第4讲 图像信号处理
第四讲---多变量优化模型
2
函数存在唯一的驻点
(1) A是正定矩阵
对称矩阵
xmin A 1b, f min c bT A 1b
(2) A是负定矩阵
(2) a>0, 抛物线开口向下,
xmax b 4ac b 2 arg max{ f ( x)} , f max x 2a 4a
xmax A 1b, f max c bT A 1b
问题描述的一般形式
可行解集合
S {x n : gi (x) ci , i 1, 2,, m}
min{ f ( x)} n
x
地方高校电子信息类《数字信号处理》课程教学改革探索
地方高校电子信息类《数字信号处理》课程教学改革探索发布时间：2022-09-02T02:41:03.771Z 来源：《教育学文摘》2022年5月9期作者：关旋旋[导读] 近年来，社会进步迅速，数字信号处理是计算机专业的一门专业课。
其应用领域极其广关旋旋宿州学院机械与电子工程学院安徽省宿州市 234000摘要：近年来，社会进步迅速，数字信号处理是计算机专业的一门专业课。
其应用领域极其广泛，包括现如今非常热门的移动通信5G 技术、语音及图像的处理技术，生物医学工程，雷达导航及定位系统等。
这门课程以复变函数以及信号与系统这两门课程为先修课。
文章以计算机科学与技术专业培养目标为中心，以数学知识为基础，同时强调其实际应用效果为准则，从教学方式及考核方式两个方面进行教学改革与实践。
关键词：地方高校电子信息；《数字信号处理》课程；教学改革探索引言教育的目标是培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，立德树人是其根本任务，“思政课程”和“课程思政”是立德树人的两条基本的途径。
对于电子信息类专业，大量的专业基础课、专业课，由于其科学性、快速发展性、以及高技术性，与国家的发展战略、国家及区域的经济社会发展紧密相关。
课程内容的逻辑性、学习方法的科学性、学习态度及工作要求的严谨性、思维方式的系统性和辩证性，使得这些课程在教学过程中蕴含着大量的思政元素。
将思政元素充分挖掘出来，有效地融入专业教学之中，可以起到润物细无声的育人效果，根除机械说教带来的负面作用。
实现全体教师、全课程、全课堂、全方位育人，完美体现育人为本、以德为先的课程思政理念，促进学生的全面发展。
1课程定位与存在的问题分析数字信号处理是电子信息工程、通信工程、信息工程等电子信息类本科生的一门专业必修课程，它是信号与线性系统课程的后续课程，为后续的图像信号处理、多媒体信息处理等课程打基础，一般在大学三年级第一学期开设。
它是理论分析与实践操作相结合的重要专业课程，以离散时间信号与系统作为对象，对离散时间信号进行各种分析与处理，包括频谱分析和滤波处理。
数学中的图像处理和信号处理
数学中的图像处理和信号处理随着科技的不断发展，计算机技术已经成为了现代生活中不可或缺的一部分。
而数学中的图像处理和信号处理就是计算机技术的重要组成部分。
它们可以帮助我们更好地理解和分析数字信号，进而提高计算机系统的性能表现。
下面，我们将为大家介绍数学中的图像处理和信号处理。
一、图像处理图像处理是计算机图形学和数字信号处理的分支之一，它主要用于改变或增强图像的特征。
图像处理技术可以帮助我们提高照片的清晰度、增加图像的对比度、减少图像的噪声等，从而使图像更加美观、更有用。
1. 傅里叶变换傅里叶变换是一种非常常见的图像处理技术，其主要作用是将时域信号变换为频域信号。
这种变换可以帮助我们查找特定频率的信号，在图像处理中有着广泛的应用。
2. 图像滤波图像滤波是图像处理的一种常见方法，它包括低通滤波和高通滤波两种类型。
低通滤波可以帮助我们减少图像的噪声，提高图像的清晰度；而高通滤波则可以帮助我们增加图像的对比度。
3. 边缘检测边缘检测也是图像处理中的一种常见技术，它可以帮助我们分析图像中的主要特征。
通过边缘检测，我们可以检测到图像中的线条、边缘、轮廓等，从而得到更准确的图像信息。
二、信号处理信号处理是另一种与图像处理相关的数学技术，它主要用于处理数字信号，如声音信号和视频信号。
信号处理可以帮助我们清晰了解信号的结构和特征，从而提高计算机的性能表现。
1. 离散傅里叶变换离散傅里叶变换是信号处理中一种常用的技术，与傅里叶变换类似，其主要作用是将时域信号转换为频域信号。
离散傅里叶变换可以帮助我们更好地分析声音或视频信号中各频率成分的特征。
2. 数字滤波器数字滤波器是信号处理中常用的一种技术，它可以帮助我们滤除图像或声音信号中一些无用的成分，提高信噪比。
数字滤波器主要分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
3. 时域和频域分析时域和频域分析是信号处理中的重要概念。
时域分析主要用于分析信号在时间上的变化规律，而频域分析则用于研究信号在频率上的变化规律。
第4章多媒体技术与应用图像处理教程
图象的大小.
