光电图像处理 第一章-绪论
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如果是数字图像，可以直接用计算机进行处理。 如果是模拟图像，要先转化成数字图像，再用计算机 进行处理。
1.4.3 图像的表示方法
二维图像的表示方法 ➢ 连续图像用f(x, y)表示
x, y表示空间的坐标，f (x, y)表示图像在点(x, y)处的某 种性质的数值，如亮度（灰度值）。
f、x、y ——可以是任意实数, ➢ 数字图像——把连续图像在坐标空间和性质空间都进行 离散化，便于计算机进行加工处理，这种图像称为数字图像。
作业： 1. 简述什么是灰度图像？什么是彩色图像？ 2. 简述模拟图像和数字图像的区别及其表达 方式。
红外波段与可见光成像
利用图像处理技术检测产品 (a)电路板 (b)封装的丸剂 (c)瓶子 (d)清洁塑料上的气泡
紫外线成像
(1)普通谷物 (2)被真菌感染的谷物 (3)天鹅星座环
X射线
（a）胸部X射线图像 （b）主动脉造影图 像 （c）头部CT （d）电路板 （e）天鹅星座环
Gamma射线
MATLAB的图像处理工具箱 AVS (Application Visualization System) SPIDER Viewer (Subroutine Package for
Image Data Enhancement and Recognition) IUE（Image Understanding Environment） Photoshop
成、变换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。
遥感方面的应用
图 医用方面的应用 像 处 通信中的应用
理 军事方面的应用
的 工业生产中的应用
应 用
安全保障、公安方面的应用
教学和科研领域
电子商务
热门应用领域
➢ 印刷制版、电视、互联网、多媒体 ➢ 电影特技、游戏、动画制作、数字相机 ➢ 虚拟现实、电子商务、宽带应用
新理论与新算法研究。如小波分析（Wavelet）、分形 几何（Fractal）、形态学（Morphology）、遗传算法 （GA，Genetic Algorithms）、人工神经网络 （Artificial neural network）。
数字图像处理系统软件
图像处理系统平台：Microsoft Windows 图像处理软件
光电成像技术的发展历史
1873年，W.Smith发现了光电导现象； 1900年，普朗克提出了光的量子属性； 1916年，爱因斯坦完善了光与物质内部电子能态相
互作用的量子理论； 1929年，科勒制成了光电发射体，随后，成功研制
了红外变像管； 30年代，人类致力于电视技术的研究； 1970年，玻伊尔与smith开拓出一种具有自扫描功
像信息的建库、检索和交流需要建立图像信息库，统一 存放格式、建立标准子程序，统一检索方法，实现资源 共享。
➢ 未来发展：
图像处理的发展将向着高速、高分辨率、立体化、多 媒体化、智能化和标准化的方向发展，围绕HDTV(高 清晰度电视)研制；
图像、图形相结合，朝着三维成像或多维成像的方向 发展；
硬件芯片研究。把图像处理的众多功能固化在芯片上， 使之更便于应用；
数 以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能的。而在模
字 拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必须对装置进行大幅度 改进。
图 再现性好：不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。 像 在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失 处 或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中，就会因为
练习：
1.图像按空间坐标和亮度的连续性可分为 A.模拟图像和数字图像； B.静态图像和动态图像； C.二值图像和灰度图像； D. 灰度图像和彩色图像。
2.根据抽象程度不同，数字图像处理可分为三个层次，由 低到高依次为：
A.狭义图像处理、图像分析和图像理解； B. 图像处理、图像分析和图像识别； C.狭义图像处理、图像编码和图像理解； D.狭义图像处理、图像分割和图像增强。
能的电荷耦合器件，从而使电视技术有质的飞跃。
数字图像处理的必要性
改善图像质量，供观察者使用，即给人提供“更 好”的图像；
应用领域有：出版印刷，电影电视，医学诊断，工业 检测，航空航天遥感，军事侦察等等。
