第一章数字图像处理基础介绍上课讲义

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如何学习？
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自己动手！
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参考书
Gonzalez RC and Woods RE. Digital Image Processing, 2ed. 北京, 电子工业出版社. 2002 K.R.Castleman，Digital Image Processing，清 华大学出版社 何东健，《数字图像处理》，西安电子科技大学 陈桂明,张明照,戚红雨编.应用MATLAB语言处理数字 信号与数字图像.北京, 科学出版社.2000
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第2章 数字图像处理基础
2.1 人眼的视觉
为什么要讨论人类视觉系统 (Human Vision System, HVS) ？
图像的信息来源于观察。数字图像处理的目的在于提供与观察者的 视觉能力相匹配的图像输出，以便于观察者理解和解释图像的内容， 提取图像信息。
人们从外界所获取的信息中有80%是通过视觉获得的。通过HVS， 人们能感知外界物体的大小、形状、颜色、明暗、动静和远近等。 数字图像处理是从模拟人类的视觉开始的。尽管数字图像处理系统 已可以完成相当多的工作，但其性能比起HVS来说还差得很远。
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X射线成像
•Aortic angiogram: 大动脉血管造影 •Anatomical:解剖的, 解剖学的
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显微成像
•Taxol 红豆杉醇 •cholesterol胆固醇 •Nickel oxide镍氧化物
•organic superconducting 有机超导
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多频谱成像
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光学成像
图像和各种内脏器官及血管形状的测量与显示 ）
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为什么要数字图像处理
• 历史
– the 1950s: NASA, IC – the 1960s: 大型主机, CCD 相机 – the 1970s: CT (Computerized Tomography),
LSI – the 1980s: PC, VLSI, 计算机视觉(Computer
理解人类视觉特性，有助于开发模拟人眼视觉过程的模型，并对图 像处理系统的设计具有重要的指导作用。
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视觉生理和视觉心理
通过人眼所形成的图像包括物理范畴的像和心理范畴的像： 即来自外界物体的光线，通过人眼的折光系统在视网膜上 所形成的物象，它与外界物体通过照相机中的透镜组在底 片上成像并无原则上的区别；而来自视网膜的神经信息， 则通过人脑的神经信息处理在视觉中枢内形成主观意识上 的映像。 以下分别从视觉生理和心理两个方面来讨论人眼的视觉特 性。
•Intraocular implant: 眼内植入
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光学成像
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红外成像
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磁共振成像，MRI
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超声波成像
•Thyroid:甲状腺, 甲状软骨
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计算机图形学
•Fractal: 分维
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图像处理系统的基本步骤
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一个典型的通用图像处理系统
– 输入Input – 存储Storage – 处理器Processor – 输出Output
第一章数字图像处理基础介绍
提要
1.1 人眼的视觉 1.2 图像数字化 1.3 数字图像表达 1.4 数字图像质量
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导论
什么是数字图像处理? 数字图像处理(Digital Image Processing)
是一个迅速发展的专业领域。它的主要目的 是将图像信号转换成数字信号并利用计算机 对其进行处理和加工，以便提取图像中的信 息。
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人眼视觉系统（视觉生理）
因此数字图像处理的应用领域必然涉及人 类生活和工作的方方面面。 技术进步
计算机:不断增长的性能和不断降低的价格 图像数字化与显示设备的不断出现
– 数字相机, 扫描仪, 视频捕获设备, … – CRT, LCD, 打印机, …
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为什么要数字图像处理？
具有的独特优势
图像数字化，以便于图像的传输、打印和存储 图像的增强和复原，改善图像质量 图像的分割和描述，获得图像的信息 大量图像的高速处理 三维及更高维图像数据的测量和显示（如遥感
物理上:某种物质或能量的分布 可见的、不可见的
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什么是数字图像处理
处理 连续的、离散的 数字图像 一个2D数字化采样值的方形阵列，只有 数字图像才能用计算机处理 以相等间隔采样的方形格栅模式 (光
栅 以等幅度间隔量化
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为什么要数字图像处理 ？
应用需求 图像是人们获取和交换信息的主要来源，
Vision) – the 1990s: 一系列图像压缩国际标准
2020成像: CT, B超,磁共振… 工业: 机器视觉, 自动控制, … 空间: 航空, 导航, 遥感 (森林, 环境,资 源), … 监控:视频监控, 牌照识别, 人脸识别,… 军事:侦察,导航,声纳成像, … 艺术 ……
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某些相关术语
广义图像
➢非光学图像 ➢高维图像 (包括多频谱图像) ➢非标准采样的图像 ➢非标准量化的图像
图像处理 与 图像分析
➢图像处理是指为了能更好地观察图像或其他目的而产 生一个修改了的图像 ➢图像分析把图像转换成某种非图像的形式，诸如目标 的数量、类型、尺寸等
计算机图形学: 关于用计算机产生图像的学科 计算机视觉:对景物进行解释
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这是什么图 像?
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什么是图像？
众所周知的事情正因为 众所周知而不为人所知
图像？ 卡斯尔曼：一幅图像就是指某些事物的 表示，并包含关于目标的描述性信息。 你会如何定义？
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什么是图像？
图像的类型 图像以各种不同的形式出现: 数学上
连续的、离散的
是一种二维函数 f(x,y), 其中 x,y是空 间(平面) 坐标,幅度f 称为亮度或灰度
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成像的能量源
电磁能量谱: Gamma-射线, X-射线, 紫外,可见光, 红外, 微波, 无线 电波；CT, MRI, EIT, PET 声波与超声波: B超, 声纳 电子: 电子显微镜 计算机图形学
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Gamma射线成像
•PET(positron emission tomography): 正 电子射线层析 术 •Cygnus:天鹅座