像素深度
指存储每个象素所用的位数，图像深度用来确定彩色 图像的每个像素可能有的颜色数 。
真彩色、伪彩色与直接色
✓真彩色是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有r，g，b三个基色分量， 每个基 色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。 真彩色图通常是指r：g：b =8:8:8，即图像的颜色数等于2的24次方，也常称为全彩色 (full color)图像。
4.1.2色彩模型
CMYK 颜色模式 Lab 颜色模式 HSB 颜色模式
就是针对印刷设计出的一种色彩模式. 由品红,品黄,品蓝,黑色组成. 当颜色相互叠加后产生黑色,反之为白色, 成为减色法.
就是通过2个色调参数A(由绿到红的光 谱变化),B(由蓝到黄的光谱变化)和一个 光亮强度(0-100)来控制色彩. 当RGB和CMYK转换时需先转换为Lab 模式来减少转换中的损耗.
1.新建图像文件 新建文件->photoshop新建窗口
2.存储图像文件
3.打开图像文件
调整图像大小: 图像-> 图像大小
调整画布大小:
图像->画布大小
4.4.3 图像基本编辑操作
1.图像的选取（Photoshop图像选区）
(1)选框工具组 选框工具组
样式列表
(2)套索工具组
(3)魔棒工具与“色彩范围”命令 魔棒工具组
Photoshop是平面图像处理业界霸主Adobe公司推出的 跨越PC和MAC两界首屈一指的大型图像处理软件。
Photoshop支持众多的图像格式，对图像的常见操作和变换 做到了非常精细的程度，使得任何一款同类软件都无法望其 颈背;它拥有异常丰富的插件(在Photoshop中叫滤镜) 。
第4讲-图像信号处理PPT课件
态图像以及动态图像（Video）处理算法的基础 。
-
22
3.1.4 彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号 3. 彩色全电视信号
-
23
电视摄像机是一种广泛使用的视频和 图像的输入设备，它能将景物、图片等光 学信号转变为全电视信号，目前主要有黑 白和彩色两种摄像机。
-
40
4. 数模转换和矩阵变换 这部分由两个器件组成，即D/A转换器
SAA9065和视频信号处理器TDA4680。 5. 视频信号和VGA信号的叠加
由于两路信号均为模拟信号，因此使 用了模拟开关电路实现两信号的叠加。
色键：Color Key
-
41
6. 数字式多制式视频信号编码部分
这部分只选用了数字或多制式视频 信号编码器SAA7199。它是以数字方式 进行视频信号编码的编码器，支持PAL 和NTSC 两种制式。
。的 有相差位别上。的U信。号在的PA调L制制与系N统T中SC，制调相制同情，况而略V
信号的调制是：第一行调制在90。的相位上 （与NTSC制相同，称为NTSC行）；下一行 （同隔行扫描是下面的第三行）调制在270。 的相位上（称为PAL行）；再下一行又回到 90。的相位上。按此顺序，V信号调制相位 逐行倒相180。
-
24
3.1.4 黑白和彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号 3. 彩色全电视信号
-
25
1. 黑白全电视信号
全电视信号主要由三个部分组成：
图像信号
复合消隐信号
复合同步信号
-
26
从时间上看全电视信号：
每行时间为 64 μs
图像
53.2µs
数字图像处理(冈萨雷斯)-4_fourier变换和频域介绍(dip3e)经典案例幻灯片PPT
F (u,v)
F *(u, v)
f ( x ,y ) ☆ h ( x ,y ) i f f t c o n j F ( u , v ) H ( u , v )
h(x,y):CD 周期延拓
PAC1
h:
PQ
QBD1
DFT
H (u,v)
F*(u,v)H(u,v)
IDFT
R(x,y):PQ
✓ 使用这组基函数的线性组合得到任意函数f，每个基函数的系 数就是f与该基函数的内积
图像变换的目的
✓ 使图像处理问题简化； ✓ 有利于图像特征提取； ✓ 有助于从概念上增强对图像信息的理解；
图像变换通常是一种二维正交变换。
一般要求： 1. 正交变换必须是可逆的； 2. 正变换和反变换的算法不能太复杂； 3. 正交变换的特点是在变换域中图像能量将集中分布在低频率 成分上，边缘、线状信息反映在高频率成分上，有利于图像处理
4.11 二维DFT的实现
沿着f(x,y)的一行所进 行的傅里叶变换。
F (u ,v ) F ( u , v ) (4 .6 1 9 )
复习：当两个复数实部相等,虚部互为相 反数时,这两个复数叫做互为共轭复数.
