1讲第一章--绪论

第一章绪论本课内容简介1.1从图像到图像工程1.1.1图像和数字图像1.1.2图像技术和图像工程1.1.3相关学科和领域1.1.4数字图像处理发展概况、现状及发展趋势[补充内容]本课程简介课程性质、学习目的：教学方式：课堂讲授，多媒体演示和课下编程实现相结合。教材及参考书：教材：章毓晋，图像工程（上）—图像处理和分析，清华大学出版社，1999。本课程简介参考书：《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《光电图像处理》，刘文耀等编著，电子工业出版社，2002.3《数字图像处理学》，阮秋琦编著，电子工业出版社，2001.1《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《Matlab6.0高级应用——图形图像处理》清源计算机工作室机械工业出版社《VisualBasic6图像处理开发与实例》李兰友万振凯电子工业出版社《VisualC++数字图像处理》何斌，马天予，王运坚等编，人民邮电出版社,2001本课程简介教学要求：课堂成绩：1.平时成绩：出勤+课堂表现+作业20%课堂实践20%2.期末成绩：闭卷考试60%教学内容安排：1.1.1图像和数字图像1.1从图像到图像工程1.1.1图像和数字图像一、图像的概念1.“图”——物体透射或反射光的分布（图像场），是客观存在；2.“像”——人（的视觉系统）对（接收在大脑中形成的）图的印象或认识，是人的感觉；1.1.1图像和数字图像3.图像——图像是图和像的有机结合，既反映物体的客观存在，又体现人的心理因素；图像是对客观存在物体的一种相似性的生动模仿或描述。＊判断对错：图像是二维平面上或三维立体空间中具有亮度变化或色彩变化的光分布。（╳）1.1.1图像和数字图像二、图像信息的重要性通常，我们用五种感官（眼、耳、鼻、舌、肤）作为传感器与外界交流，获取来自外界的信息。“百闻不如一见”(Onepictureisworthmorethantenthousandwords.)、“一目了然”、“眼见为实”视觉信息听觉信息其他比例60%~70%20%10%~20%1.1.1图像和数字图像三、图像的表示方法其中，x、y、z是空间坐标，是波长，t是时间，I是图像点的光强度。活动的(t)、彩色的()、立体图像(x,y,z)静止的、平面的、单色的？),,,,(tzyxfI1.1.1图像和数字图像需要把连续的图像在坐标空间XY和性质空间F都离散化I(m，n)),(yxf1.1.1图像和数字图像运动图像可用（静止）图像序列表示，彩色图像可分解成三基色图像，三维图像可由二维重建。因此本课程主要研究静止、平面、黑白图像，即I=f(x，y)而且，本课程主要讨论数字图像，我们以后遇到的均代表数字图像。早期英文书籍中用picture代表图像，随着数字技术的发展，现在都用image代表离散化了的数字图像。P1例1.1.11.1.2图像技术和图像工程1.1.2图像技术和图像工程（ImageTechnologyandEngineering）一、图像工程：1.1.2图像技术和图像工程1.1.2图像技术和图像工程知识库分割表示与描述识别与解释预处理图像获取低级处理高级处理中级处理问题结果1.1.2图像技术和图像工程二、图像处理研究内容分类：1、按研究对象2、按应用方式3、按理论方法1.1.2图像技术和图像工程1、按研究对象（1）灰度图像（2）二值图像（3）彩色及多光谱图像（4）图像序列分析（5）双目图像分析1.1.2图像技术和图像工程（4）图像序列分析1.1.2图像技术和图像工程2、按应用方式（1）图像压缩（2）图像增强（3）图像恢复（4）图像重建（5）图像边缘检测与分割（6）图像测量与分析（7）图像识别与理解压缩倍数10.26，PSNR36.51压缩倍数98.70，PSNR25.221.1.2图像技术和图像工程（1）图像压缩（2）图像增强（主观）（3）图像恢复（客观）（4）图像重建（5）图像边缘检测与分割（6）图像测量与分析（7）图像识别与理解1.1.2图像技术和图像工程（1）图像压缩（2）图像增强（主观）（3）图像恢复（客观）（4）图像重建（5）图像边缘检测与分割（6）图像测量与分析（7）图像识别与理解1.1.2图像技术和图像工程（1）图像压缩（2）图像增强（3）图像恢复（4）图像重建（5）图像边缘检测与分割（6）图像测量与分析（7）图像识别与理解1.1.2图像技术和图像工程（1）图像压缩（2）图像增强（3）图像恢复（4）图像重建（5）图像边缘检测与分割（6）图像测量与分析（7）图像识别与理解1.1.2图像技术和图像工程（1）图像压缩（2）图像增强（3）图像恢复（4）图像重建（5）图像边缘检测与分割（6）图像测量与分析（7）图像识别与理解0100020003000400050006000700080009000100001917253341495765738189971051131211291371451531611691771851932012092172252332412490100020003000400050006000700080009000100001917253341495765738189971051131211291371451531611691771851932012092172252332412490100020003000400050006000191725334149576573818997105113121129137145153161169177185193201209217225233241249010002000300040005000600019172533414957657381899710511312112913714515316116917718519320120921722523324124901000200030004000500060001917253341495765738189971051131211291371451531611691771851932012092172252332412490100020003000400050006000191725334149576573818997105113121129137145153161169177185193201209217225233241249交叉距离交叉距离(d)(e)(f)(g)(a)(b)(c)0100020003000400050006000700080009000100001917253341495765738189971051131211291371451531611691771851932012092172252332412491.1.2图像技术和图像工程3、按理论方法（1）点处理，代数处理，几何处理。