作为机器视觉，即图像处理的结果是给机器用的。 这种情况下，图像处理的输出可能不再是图像， 而是抽象的符号。
数字图像用I（m, n）表示。 其中：m ——代表图像的行； n ——代表图像的列； m, n ——都是整数； I（m, n）——表示m 行n 列处的图像值。
Βιβλιοθήκη Baidu y
O
■
n
I(m,n)
﹒
f(x,y)
m
(a) 数字图像 屏幕显示中采用
x O
(b) 模拟图像 图像计算中采用
§1.5 数字图像处理的概念及内容
并且是可以通过
控制输出
编程来改变其功
能的。
这是典型的光机电算一体化系统
§1.4 图像的概念、生成及表示方法
1.4.1 图像的概念及分类 1.4.2 图像的生成 1.4.3图像的表示方法 1.4.4数字图像处理的特点、应用与发展动向
1.4.1 图像的概念及分类
1. 图像的概念
图像是当光照在物体上，经过它的反射或透射，或由 发光物体本身发出的光，在人的视觉器官中所重现出的物 体的视觉信息。图像是对客观存在的物体的一种相似性的 生动模仿或描述。是物体的一种不完全、不精确、但在某 种意义上是适当的表示。
第一章 绪 论
§1.1 光电图像处理的概念
《光电图像处理》课程主要讲述计算机系统 如何通过光学系统和光电图像传感器，将自然界 中的模拟图像转换为计算机中的数字图像，进而 对数字图像进行处理和分析。
§1.2 光电图像处理的主要内容
光电图像处理
1.光电成像 技术
＋
2. 数字图像处 理技术
弥补人类视觉缺陷； 扩展人类自身的视觉功能；
课程主要内容
绪论 （2学时） 图像处理的光学和视觉基础（2学时） 图像的数字化技术（2学时） 数字图像处理的Matlab基础和图像变换（2学时+4学
时实验） 图像变换的数学基础（2学时） 图像增强（灰度变换、直方图、图像平滑、图像锐
化和图像彩色增强）（12学时+ 4学时实验） 代数运算与逻辑运算（2学时）
光电图像处理
❖ 教材： 《光电图像处理及应用》，彭真明等编著，电子科技大学出版社，
2008.3 ❖ 参考书：
《数字图像处理》，贾永红编著，武汉大学出版社，2015.7 《光电图像处理》，刘文耀等编著，电子工业出版社，2002.3 《数字图像处理》，西安电子科技大学出版社，何东健，2003.7 《数字图像处理》（第二版），冈萨雷斯著，阮秋琦译，电子工业 出版社，2003.3 《Matlab 6.0高级应用——图形图像处理》，机械工业出版社
(a) 骨骼扫描 (b) PET图像 (c) 天鹅星座环 (d) 来自反应器电子管的
伽马辐射
计算机生成的图像
计算机生成的图像
动画图像生成等
计算机生成的图像 艺术风格绘画模拟
计算机生成的图像
这些图像无论是在哪个波段或用什么方式生成的，在 我们进行图像处理时，首先都要看看按是数字图像还是模 拟图像。
图像处理的发展动向
➢需要进一步研究的问题：
进一步提高精度的同时着重解决速度问题； 加强软件研究、开发新的处理方法，特别注意移植和借
鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法； 加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展，
如，人的视觉特性、心理学特性等的研究； 加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系； 图像领域的标准化。图像信息量大、数据量大、因而图
理 各种干扰因素而无法保持图像的再现性。
的
通用性、灵活性强：对可见图像和不可见光图像（如X光图像、
热红外图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设备规模和
特 精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样
点 进行处理，这就是数字处理图像的通用性。另外，改变处理图像的计算 机程序，可对图像进行各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合
1.4.2 图像的生成
根据光子能量排布的电磁波谱
图像实例
核磁共振成像(MRI)
(a)膝盖
(b)脊椎
微波段成像 （雷达） 不受气候、光照条件影响，可以 穿透云层，通过植被、冰层和极干燥地区
西藏东南山区航天器拍摄的雷达图像
可见光与红外波段成像
利用可见光显微镜获取的图像
(1)紫杉酚 250倍 (2)胆固醇 40倍 (3)微处理器 60倍 (4)镍氢化物薄片 600倍 (5)音频CD表面 1750倍 (6)有机超导 450倍
“图”是物体投射或反射光的分布，“像”是人的视 觉系统对图的接受在大脑中形成的印象或反映。 “图像” 就是客观和主观的结合。