4.6
二维离散傅里叶变换的性质
其他性质：
✓尺度变换〔缩放〕及线性性
a f( x ,y ) a F ( u ,v ) f( a x ,b y ) 1 F ( u a ,v b ) |a b |
域表述困难的增强任务，在频率域中变得非常普通
✓ 滤波在频率域更为直观，它可以解释空间域滤波的某些性质
✓ 给出一个问题，寻找某个滤波器解决该问题，频率域处理对 于试验、迅速而全面地控制滤波器参数是一个理想工具
✓ 一旦找到一个特殊应用的滤波器，通常在空间域用硬件实现
研究生电子工程教案：数字信号处理的理论与实践
研究生电子工程教案：数字信号处理的理论与实践1. 引言•介绍数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）的概念和应用领域。
•阐述数字信号处理在现代电子工程中的重要性和广泛应用。
2. 数字信号处理基础2.1 数字信号与模拟信号•解释数字信号与模拟信号的区别和特点。
•讲解模拟到数字信号的转换过程。
2.2 采样定理•解释采样定理的原理和条件。
•探讨采样率对数字信号处理的影响。
2.3 快速傅里叶变换（FFT）•介绍快速傅里叶变换算法及其应用。
•讲解FFT在频域分析和滤波器设计中的作用。
3. 数字滤波器设计3.1 FIR滤波器•解释FIR滤波器的结构和工作原理。
•探讨FIR滤波器设计方法和性能评估指标。
3.2 IIR滤波器•解释IIR滤波器的结构和工作原理。
•讲解IIR滤波器设计方法和性能评估指标。
3.3 滤波器设计工具•介绍常用的数字滤波器设计工具和软件。
•示范如何使用特定工具进行滤波器设计和验证。
4. 数字信号处理应用案例4.1 语音信号处理•讨论语音信号的特点和数字处理方法。
•探讨语音信号压缩、降噪和增强等应用案例。
4.2 图像信号处理•分析图像信号处理的基本原理和技术。
•示范图像处理中的滤波、边缘检测及图像增强方法。
4.3 音频信号处理•阐述音频信号数字化与处理的过程。
•探讨音频效果器、均衡器等音频处理应用案例。
5. 实验与项目设计5.1 数字滤波器实验•完成一项关于FIR或IIR滤波器的实验项目。
•分析结果并讨论实验中遇到的问题与解决方案。
5.2 数字信号处理项目设计•设计一个涉及数字信号处理的电子工程项目。
•提供详细步骤和流程，并阐述预期结果和意义。
6. 结束语•总结数字信号处理的重要性和应用领域。
•强调继续深入学习和研究数字信号处理的必要性。
以上内容为《研究生电子工程教案：数字信号处理的理论与实践》的大致框架，详细内容可根据需求进一步完善。
数字图像处理ch01(MATLAB)-课件
2024/10/12
第一章 绪论
17
2024/10/12
第一章 绪论
18
2024/10/12
第一章 绪论
19
2024/10/12
第一章 绪论
20
<2>几何处理
放大、缩小、旋转，配准，几何校正，面积、周长计算。
请计算台湾的陆地面积
2024/10/12
第一章 绪论
21
<3>图象复原
由图象的退化模型，求出原始图象
图像处理是指按照一定的目标，用一系列的操 作来“改造”图像的方法.
2024/10/12
第一章 绪论
7
➢图象处理技术的分类(从方法上进行分类)[2]
1．模拟图象处理（光学图像处理等）
用光学、电子等方法对模拟信号组成的图像，用光学器 件、电子器件进行光学变换等处理得到所需结果（哈哈 镜、望远镜，放大镜，电视等）.
2024/10/12
第一章 绪论
22
<4>图象重建[3]
[3]此图像来自罗立民，脑成像，
2024/10/12
第一章 绪论
23
/zhlshb/ct/lx.htm
2024/10/12
第一章 绪论
图形用户界面，动画，网页制作等
2024/10/12象处理的基本概念，和基 本问题，以及一些典型的应用。
2024/10/12
第一章 绪论
33
提问
摄像头(机),扫描仪,CT成像装置,其他图象成像装置
2)图象的存储
各种图象存储压缩格式(JPEG,MPEG等),海量图象数据库技术
3)图象的传输
内部传输(DirectMemoryAccess),外部传输(主要是网络)
北航-数字图像处理课件
一、图象处理是交叉边缘学科：模式识别、应用对象等的交叉学科和技术。
二、图象处理分类：限处理）如：望远镜、显微镜、哈哈镜、透镜、胶片合成照相、凸透镜－－实时和数据量增加发展起来的。
第原始数据；第像处理。
之大少见之三、图像技术应用：也是军事侦察。
基础。
数字图象处理技术已1计算。
45目标。
如：机场、桥梁等。
67显微病理、电子显微镜、远程医疗图像、皮肤图象、刀脑外科等等离不开图像。
三、数字化：采样：量化：级，由人眼分辨率远远小于目前仪器设备分辨率，但图像质量最终判别依据是人。
几何：80点/mm，黑白：12bit－－4096层(人眼仅看40多层)四、处理：经过一系列操作得到所需结果。
②同时对比度：亮度，但若背景亮度不同，人眼的主观感觉的亮度亦不一致。
1.7——显微细胞测量问题1投稿：两方面问题：[处理可看作是对矩阵进行变换。
矢量→图像也可看作变换→增强，特征提取，数据压缩采样与量化→模拟的转换成数字的正交矩阵：酉矩阵：2.1二维图像矩阵2.2不同才有信息，任一图像特征为随机的。
且全场各部分间亦非均匀（随机的）不存在全图统一的特征。
