数字图像处理 第一章.ppt

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1、数字图像处理 信息学院信息学院教学计划 w 课程性质和任务课程性质和任务 通通过过本本课课程程的的学学习习，系系统统地地了了解解数数字字图图像像的的基基本本概概念念、数数字字图图像像形形成成的的原原理理，掌掌握握数数字字图图像像处处理理的的理理论论基基础础和和技技术术方方法法。着着重重掌掌握握数数字字图图像像的的增增强强、复复原原、压压缩缩和和分分割割的的技技术术方方法法，为为今今后后能能够够从从事事有有关关数数字字图图像像处处理理的的研研究究和和技技术术方方法法应应用用等等工工作作掌掌握握必必备的基础知识。备的基础知识。w先修课程先修课程 高等数学高等数学,线性代数线性代数 w教材教材 冈冈

2、萨萨雷雷斯斯著著，阮阮秋秋琦琦译译 数数字字图图像像处处理理（第第二二版版）电电子子工工业业出出版版社社 20032003年年3 3月月 参考书：参考书：图像处理和分析，章毓晋，清华大学出版社，图像处理和分析，章毓晋，清华大学出版社，20002000年年6 6月月 教学计划 w 课程内容课程内容 第第1 1章章 绪论绪论 第第2 2章章 数字图像基础数字图像基础 第第3 3章章 空间域图像增强空间域图像增强 第第4 4章章 频率域图像增强频率域图像增强 第第5 5章章 图像复原图像复原 第第8 8章章 图像压缩图像压缩 第第1010章章 图像分割图像分割 教学要求w考核方式考核方式 本本课课程

3、程的的考考核核分分为为平平时时成成绩绩、副副卷卷成成绩绩、期期末末考考试试成成绩绩两两大大部部分分，其其中中期期末末考考试试以以闭闭卷卷笔笔试试为为主主。总总成成绩按以下公式计算：绩按以下公式计算：总总成成绩绩平平时时成成绩绩20%20%副副卷卷成成绩绩20%+20%+期期末末成成绩绩60%60%第1章 绪论 本章要点本章要点 数字图像处理的概念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应用实例 数字图像处理的基本步骤数字图像处理的基本步骤 数字图像处理系统的组成数字图像处理系统的组成1.1 1.1 数字图像处理及其特点数字图像处理及其特点计算机方便处理计算机方便处理数字图像数字

4、图像以数字格式存放的图像以数字格式存放的图像数字化数字化像素像素7667522572277667用用二二维维矩矩阵阵表表示示灰度信息数字化灰度信息数字化将模拟图像数字化的主要设备是扫描仪。将模拟图像数字化的主要设备是扫描仪。将视频画面数字化的设备有图像采集卡。将视频画面数字化的设备有图像采集卡。数码照相机、数码摄像机。数码照相机、数码摄像机。第1章 绪论 数字图像处理的概念数字图像处理的概念1.1.数字图像的表示：数字图像的表示：f(x,yf(x,y)表示一幅图像，表示一幅图像，x,y,fx,y,f为有限、离为有限、离 散值散值第1章 绪论 数字图像处理的概念数字图像处理的概念2.2.图像处理

5、涉及的相关领域图像处理涉及的相关领域：（图像分析、计算机视觉）（图像分析、计算机视觉）低级处理：输入输出均为图像低级处理：输入输出均为图像 （如图像缩放、图像平滑）（如图像缩放、图像平滑）中中级级处处理理：输输入入图图像像，输输出出提提取取的的特特征征 （如如区区域域分分割割、边边界界检检测）测）高级处理：理解识别的图像高级处理：理解识别的图像 (如无人驾驶，自动机器人如无人驾驶，自动机器人)3.3.数字图像处理数字图像处理 包包括括输输入入和和输输出出均均是是图图像像的的处处理理，同同时时也也包包括括从从图图像像中中提提取取特特征征及识别特定物体的处理。及识别特定物体的处理。文本识别的例子文

6、本识别的例子第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展1.201.20世纪世纪2020年代年代 第一次通过海底电缆传输图像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第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展 1929年年从伦敦到从伦敦到纽约用纽约用15级色调设级色调设备传送的备传送的照片照片第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展2.202.20世纪世纪6060年代早期年代早期 第一台执行有意义的图像处理任务的大型计算机第一台执行有意义的图

7、像处理任务的大型计算机 计算机的发展，计算机的发展，空间项目开发空间项目开发 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 美国航天器传送的美国航天器传送的第一张月球照片，第一张月球照片，“旅行者旅行者7 7号号”卫卫星星19641964年年7 7月月3131日日9 9点点0909分（东部白天分（东部白天时间）在光线影响时间）在光线影响月球表面月球表面1717分钟时分钟时摄取的图像摄取的图像第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展3.3.2020世世纪纪6060年年代代末末、7070年年代代初初 开开始始用用于于医医学学图图像像、地地球球遥遥

8、感感、天天文文学学等等领域领域 计算机轴向断层术计算机轴向断层术 (CAT,CT)(CAT,CT)获获诺贝尔医学奖诺贝尔医学奖 胸部胸部X X射线图像射线图像头部头部CTCT图像图像第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展4.4.至至今今 广广泛泛用用于于工工业业、医医学学、生生物物科科学学、地地理理学学、考考古古学学、物物理理学学、天天文文学等多个领域学等多个领域 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5.5.利用图像处理技术帮助解决机器感知问题利用图像