2. 图像的分类
按亮度等级：可以分为 二值图像和灰度； 按色调：可分为无色调的灰度（黑白）图像和有色调的 彩色图像； 按内容变化性质：可分为静态图像和动态图像； 按维数：可分为二维图像和三维图像； 按图像空间坐标和亮度的连续性：模拟图像和数字图像。
1.5.1 数字图像处理的概念
数字图像处理是研究图像的获取、存储、显示、传输、 变换、理解与综合利用的一门崭新学科。
根据抽象程度不同，可分为三个层次，由低到高依次为： 狭义图像处理、图像分析和图像理解。
对应操作的对象分别为：像素、目标和符号。 处理的数据量由大到小。
§1.5 数字图像处理的概念及内容
改善图像的视觉效果；
使计算机具有与人一样的视 觉功能；
人眼的视觉缺陷
有限的视见光谱域
－看不见红外图像和紫外图像；
有限的视见灵敏域
－光线太暗的地方能见度不高；
有限的视见分辨率
－目标太小了看不清楚；
对视觉信号无记忆能力
－看过但是不记得
光电成像技术的必要性
光电成像技术为人类有效的扩展了自身 的视觉能力： 可以扩展人眼对微弱光图像的探测能力； 可以将超快速现象存储下来； 可以开拓人眼对不可见辐射的接收能力； 可以捕捉人眼无法分辨的细节。
显示 设备
光电成像系统是自然界图像到数字图像的桥梁
光电图像处理系统的总体结构
光学部分
模/数转换器,即将模拟信号 转换成数字信号。这种数 字信号可让仪表，计算机 外设接口或是微处理机来 加以操作或是工作使用。
光电成像部分 A/D转换器
图像处理 算法
PLD
CPU
存储器
可编程逻辑器件，
即主要实现数字
逻辑的集成电路，图像输出
应用领域有：目标识别（例如生产线上的产品分 检），文档系统的字符识别，公安系统的照片，指纹识别， 生物医学中的细胞识别，天气预报中的卫星云图自动判读， 军事上的多目标识别等。
§1.3 光电图像处理系统的结构
光电图像处理是光电成像技术和数字图像处 理技术的结合。
真 实 世
光学 系统
光电成 像系统
界
数字图 像处理
1.5.2 数字图像处理的 内容
数字图像处理的内容主要包括：
➢ 图像数字化 ； ➢ 图像变换； ➢ 图像增强； ➢ 图像编码； ➢ 图像分割； ➢ 图像识别。
1.6 数字图像处理的特点、应用与发展动向
精度高：对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特、8比特
还是其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。所
1.4.3 图像的表示方法
二维图像的表示方法 ➢ 连续图像用f(x, y)表示
x, y表示空间的坐标，f (x, y)表示图像在点(x, y)处的某 种性质的数值，如亮度（灰度值）。
f、x、y ——可以是任意实数, ➢ 数字图像——把连续图像在坐标空间和性质空间都进行 离散化，便于计算机进行加工处理，这种图像称为数字图像。
作业： 1. 简述什么是灰度图像？什么是彩色图像？ 2. 简述模拟图像和数字图像的区别及其表达 方式。
红外波段与可见光成像
利用图像处理技术检测产品 (a)电路板 (b)封装的丸剂 (c)瓶子 (d)清洁塑料上的气泡
紫外线成像
(1)普通谷物 (2)被真菌感染的谷物 (3)天鹅星座环
X射线
（a）胸部X射线图像 （b）主动脉造影图 像 （c）头部CT （d）电路板 （e）天鹅星座环
Gamma射线
MATLAB的图像处理工具箱 AVS (Application Visualization System) SPIDER Viewer (Subroutine Package for
Image Data Enhancement and Recognition) IUE（Image Understanding Environment） Photoshop
成、变换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。
遥感方面的应用
图 医用方面的应用 像 处 通信中的应用
理 军事方面的应用
的 工业生产中的应用
应 用
安全保障、公安方面的应用
教学和科研领域
电子商务
热门应用领域
➢ 印刷制版、电视、互联网、多媒体 ➢ 电影特技、游戏、动画制作、数字相机 ➢ 虚拟现实、电子商务、宽带应用
新理论与新算法研究。如小波分析（Wavelet）、分形 几何（Fractal）、形态学（Morphology）、遗传算法 （GA，Genetic Algorithms）、人工神经网络 （Artificial neural network）。
数字图像处理系统软件
图像处理系统平台：Microsoft Windows 图像处理软件
光电成像技术的发展历史