在某些场合使用确定的表示来描述图像有困难，然而用平均特性能方便地描述，如描述纹理结构图象可能很方便。
图像为实函数，只讨论二维实随机场。
图象为二维实随机场。
一个样本，图像集可看作随机场，在此集中某一象素亮度fi任一点（函数与（2.3 （出，信号处理中空域和频域之间的相互变换常用。
而高频分量可指示图像中边沿幅度和方向；2.4 付氏变换其反变换：右图可见：型的线性组合。
譜。
卷积定理：即：这里（a）lenna图（b）傅氏变换的频谱图图像及其频谱图像示意图对于一幅图像，图像中灰度变化比较缓慢的区域对应较低的频谱，而灰度变化比较大的边缘地带对应较高的频谱。
而且一幅图像中大部分1。
《数字信号处理》课程教案
《数字信号处理》课程教案数字信号处理课程教案第一部分：课程概述数字信号处理是现代通信和信号处理领域中的重要学科，本课程旨在介绍数字信号处理的基本概念和理论，并探讨其在实际应用中的应用和技术。
第二部分：教学目标1. 理解数字信号处理的基本原理和基础知识；2. 掌握数字信号的采样、量化和编码技术；3. 了解常见的数字滤波器设计方法；4. 学习数字信号处理中的快速傅里叶变换（FFT）算法；5. 探讨数字信号处理在音频、图像和视频信号处理中的应用。
第三部分：教学内容1. 数字信号处理基础知识1.1 数字信号与模拟信号的比较1.2 采样和量化1.3 数字信号编码1.4 常见信号的时域和频域表示2. 离散时间信号和系统2.1 离散时间信号的表示和性质2.2 线性时不变系统2.3 离散时间系统的性质和分类3. 离散时间系统的频域分析3.1 离散时间信号的傅里叶变换3.2 离散频域系统的频率响应3.3 滤波器的设计和实现4. 数字滤波器设计4.1 IIR滤波器的设计方法4.2 FIR滤波器的设计方法4.3 改进的滤波器设计方法5. 快速傅里叶变换（FFT）算法5.1 傅里叶变换的基本概念及性质5.2 离散傅里叶变换（DFT）及其性质5.3 快速傅里叶变换算法及其应用6. 数字信号处理在多媒体中的应用6.1 音频信号处理技术6.2 图像信号处理技术6.3 视频信号处理技术第四部分：教学方法1. 理论讲授与案例分析相结合，通过实际应用案例来深化理解；2. 课堂互动，鼓励学生提问和参与讨论；3. 实验操作，通过实际操作提升学生的实践能力；4. 小组合作，鼓励学生进行小组项目研究和报告。
第五部分：教学评估1. 平时表现：出勤、课堂参与和作业完成情况；2. 期中考试：对课程前半部分内容的回顾和检验；3. 实验报告：根据实验内容，撰写实验报告并提交；4. 期末考试：综合检验对整个课程的掌握情况。
第六部分：教材与参考书目主教材：《数字信号处理导论》（第四版），作者：约翰·G·普罗阿基斯；参考书目：1. 《数字信号处理》（第四版），作者：阿兰·V·奥泽；2. 《数字信号处理：实用方法与应用》（第三版），作者：埃密里奥·马其尔夏兰德。
信号处理技术在图像处理中的应用
信号处理技术在图像处理中的应用图像处理是从图像采集、存储、传输到最终显示的全过程。
信号处理技术作为图像处理的重要分支，广泛应用于医学影像、机器视觉、安防监控等领域。
本文将探讨信号处理技术在图像处理中的应用。
一、数字图像处理的基础数字图像处理是指利用计算机对数字图像进行各种处理和分析。
数字图像是由像素构成的，像素是一个图像中的最小单元，每个像素都表示一个亮度或颜色值。
数字图像处理的基础包括图像采集、图像预处理、图像增强、图像分割和图像识别等。
其中，图像增强和图像分割是最重要的两个环节，信号处理技术对这两个环节有着重要的贡献。
二、图像增强图像增强是指通过各种手段提高图像质量，使得图像能够更好地被观察或处理。
图像增强的方法多种多样，但都是基于图像本身特点，对图像像素进行改变或调整。
信号处理技术在图像增强中主要利用滤波器进行处理，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
1、低通滤波器低通滤波器能过滤掉图像中的高频成分，使图像变得更加平滑。
低通滤波器多用于图像的去噪处理，可以提高图像的信噪比。
其中，均值滤波器和高斯滤波器是最常用的两种低通滤波器。
均值滤波器的原理是将图像中每个像素周围的像素取一个平均值来代替该像素的原来值，从而达到去噪的目的。
高斯滤波器的原理是将图像中每个像素周围的像素按照高斯分布进行加权平均，这样可以达到去除噪声的目的，同时保留图像细节。
2、高通滤波器高通滤波器能够提高图像的锐度，增加图像的细节。
高通滤波器多用于图像的边缘检测和特征提取。
其中，拉普拉斯滤波器和Sobel算子是两种常用的高通滤波器。
拉普拉斯滤波器的原理是对图像中每个像素取周围像素的差值，从而查找像素点之间的边缘信息，使得图像更加细节化。
Sobel算子的原理是对图像的各个方向进行卷积计算，从而检测图像的边缘信息，使得图像更加锐利。
三、图像分割图像分割是指将图像分成若干个部分或区域，每个区域内像素具有相同的特征或者相似的特征，并且相邻区域之间差异较大。
《数字信号处理—理论与实践》课件第1章
第1章 数字信号处理基础
1.1 信号的基本概念 1.2 信号在正交函数集中的分解 1.3 连续周期信号 1.4 连续非周期信号的傅里叶变换 1.5 拉普拉斯变换 1.6 信号的时频特性 1.7 MATLAB实现 习题