9、处理技术帮助解决机器感知问题 第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 根据信息源分类根据信息源分类 （电磁波谱）（电磁波谱）根据光子能量排布的电磁波谱根据光子能量排布的电磁波谱第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例wGammaGamma射线射线 (a)(a)骨骼扫描骨骼扫描(b)(b)PETPET图像图像(c)(c)天鹅星座环天鹅星座环(d)(d)来自反应器来自反应器电子管的伽电子管的伽马辐射马辐射第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例wX X射线射线 （a a）胸部）胸部X X射线图像射线图像（b b）主动脉造影图像）主动脉造影图像

10、（c c）头部）头部CTCT（d d）电路板）电路板（e e）天鹅星座环）天鹅星座环第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w紫外线成像紫外线成像 (1)(1)普通谷物普通谷物(2)(2)被真菌感染的谷物被真菌感染的谷物(3)(3)天鹅星座环天鹅星座环第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红外波段成像可见光与红外波段成像 第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红外波段成像可见光与红外波段成像 利用可见光显微镜获取的图像利用可见光显微镜获取的图像(1)(1)紫杉酚紫杉酚 250250倍倍(2)(2)胆固醇胆固醇 404

11、0倍倍(3)(3)微处理器微处理器 6060倍倍(4)(4)镍氢化物薄片镍氢化物薄片 600600倍倍(5)(5)音像音像CDCD表面表面 17501750倍倍(6)(6)有机超导有机超导 450450倍倍第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红外波段成像可见光与红外波段成像华盛顿地区的卫星图像华盛顿地区的卫星图像第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红外波段成像

12、可见光与红外波段成像 飓风图像飓风图像第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红可见光与红 外波段成像外波段成像 美洲的红外卫星图像美洲的红外卫星图像第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红可见光与红 外波段成像外波段成像 利用图像处理技术检测产品利用图像处理技术检测产品(a)(a)电路板电路板(b)(b)封装的丸剂封装的丸剂(c)(c)瓶子瓶子(d)(d)清洁塑料上的气泡清洁塑料上的气泡(e)(e)谷物谷物(f)(f)眼部种植体图像眼部种植体图像第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红可见光与红 外波段成

13、像外波段成像 (a)(a)指纹指纹(b)(b)纸币纸币(c)(c)自动读取牌照自动读取牌照第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w微微波波段段成成像像 （雷雷达达）不不受受气气候候、光光照照条条件件影影响响，可可以以穿穿透透云云层层，通通过植被、冰层和极干燥地区过植被、冰层和极干燥地区西藏东南山区航天器拍摄的雷达图像西藏东南山区航天器拍摄的雷达图像第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w无线电波成像无线电波成像 (a)(a)膝盖膝盖 (b)(

14、b)脊椎脊椎磁共振成像磁共振成像(MRI)(MRI)第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w其他图像成像方式其他图像成像方式 声波成像声波成像 地震模型横截面图像，箭头指示碳氢化合物地震模型横截面图像，箭头指示碳氢化合物第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w其他图像成像方式其他图像成像方式 超声波成像超声波成像 (a)(a)胎儿胎儿 (b)(b)胎儿另一侧胎儿另一侧 (c)(c)甲状腺甲状腺 (d)(d)肌肉层有损害肌肉层有损害 第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w其他图像成像方式其他图像成像方式 电子显微镜成像电子显微镜成像

15、(a)(a)过热损坏的钨丝过热损坏的钨丝 250250倍倍 (b)(b)损坏的集成电路损坏的集成电路 25002500倍倍第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w其他图像成像方式其他图像成像方式 计算机合成计算机合成(a)(a)和和(b)(b)分分形图像形图像(c)(c)和和(d)(d)从从显示物体的显示物体的三维计算机三维计算机模型产生的模型产生的图像图像第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展 第1章 绪论数字图像处理的基本步骤数字图像处理的基本步骤第1章 绪论数字图像处理的基本步骤数字图像

16、处理的基本步骤 图像获取、表示和表现 Image Acquisition Image,Representation and Presentation 图像增强 Image Enhancement图像增强是对图像质量在一般意义上的改善。图像复原 Image Restoration 复原技术是已知图像品质下降的原因时，对图像进行校正。图像分割 Image Segmentation 把图像分成区域的过程就是图像分割。图像压缩 Image Compression 彩色图像处理 Color Image Processing 图像形态学 Morphological Processing 提取图像的形态分量

17、第1章 绪论图像处理系统的构成图像处理系统的构成1.4 1.4 数字图像处理系统数字图像处理系统 数字图像处理系统硬件数字图像处理系统硬件 电视摄像机电视摄像机 扫描仪扫描仪 数码照相机数码照相机 遥感图像获取设备遥感图像获取设备 计算机计算机图像输入卡（采集卡图像输入卡（采集卡)显示卡显示卡图像存贮装置图像存贮装置图像数字化设备图像数字化设备输入图像输入图像输出图像输出图像打印机打印机绘图仪绘图仪图像处理计算机图像处理计算机图像输出设备图像输出设备第1章 绪论图像处理系统开发软件图像处理系统开发软件 Mathlab 图像处理工具箱图像处理工具箱 MATLABMATLAB具有相当强大的矩阵具有

18、相当强大的矩阵运算和操作功能，运算和操作功能，MATLABMATLAB图像处理工具箱提供了丰富的图像处理函数，图像处理工具箱提供了丰富的图像处理函数，灵活运用这些函数几乎可以完成所有的图像处理工作，大大节省编写低层灵活运用这些函数几乎可以完成所有的图像处理工作，大大节省编写低层算法代码的时间算法代码的时间,避免程序设计中的重复劳动避免程序设计中的重复劳动 LeadTools 图形、图像软件开发包图形、图像软件开发包 SPIDER（Subroutine Package for Iamge Data Enhancement and Recognition）AVS（Application Visualization System）