（2）变换域处理与分析（傅立叶变换及滤波器设计分析）（3）随机统计等现代信号处理方法。（4）小波形态学，分形等先进数学工具。（5）人工智能方法：模式识别，符号逻辑，人工神经网络。1.1.3相关学科和领域1.1.3相关学科和领域图像工程是一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的新的交叉学科。从它的研究方法来看：它与数学、物理学、生理学、心理学、电子学、计算机科学等许多学科可以相互借鉴1.1.3相关学科和领域从它的研究内容来看：它与模式识别、计算机视觉、计算机图形学等多个专业有互相交叉的内容；它的研究进展来看：除了与上述学科专业相关外，还与人工智能、神经网络、遗传算法、模糊逻辑等理论和技术的发展密切相关；1.1.3相关学科和领域从它的应用角度来看：主要针对生物医学、遥感、通信、军事、办公及工业自动化、机器人视觉、视频和多媒体系统、科学计算等领域，所以图像工程与这些应用领域的相关知识也是不可分割的。P5.例1.1.2中国图像工程文献分类1.1.3相关学科和领域应用：图像处理技术发展到今天，许多技术已日趋成熟。在各个领域的应用取得了巨大的成功和显著的经济效益。如在工程领域、工业生产、军事、医学以及科学研究中的应用已十分普遍。1.通过分析资源卫星得到的照片可以获得地下矿藏资源的分布及埋藏量；2.利用红外线、微波遥感技术可侦查到隐蔽的军事设施；3.X射线CT已广泛应用于临床诊断，由于它可得到人体内部器官的断层图像，因此，可准确地确定病灶位置，为诊断和治疗疾病带来了极大的方便。1.1.3相关学科和领域4.至于在工业生产中的设计自动化及产品质量检验中更是大有可为。5.在安全保障及监控方面图像处理技术更是不可缺少的基本技术。6.至于在通信及多媒体技术中图像处理更是重要的关键技术。因此，图像处理技术在国计民生中的重要意义是显而易见的。正因为如此，图像的理理论和技术受到了各界的广泛重视，科学工作者经过不懈的努力，已取得了令人瞩目的成就，并正在向更加深人及更高的层次发展。1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势1.1.4数字图像处理发展概况、现状及发展趋势[补充内容]：一、简明历史1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势简介现状70年代后期到现在：二维处理→三维理解或解释发展方向：景物理解和机器视觉发达国家在这方面投入了很多的人力和物力近几年：瓶颈：1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势三、发展趋势图像处理技术未来发展大致可归纳为如下四点：1）图像处理的发展将向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化方向发展。2）图像、图形相结合朝着三维成像或多维成像的方向发展。3）硬件芯片研究。4）新理论与新算法研究1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势计算机绘图的软件多种多样，如maya,3Dmax,poser,photoshop等，下面是一些利用计算机绘制的图像示例：1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势广告设计计算机合成图像1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势天津复康路三维实景虚拟1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势虚拟居室1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势美人鱼1.1.4数字图像处理发展概况、现状及趋势动画红外图像超声图像特技视频第一章绪论作业：P121.1～１.4第一章绪论1.2图像处理和分析1.3本书安排和概要1.2图像处理和分析1.2.1图像处理和分析系统图1.2.1计算机图像处理和分析系统基本结构框图专用、通用的主要差别：处理精度处理速度专用软件存储容量等为完成各自的功能，每个模块都需要相应的设备，下面分各个模块分别介绍：1.2.2图像采集模块：常用的图像采集设备有：摄像机，扫描仪，遥感仪，绘图工具（软件）扫描仪分辨率与扫描图像的大小分辨率：单位长度上采样的像素个数：DPI(dot/inch)为采集数字图像，采集装置需要包括两种器件。一种：是对某个电磁能量波段（如X射线、紫外线、可见光、红外线等）敏感的物理器件，它可以接受辐射并产生与所接受到的电磁辐射能量成正比的模拟电信号。如：CCD另一种：是数字化器件，它能将上述模拟电信号转换为数字（离散）的形式（即A/D转换），并输入计算机。如：图像输入／采集卡……近年来，获得发展的图像传感器类型是电子自扫描固态传感器阵列。主要的三种类型是：1.电荷耦合器件ChargeCoupledDevice（CCD）阵列，2.电荷注入器件（CID）阵列3.光电二极管阵列所有这些器件都具有位于单个集成电路芯片上的一组线性或矩形光传感器阵列，并包含用于读出由入射图像产生的充电电荷的必要电路。现在家用摄像机普遍采用CCD（ChargeCoupledDe