第 1 章 数字信号处理基础
1.1
1.1.1
人类对自然界的认识和改造过程都离不开对自然界中信息 的获取。 所谓信息， 是指存在于客观世界的一种事物形象， 是关于事物运动规律的知识， 一般泛指消息、 情报、 指令、 数据、 信号等有关周围环境的知识。
为使近似表达式和原信号的均方误差最小， 利用式(1.2-6) 有
第 1 章 数字信号处理基础
2π
c1
0
f (t) sin t dt 2π sin2 t dt
4 π
0
所以
f (t) 4 sin(t) π
原方波信号和它的一次谐波分解信号之间的近似关系 如图1-3所示。 在图1-3中， 针对2π的区间作了归一化处理。
第 1 章 数字信号处理基础
1.2
信号分解的方法并不是唯一的， 本节将介绍信号的一种 分解形式， 即将连续信号分解为一系列的正交函数， 各正交 函数属于一完备的正交函数集。 大家所熟悉的正弦、 余弦函 数(sinωt、 cosωt)或虚指数函数e－jωt都是正交函数。 利用傅里 叶变换这一数学工具就可将连续信号表示为一系列不同频率的 正弦函数或虚指数函数之和（对周期信号）或积分（对非周期 信号）。
第 1 章 数字信号处理基础
那么， 什么是消息呢？所谓消息， 是指用来表达信息的 某种客观对象， 如电话中的声音， 电视中的图像， 雷达的目 标距离、 高度、 方位等参量。 在我们得到一个消息之后， 可 能得到一定的信息， 而我们所得到的信息与我们在得到消息 前以及得到消息后对某一事件的无知程度无关。 因此， 我们 可把信息与消息在含义上的区别概括为： 信息是消息中不确 定性的消除（也就是该消息给予受信者的新知识）， 消息就 是知道了的信息。
图像处理课后习题答案.docx
图像处理课后习题答案.docx1.模拟图像处理与数字图像处理主要区别表现在哪些方面？( 什么是图像？什么是数字图像？什么是灰度图像？模拟图像处理与数字图像处理主要区别表现在哪些方面？)图像：是对客观对象的一种相似性的、生动性的描述或写真。
数字图像：一种空间坐标和灰度均不连续的、用离散数字（一般用整数）表示的图像。
灰度图像：在计算机领域中，灰度数字图像是每个像素只有一个采样颜色的图像。
在数字图像领域之外，“黑白图像”也表示“灰度图像”，例如灰度的照片通常叫做“黑白照片”。
模拟图像处理与数字图像处理主要区别：模拟图像处理是利用光学、照相方法对模拟图像的处理。
( 优点：速度快，一般为实时处理，理论上讲可达到光的速度，并可同时并行处理。
缺点：精度较差，灵活性差，很难有判断能力和非线性处理能力 )数字图像处理( 称计算机图像处理，指将图像信号转换成数字格式并利用计算机对数据进行处理的过程) 是利用计算机对数字图像进行系列操作，从而达到某种预期目的的技术 .( 优点：精度高，内容丰富，可进行复杂的非线性处理，灵活的变通能力，一只要改变软件就可以改变处理内容 )2.图像处理学包括哪几个层次？各层次间有何区别和联系？数字图像处理可分为三个层次：狭义图像处理、图像分析和图像理解。
狭义图像处理是对输入图像进行某种变换得到输出图像，是一种图像到图像的过程。
图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，从而建立对图像目标的描述，图像分析是一个从图像到数值或符号的过程。
图像理解则是在图像分析的基础上，基于人工智能和认知理论研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，对图像内容的含义加以理解以及对原来客观场景加以解译，从而指导和规划行动。
区别和联系：狭义图像处理是低层操作，它主要在图像像素级上进行处理，处理的数据量非常大；图像分析则进入了中层，经分割和特征提取，把原来以像素构成的图像转变成比较简洁的、非图像形式的描述；图像理解是高层操作，它是对描述中抽象出来的符号进行推理，其处理过程和方法与人类的思维推理有许多类似之处。
什么是图像处理
图像配准：比较或集成不同条件下获取的图像。
图像增强（image enhancement）：
图像数字水印：研究图像域的数据隐藏、加密、或认证。
图像压缩：研究图像压缩。
应用[编辑]
摄影及印刷
卫星图像处理（Satellite image processing）
传统的一维信号处理的方法和概念很多仍然可以直接应用在图像处理上，比如降噪、量化等。然而，图像属于二维信号，和一维信号相比，它有自己特殊的一面，处理的方式和角度也有所不同。
目录 [隐藏]
1 解决方案
2 常用的信号处理技术
2.1 从一维信号处理扩展来的技术和概念
2.2 专用于二维（或更高维）的技术和概念
颜色处理（color）：颜色空间的转化、亮度以及对比度的调节、颜色修正等。
图像融合（image composite）：多个图像的加、减、组合、拼接。
降噪（image denБайду номын сангаасising）：研究各种针对二维图像的去噪滤波器或者信号处理技术。
边缘检测：进行边缘或者其他局部特征提取。
分割：依据不同标准，把二维图像分割成不同区域。
图像处理[编辑]
维基百科，自由的百科全书