1873年，W.Smith发现了光电导现象； 1900年，普朗克提出了光的量子属性； 1916年，爱因斯坦完善了光与物质内部电子能态相
互作用的量子理论； 1929年，科勒制成了光电发射体，随后，成功研制
了红外变像管； 30年代，人类致力于电视技术的研究； 1970年，玻伊尔与smith开拓出一种具有自扫描功
像信息的建库、检索和交流需要建立图像信息库，统一 存放格式、建立标准子程序，统一检索方法，实现资源 共享。
➢ 未来发展：
图像处理的发展将向着高速、高分辨率、立体化、多 媒体化、智能化和标准化的方向发展，围绕HDTV(高 清晰度电视)研制；
图像、图形相结合，朝着三维成像或多维成像的方向 发展；
硬件芯片研究。把图像处理的众多功能固化在芯片上， 使之更便于应用；
数 以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能的。而在模
字 拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必须对装置进行大幅度 改进。
图 再现性好：不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。 像 在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失 处 或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中，就会因为
练习：
1.图像按空间坐标和亮度的连续性可分为 A.模拟图像和数字图像； B.静态图像和动态图像； C.二值图像和灰度图像； D. 灰度图像和彩色图像。
2.根据抽象程度不同，数字图像处理可分为三个层次，由 低到高依次为：
A.狭义图像处理、图像分析和图像理解； B. 图像处理、图像分析和图像识别； C.狭义图像处理、图像编码和图像理解； D.狭义图像处理、图像分割和图像增强。
能的电荷耦合器件，从而使电视技术有质的飞跃。
数字图像处理的必要性
改善图像质量，供观察者使用，即给人提供“更 好”的图像；
应用领域有：出版印刷，电影电视，医学诊断，工业 检测，航空航天遥感，军事侦察等等。
作为机器视觉，即图像处理的结果是给机器用的。 这种情况下，图像处理的输出可能不再是图像， 而是抽象的符号。
数字图像用I（m, n）表示。 其中：m ——代表图像的行； n ——代表图像的列； m, n ——都是整数； I（m, n）——表示m 行n 列处的图像值。
Βιβλιοθήκη Baidu y
O
■
n
I(m,n)
﹒
f(x,y)
m
(a) 数字图像 屏幕显示中采用
x O
(b) 模拟图像 图像计算中采用
§1.5 数字图像处理的概念及内容
并且是可以通过
控制输出
编程来改变其功
能的。
这是典型的光机电算一体化系统
§1.4 图像的概念、生成及表示方法
1.4.1 图像的概念及分类 1.4.2 图像的生成 1.4.3图像的表示方法 1.4.4数字图像处理的特点、应用与发展动向
1.4.1 图像的概念及分类
1. 图像的概念
图像是当光照在物体上，经过它的反射或透射，或由 发光物体本身发出的光，在人的视觉器官中所重现出的物 体的视觉信息。图像是对客观存在的物体的一种相似性的 生动模仿或描述。是物体的一种不完全、不精确、但在某 种意义上是适当的表示。
第一章 绪 论
§1.1 光电图像处理的概念
《光电图像处理》课程主要讲述计算机系统 如何通过光学系统和光电图像传感器，将自然界 中的模拟图像转换为计算机中的数字图像，进而 对数字图像进行处理和分析。
§1.2 光电图像处理的主要内容
光电图像处理
1.光电成像 技术
＋
2. 数字图像处 理技术
弥补人类视觉缺陷； 扩展人类自身的视觉功能；
课程主要内容
绪论 （2学时） 图像处理的光学和视觉基础（2学时） 图像的数字化技术（2学时） 数字图像处理的Matlab基础和图像变换（2学时+4学
时实验） 图像变换的数学基础（2学时） 图像增强（灰度变换、直方图、图像平滑、图像锐
化和图像彩色增强）（12学时+ 4学时实验） 代数运算与逻辑运算（2学时）
光电图像处理
❖ 教材： 《光电图像处理及应用》，彭真明等编著，电子科技大学出版社，
2008.3 ❖ 参考书：
《数字图像处理》，贾永红编著，武汉大学出版社，2015.7 《光电图像处理》，刘文耀等编著，电子工业出版社，2002.3 《数字图像处理》，西安电子科技大学出版社，何东健，2003.7 《数字图像处理》（第二版），冈萨雷斯著，阮秋琦译，电子工业 出版社，2003.3 《Matlab 6.0高级应用——图形图像处理》，机械工业出版社
(a) 骨骼扫描 (b) PET图像 (c) 天鹅星座环 (d) 来自反应器电子管的
