术、X射线、 染色体分析等 • 工业和实验图像应用:无损探伤、自动检查和识别、智能机
1.1.1 数字图像的基本概念
• 色彩：黑白、彩色
• 图像处理:
是对图像信息进行加工处理，以满足人的视觉心理 和实际应用的需求 • 图像处理方法： 光学方法 、电子学方法
1.1.1 数字图像的基本概念
• 模拟图像
连续的，采用数字化（离散化）表示和数字技术出现 之前，图像是连续的，这一类图像称为模拟图像或连 续图像 连续的：指从时间上和从数值上是不间断的
1.2.1 数字图像处理的基本特点
• 信息量大：512×512×8bit＝256KB 256KB×25帧/s＝6400KB=6.25MB • 占用的频带较宽：电视图像的带宽5～ 6MHz，而语言带宽4KHz，频带越宽，技 术实现难度越大
• 像素相关性大：压缩潜力大
• 评价受人的影响大
1.2.2 数字图像处理的主要研究内容