图像处理，是对图像进行分析、加工、和处理，使其满足视觉、心理以及其他要求的技术。图像处理是信号处理在图像域上的一个应用。目前大多数的图像是以数字形式存储，因而图像处理很多情况下指数字图像处理。此外，基于光学理论的处理方法依然占有重要的地位。
图像处理是信号处理的子类，另外与计算机科学、人工智能等领域也有密切的关系。
软件工具[编辑]
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《信号与系统教案》课件
《信号与系统教案》课件第一章：信号与系统概述1.1 信号的概念与分类介绍信号的定义和基本特性讲解模拟信号和数字信号的区别分析常用信号及其应用场景1.2 系统的概念与分类介绍系统的定义和基本特性讲解线性系统、时不变系统和非时变系统的概念分析常用系统及其应用场景1.3 信号与系统的研究方法介绍信号与系统的研究方法讲解数学建模、仿真和实验研究的方法分析信号与系统的研究意义和应用前景第二章：信号的运算与处理2.1 信号的运算介绍信号的运算方法，如叠加、移位、求导等讲解信号运算的性质和规律分析信号运算在实际应用中的意义2.2 信号的傅里叶变换介绍傅里叶变换的定义和性质讲解傅里叶变换的应用，如信号分析、滤波等分析傅里叶变换在信号处理中的重要性2.3 信号的采样与恢复介绍采样定理和采样过程讲解信号恢复的方法和算法分析采样与恢复在数字信号处理中的应用第三章：线性时不变系统的特性3.1 线性时不变系统的定义与性质介绍线性时不变系统的定义和基本特性讲解线性时不变系统的矩阵表示和运算规律分析线性时不变系统的优点和应用场景3.2 系统的状态空间表示介绍状态空间表示的方法和概念讲解系统的状态转移矩阵和控制矩阵分析状态空间表示在系统分析和设计中的应用3.3 系统的稳定性分析介绍系统稳定性的概念和判定方法讲解李雅普诺夫稳定性和李雅普诺夫指数分析系统稳定性在实际应用中的重要性第四章：信号与系统的应用4.1 通信系统介绍通信系统的基本原理和组成讲解调制、解调、编码和解码等过程分析通信系统的性能指标和应用场景4.2 控制系统介绍控制系统的原理和组成讲解反馈控制、PID控制等方法分析控制系统在工程应用中的重要性4.3 信号处理的应用介绍信号处理在图像、音频、视频等领域的应用讲解数字信号处理技术在实际应用中的作用分析信号处理技术的发展趋势和挑战第五章：实验与实践5.1 信号与系统实验设备及软件介绍信号与系统实验设备及其功能讲解实验软件的使用方法和技巧分析实验设备和技术在教学和科研中的应用5.2 信号与系统实验项目介绍常见的信号与系统实验项目，如信号运算、傅里叶变换、采样与恢复等讲解实验步骤、方法和注意事项分析实验项目在理论与实践相结合中的重要性讲解实验报告的结构和内容分析实验报告在培养学生的实践能力和科学素养中的作用第六章：离散信号与系统6.1 离散信号的概念与分类介绍离散信号的定义和基本特性讲解离散信号的采样定理和实现方法分析常用离散信号及其应用场景6.2 离散系统的概念与分类介绍离散系统的定义和基本特性讲解离散系统的数学模型和运算规律分析常用离散系统及其应用场景6.3 离散信号的处理方法介绍离散信号的处理方法，如离散傅里叶变换、快速傅里叶变换等讲解离散信号处理方法的应用，如数字滤波、数模转换等分析离散信号处理方法在数字信号处理中的重要性第七章：数字信号处理技术7.1 数字信号处理的基本原理介绍数字信号处理的基本原理和方法讲解数字信号处理的算法和实现方式分析数字信号处理的优势和应用场景7.2 数字滤波器的设计与实现介绍数字滤波器的设计方法，如窗函数法、频率抽样法等讲解数字滤波器的实现方式，如直接型、级联型等分析数字滤波器在信号处理中的应用和性能评估7.3 数字信号处理技术的应用介绍数字信号处理技术在通信、控制、图像处理等领域的应用讲解数字信号处理技术在实际工程中的解决方案和案例分析数字信号处理技术的发展趋势和挑战第八章：现代信号处理技术8.1 现代信号处理技术概述介绍现代信号处理技术的概念和发展历程讲解现代信号处理技术的方法和算法分析现代信号处理技术的应用领域和挑战8.2 小波变换及其应用介绍小波变换的定义和性质讲解小波变换在信号处理中的应用，如去噪、压缩等分析小波变换在现代信号处理中的重要性8.3 稀疏信号处理技术介绍稀疏信号处理的概念和方法讲解稀疏信号处理在实际应用中的优势和挑战分析稀疏信号处理技术在现代信号处理中的地位和作用第九章：信号与系统的仿真与实验9.1 信号与系统仿真概述介绍信号与系统仿真的概念和方法讲解信号与系统仿真软件的使用和技巧分析信号与系统仿真在教学和科研中的应用9.2 信号与系统实验案例分析分析实际信号与系统实验案例，如通信系统、控制系统等讲解实验结果的分析和解释方法分析实验案例在培养学生的实践能力和科学素养中的作用9.3 信号与系统创新实验与实践介绍信号与系统创新实验的项目和方案讲解创新实验的实施方法和步骤分析创新实验在培养学生的创新能力、团队协作和科学素养中的作用回顾整个信号与系统课程的主要内容和知识点强调信号与系统课程在电子信息领域的地位和作用分析信号与系统课程在培养学生综合素质方面的贡献10.2 信号与系统领域的发展展望介绍信号与系统领域的发展趋势和前沿技术讲解信号与系统领域在国家战略需求中的应用分析信号与系统领域面临的挑战和机遇10.3 信号与系统课程教学改革与创新探讨信号与系统课程教学改革的方向和方法讲解教学创新的理念和实践案例分析信号与系统课程教学改革在培养创新型人才中的作用重点和难点解析1. 信号与系统的基本概念：信号的概念与分类、系统的概念与分类以及信号与系统的研究方法。