伽马辐射
计算机生成的图像
计算机生成的图像
动画图像生成等
计算机生成的图像 艺术风格绘画模拟
计算机生成的图像
这些图像无论是在哪个波段或用什么方式生成的，在 我们进行图像处理时，首先都要看看按是数字图像还是模 拟图像。
图像处理的发展动向
➢需要进一步研究的问题：
进一步提高精度的同时着重解决速度问题； 加强软件研究、开发新的处理方法，特别注意移植和借
鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法； 加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展，
如，人的视觉特性、心理学特性等的研究； 加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系； 图像领域的标准化。图像信息量大、数据量大、因而图
理 各种干扰因素而无法保持图像的再现性。
的
通用性、灵活性强：对可见图像和不可见光图像（如X光图像、
热红外图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设备规模和
特 精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样
点 进行处理，这就是数字处理图像的通用性。另外，改变处理图像的计算 机程序，可对图像进行各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合
1.4.2 图像的生成
根据光子能量排布的电磁波谱
图像实例
核磁共振成像(MRI)
(a)膝盖
(b)脊椎
微波段成像 （雷达） 不受气候、光照条件影响，可以 穿透云层，通过植被、冰层和极干燥地区
西藏东南山区航天器拍摄的雷达图像
可见光与红外波段成像
利用可见光显微镜获取的图像
(1)紫杉酚 250倍 (2)胆固醇 40倍 (3)微处理器 60倍 (4)镍氢化物薄片 600倍 (5)音频CD表面 1750倍 (6)有机超导 450倍
“图”是物体投射或反射光的分布，“像”是人的视 觉系统对图的接受在大脑中形成的印象或反映。 “图像” 就是客观和主观的结合。
2. 图像的分类
按亮度等级：可以分为 二值图像和灰度； 按色调：可分为无色调的灰度（黑白）图像和有色调的 彩色图像； 按内容变化性质：可分为静态图像和动态图像； 按维数：可分为二维图像和三维图像； 按图像空间坐标和亮度的连续性：模拟图像和数字图像。
1.5.1 数字图像处理的概念
数字图像处理是研究图像的获取、存储、显示、传输、 变换、理解与综合利用的一门崭新学科。
根据抽象程度不同，可分为三个层次，由低到高依次为： 狭义图像处理、图像分析和图像理解。
对应操作的对象分别为：像素、目标和符号。 处理的数据量由大到小。
§1.5 数字图像处理的概念及内容
改善图像的视觉效果；
使计算机具有与人一样的视 觉功能；
人眼的视觉缺陷
有限的视见光谱域
－看不见红外图像和紫外图像；
有限的视见灵敏域
－光线太暗的地方能见度不高；
有限的视见分辨率
－目标太小了看不清楚；
对视觉信号无记忆能力
－看过但是不记得
光电成像技术的必要性
光电成像技术为人类有效的扩展了自身 的视觉能力： 可以扩展人眼对微弱光图像的探测能力； 可以将超快速现象存储下来； 可以开拓人眼对不可见辐射的接收能力； 可以捕捉人眼无法分辨的细节。
显示 设备
光电成像系统是自然界图像到数字图像的桥梁
光电图像处理系统的总体结构
光学部分
模/数转换器,即将模拟信号 转换成数字信号。这种数 字信号可让仪表，计算机 外设接口或是微处理机来 加以操作或是工作使用。
光电成像部分 A/D转换器
图像处理 算法
PLD
CPU
存储器
可编程逻辑器件，
即主要实现数字
逻辑的集成电路，图像输出
应用领域有：目标识别（例如生产线上的产品分 检），文档系统的字符识别，公安系统的照片，指纹识别， 生物医学中的细胞识别，天气预报中的卫星云图自动判读， 军事上的多目标识别等。
§1.3 光电图像处理系统的结构
光电图像处理是光电成像技术和数字图像处 理技术的结合。
真 实 世
光学 系统
光电成 像系统
界
数字图 像处理
1.5.2 数字图像处理的 内容
数字图像处理的内容主要包括：
➢ 图像数字化 ； ➢ 图像变换； ➢ 图像增强； ➢ 图像编码； ➢ 图像分割； ➢ 图像识别。
1.6 数字图像处理的特点、应用与发展动向
精度高：对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特、8比特
还是其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。所