数字图像处理(冈萨雷斯)1-绪论

数字图象处理电气信息学院自动化系余勤课程性质和任务①了解数字图像的基本概念、数字图像形成的原理；②掌握数字图像处理的理论基础和技术方法；③着重掌握数字图像的增强、复原、压缩等技术方法；教材冈萨雷斯著，阮秋琦译数字图像处理（第三版）电子工业出版社2011年11月参考书：①图像处理和分析，章毓晋，清华大学出版社，2000年6月；②数字图像处理，李俊山，清华大学出版社(2009年教材)；③数字图像处理学（第二版），阮秋琦著，电子工业出版社；教学辅助工具（Matlab）考核方式平时成绩占（包括上课表现、作业、实验）30-40％；考试成绩占60-70％；第1章绪论本章要点数字图像处理的概念数字图像处理的应用实例数字图像处理的基本步骤数字图像处理系统的组成目的1.要求学生了解数字图像处理的主要内容及相关知识，熟悉数字图像处理与其他学科的关系；2.重点掌握数字图像处理的基本概念、系统组成、特点及应用。（1）图像1.1基本概念灰度（单色）图像彩色图像1.图像和图像处理模拟图像和数字图像1)模拟图像模拟图像可用连续函数来描述。其特点：光照位置和光照强度均为连续变化的。2)数字图像可用矩阵或数组来描述像素或像元的属性：空间位置和灰度。),(yxFIxy空间采样模拟图像数字图像(2)数字图像亮度量化空间坐标和灰度（亮度）均用离散的数字（一般是整数）表示的图像。基本元素称为象素（Pixel）1.图像和图像处理就是对图像信息进行加工处理和分析，以满足人的视觉心理需要和实际应用或某种目的（如压缩编码或机器识别）的要求。1.图像和图像处理(3)图像处理(imageprocessing)数字图像处理：即利用计算机对数字图像进行处理。优点：精度高、再现性好、方法易变、灵活度高。缺点：处理速度受到计算机和数字器件的限制，一般也是串行处理，因此处理速度较慢。c.高级处理（图像理解）：研究图像中各目标的性质和其相互关系，理解图像的含义(如无人驾驶，自动机器人)。a.低级处理：对图像进行各种加工以改善图像的效果，为图像分析做准备。（如图像缩放、图像平滑）图像图像。（）b.中级处理（图像分析）：对图像中感兴趣的目标进行检测和测量(特征提取)，以获得客观的信息。（如区域分割、边界检测）.图像数据（）图像处理的三个层次(3)图像处理(imageprocessing)简单的点运算（低级处理）1.图像和图像处理a.图像处理事例一图像图像去除噪声（低级处理）a.图像处理事例二1.图像和图像处理图像图像图像的增强（低级处理）a.图像处理事例三1.图像和图像处理图像图像图像的分割（中级处理）b.图像分析事例1.图像和图像处理心腔容积的大小图像数据人脸跟踪与识别（高级处理）b.图像理解事例1.图像和图像处理1.2数字图像处理的起源与发展1.20世纪20年代第一次通过海底电缆传输图像1921年用电报打印机采用特殊字符在编码纸带中产生的图像1922年在信号两次穿越大西洋后，从穿孔纸带得到的数字图像数字图像处理的起源与发展2.20世纪60年代早期第一台执行有意义的图像处理任务的大型计算机计算机的发展，空间项目开发利用计算机改善空间探测器发回的图像工作美国航天器传送的第一张月球照片，“旅行者7号”卫星1964年7月31日9点09分（东部白天时间）在光线影响月球表面17分钟时摄取的图像3.20世纪60年代末、70年代初开始用于医学图像、地球遥感、天文学等领域计算机轴向断层术(CAT,CT)获诺贝尔医学奖胸部X射线图像头部CT图像数字图像处理的起源与发展4.至今广泛用于工业、医学、生物科学、地理学、考古学、物理学、天文学等多个领域太空技术：航天技术、空间防御、天文学生物科学：生物学和医学刑事/物证：指纹、人脸分析国防：军事探测工业应用：产品检测日常生活应用：照片编辑、影视制作5.利用图像处理技术帮助解决机器感知问题数字图像处理的起源与发展根据信息源分类（电磁波谱）根据光子能量排布的电磁波谱1.3数字图像处理的应用实例Gamma射线(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数字图像处理的应用实例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）天鹅星座环数字图像处理的应用实例紫外线成像(1)普通谷物(2)被真菌感染的谷物(3)天鹅星座环数字图像处理的应用实例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1750倍(5)有机超导450倍数字图像处理的应用实例可见光与红外波段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(e)谷物数字图像处理的应用实例可见光与红外波段成像(a)指纹(b)纸币(c)自动读取牌照数字图像处理的应用实例可见光与红外波段成像数字图像处理的应用实例红外线成像(Infrafredimages)Humanbodydispersesheat(redpixels)Differentcolorsindicatevaryingtemperatures红外线频率数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例微波波段成像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数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例无线电波成像(a)膝盖(b)脊椎磁共振成像(MRI)数字图像处理的应用实例其他图像成像方式声波成像地震模型横截面图像，箭头指示碳氢化合物数字图像处理的应用实例其他图像成像方式超声波成像(a)胎儿(b)胎儿另一侧(c)甲状腺(d)肌肉层有损害数字图像处理的应用实例其他图像成像方式电子显微镜成像(a)过热损坏的钨丝250倍(b)损坏的集成电路2500倍数字图像处理的应用实例其他图像成像方式计算机合成(a)和(b)分形图像(c)和(d)从显示物体的三维计算机模型产生的图像数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例1.4数字图像处理流程第2章图象获取第3、4章图象增强第5章图象复原第6章彩色图象处理第7章小波变换第8章图象压缩第9章形态学处理第10章图象分割第11章表示与描述第12章目标识别知识库这些处理：图像这些处理：图像图像数据图1.23数字图象处理的基本步骤图像增强－主观图像增强的目的是突出图像中（主观）感兴趣的部分，而减弱或去除不需要的信息，从而使有用信息得到加强，便于区分或解释。图像处理的基本内容图像恢复—客观图像恢复处理的主要目的是去掉干扰和模糊，恢复图像的本来面目。典型的例子如去噪就属于复原处理原始图像模糊图像复原图像图像处理的基本内容图像分割将图像中包含的物体，按其灰度或几何特性等划分为若干个有意义的区域的技术成为图像分割。图像处理的基本内容以指纹识别系统为例原始灰度图像去除噪声增强对比度二值化细化特征提取指纹的识别指纹识别系统的处理流程输出结果预处理图像分割表示与描述数字图像处理流程（1）预处理改善图象的质量，为后续处理作好准备e.g.滤除噪声（removingnoise）增强对比度（enhancingcontrast）􀁅图像增强后􀁅图像增强前指纹识别系统的处理流程（2）分割把一幅图象划分成背景和目标，非常重要但也很困难二值化细化预处理后的图像1(,)(,)0(,)fijthresholdgijfijthreshold指纹识别系统的处理流程（3）特征提取(表示与描述)（4）指纹识别（匹配）+知识库（数据存储）指纹识别系统的处理流程1.5数字图象处理系统的组成由图像输入、图像存储、图像通信、图像处理和分析、图像输出五个模块组成。•了解图像及图像处理的概念•了解图像的表达方法•了解图像处理系统的构成•了解数字图像处理技术的应用。本章要求：思考：1.请说明图像数学表达式f(x,y)中各参数的含义2.一个数字图像处理系统由哪几个模块组成？试说明各模块的作用