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图3.19视频信号获取器诊断调试软件框图
3.20
3.3 视频信号的实时处理
3.3.1 视频数字信号快速处理器的作用 3.3.2 基于DSP的视频信号快速处理器 3.3.3 流水线结构的图像处理机
3.3.1 视频数字信号快速处理器的作用
数学运算 ： （1）点处理
（2）二维卷积运算
（5）统计量计算
3.1.4
彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号 3. 彩色全电视信号
电视摄像机是一种广泛使用的视频和 图像的输入设备，它能将景物、图片等光 学信号转变为全电视信号，目前主要有黑 白和彩色两种摄像机。
3.1.4 黑白和彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号 3. 彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号
全电视信号主要由三个部分组成： 图像信号 复合消隐信号
用YUV和YIQ的好处：
(1). 亮度信号Y解决了彩色电视机与黑白电 视的兼容问题。 (2). 大量实验表明，人眼对色差信号不敏 感，而对亮度信号特别敏感。
Y 带宽4.43MHz（PAL） （因为敏感） U、V 带宽1.3MHz (因为不敏感)
(4). 量化比例
由于人眼对亮度信号敏感，选择 量化的比例为： Y:U:V= 8:4:4 Y:U:V= 8:2:2 Y:U:V= 8:8:8
度
饱和度 色调 黄 橙
红
黑
图3.4 颜色立体图
4. 其它彩色空间表示
• 彩色空间表示还有很多种，如CIE（国际照明委员会）
制定的CIE XYZ，CIE LAB彩色空间，CCIR（ Consultative Committee International Radio）制定的 CCIR601-2YCbCr彩色空间。 • 按照CCIR601-2建议，欧洲电视专家组将非线性的RGB 信号编码成YCbCr，编码过程开始是先采用符合 SMPTE-CRGB（它定义了三种荧光粉及一种参考白光 ，应用于演播室监视器及电视接收机标准的RGB）基 色作为校正信号。非线性RGB信号很容易与一个常量 矩阵相乘而得到亮度Y和两个色差信号Cb和Cr。靠近 中心轴的彩色，其亮度信号与CIEXYZ的Y成分的r校正 形式非常接近，CCIR601-2YCbCr通常在图像压缩时选 作彩色空间，而在通信中是一种非正式标准。
图3.8示出了PAL制的平衡正交调制的L制色度信号Ch的表达式 Ch = UsinωSCt + S(t)VcosωSCt （3.16） 式中，S(t)称为PAL开关函数，它是双极性矩形脉冲，其重 复周期为行周期Th的两倍，幅度为+1和-1。PAL开关函数S(t) 代表PAL制系统的根本特征，它的引入相当有效地克服了 NTSC制系统中对信道微分相位敏感的缺点，这是PAL制取得 成功的原因。
复合同步信号
从时间上看全电视信号：
每行时间为 64 μs
图像
行消隐 行同步信号
53.2µ s
11.8µ s 4.7 μs
行延迟
1.3 μs
一帧 = 奇数场 + 偶数场 625行= 313.5 + 313.5 场消隐 = 25 64 + 11.8 = 1600 + 11.8 = 1611.8 μs
（4）坐标变换
（3）二维正交变换
• 举一个简单的例子，一个装配机器人的视觉系统，要
在传送带上识别出所要的机械零件，确定该零件的位 置，然后命令机械手把它抓起来，根据已有的装配工 艺知识进行装配。相对来说，这是一个比较简单的计 算机视觉问题，其计算理论及算法已经解决。具体的 作法是计算机把摄像机摄到的图像数字化成一幅512 × 512 × 8bit的数字图像，然后把图像上的零件分割 出来，抽取特征，进行识别匹配，确定几何位置，最 后，命令机械手完成抓取和装配的任务。处理一幅512 × 512 × 8bit的图像，把零件和背景、零件和零件分 割出来的典型运算是进行 3 × 3的卷积（Sobel算子） 。如果卷积是实时的（25帧/s），则运算速度要求为 ： • 512 × 512 × 9 × 2 × 25/s＝ 118MOPS
这部分只选用了数字或多制式视频 信号编码器SAA7199。它是以数字方式 进行视频信号编码的编码器，支持PAL 和NTSC 两种制式。
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3.2.3 视频信号获取器的 诊断和驱动软件
在设计制造视频信号获取器的过程 中，为了调试硬件的正确性，并给用户 提供方便的编程环境，还需要设计：诊 断软件、在DOS和Windows环境下的演 示软件，应用软件以及库函数。
3.1.2 彩色空间
1. RGB彩色空间 显示器需要的彩色空间 2 . YUV 和 YIQ 彩色空间 PAL 制式使用YUV 彩色空间 NTSC制式使用YIQ彩色空间 3. HSI彩色空间 4. 其它彩色空间表示
Y是亮度，UV和IQ是色差
1. RGB 空间
任意颜色的光F，其配色方程可写成： F= r[R]+ g[G]+b[B] 其中r、g、b 为三个系数 r[R]、g[G]、b[B]为F色光的三色分量
R G B
3. HSI空间 H：Hue S： Saturation I： Intensity 代表色调（纯度、颜色） 代表饱和度 代表亮度
HSI彩色空间与RGB彩色空间之间的转换
例: 黄色=>蓝色
RGB处理 黄 蓝 黄 HSI处理 蓝
红 143 绿
31 31
色调 60 饱和度 180 亮度 105 HSI值 组成黄色像素 色调值60 饱和度180 亮度105
三基色(RGB)的原理：
自然界常见的各种颜色光，都是由红(R)、 绿(G)、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配而成， 同样绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝 三种色光，这就是色度学中最基本的原理— 三基色原理。
红色+绿色=黄色
红色+蓝色=品红
绿色+蓝色=青色
红色+绿色+蓝色=白色
RGB和黑白电视信号不兼容，希望 空中发射的信号转换成YUV信号。 当白光的亮度用Y来表示时，它和 红、绿、蓝三色的关系可用如下方程描 述： Y=0.299R+0.587G+0.114B
1. A/D变换和数字解码 3. 窗口控制器 3. 帧存储器系统 4. 数模转换和矩阵变换 5. 视频信号和VGA信号的叠加 6. 数字式多制式视频信号编码部分
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图3.10 多媒体计算机视频信号获取器总体框图
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1. A/D变换和数字解码
图3.11 视频模拟输入接口TDA 8708原理方框图
最后将亮度、复合同步信号混合放大 ， 形成PAL制彩色全电视信号。以100%幅度 和100%饱和度(简写为100/100)的彩条信号 为例的彩色全电视信号如图所示。
在75欧负载上 ，100/100彩 条的彩色全电 视信号各部分 的电平标准（ 输入信号R、 G、B、幅度 为0.7V时)
3.2.1 视频信号获取器的工 作原理
240 180 105
255 143 RGB值 组成黄色像素 31 红色值143 绿色值143 蓝色值31 蓝 新的RGB值 组成蓝色像素 红色值31 绿色值31 蓝色值255
新的HSI值 组成蓝色像素 色调值240 饱和度180 亮度105
• 多媒体计算机系统涉及到多种彩色空间，在CD-I
系统中，支持的图像格式、视频方式有DYUV、 RGB5:5:5、CLUT8、CLUT7、CLUT4、RL7以 及RL3。其中DYUV方式与CCIR601-2YCbCr有 密切联系；RGB5:5:5方式采用RGB彩色空间， RGB每个分量占用5位；CLUT8、CLUT7、 CLUT4、RL7以及RL3采用的也是RGB彩色空间 ，它用彩色查找表（Color Look-up Table-CLUT ，也叫调色板）进行映射和解码。在DVI系统中 采用YUV彩色空间，它所支持的图像格式又涉及 到YIQ、RGB彩色空间，其中RGB支持8位、16 位和24位。综上所述，搞清楚彩色空间表示以及 它们之间的转换，是多媒体计算机彩色图形、静 态图像以及动态图像（Video）处理算法的基础 。
3.1.3 彩色空间的转换其实现技 术
RGB与YUV和YIQ之间的转换 HSI空间与RGB之间的转换
1. RGB与YUV和YIQ之间的转换
Y 0.3 0.59 0.11 U = -0.15 -0.29 0.44 V 0.61 -0.52 -0.096 R G B
Y I = Q
0.3 0.59 0.11 0.6 -0.28 -0.32 0.21 -0.52 0.31
3. HSI彩色空间
• 在HSI彩色空间中，人们常用H、S、I3个
参数描述颜色特性，其中H表示色调（ Hue），S表示颜色的饱和度（Saturation ），I表示光的强度（Intensity）。用一 个三维空间的枣形立体图（见图3.4）， 可以把颜色的这三个参量的特性更加形 象的表示出来。
白
亮 和 蓝 蓝绿 绿 绿黄 亮度 绿蓝 紫
场同步 = 3 64 = 192 μs
全电视信号
3.1.4 黑白和彩色全电视信号
1. 黑白全电视信号 3. 彩色全电视信号
3. 彩色全电视信号
在现代彩色电视系统中，通常采用 YUV彩色空间或YIQ彩色空间，Y为亮度信 号，它可以与黑白全电视信号兼容，U和V 用载波频率ωSC调制加到亮度Y上，最后形 成彩色全电视信号，如下式所示： CVBS = Y + UsinωSCt + S (t)VcosωSCt
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4. 数模转换和矩阵变换 这部分由两个器件组成，即D/A转换器 SAA9065和视频信号处理器TDA4680。 5. 视频信号和VGA信号的叠加 由于两路信号均为模拟信号，因此使 用了模拟开关电路实现两信号的叠加。 色键：Color Key