数字图像处理(翟瑞芳)第1章.ppt

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1、Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系数数 字字 图图 像像 处处 理理 Digital Image ProcessingDigital Image Processing翟瑞芳翟瑞芳Office:Office:逸夫楼逸夫楼B407-1B407-1Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系人与动物的区别人与动物的区别在一间有灰色墙面的屋子里，一个人靠画面在一间有灰色墙面的屋子里，一个人靠画面的右边坐着。他穿着白色的衬衫和褐色的西的右边坐着。他穿着白色的衬衫和褐色的西服，面对着一个画架，右手拿着油画笔，左服，面对着一个

2、画架，右手拿着油画笔，左手端着调色盘，正在画着一只飞鸟。那幅画手端着调色盘，正在画着一只飞鸟。那幅画要基本完成了。画面上的鸟正展开翅膀，似要基本完成了。画面上的鸟正展开翅膀，似乎要飞出画布。那个画家神情严肃地盯着左乎要飞出画布。那个画家神情严肃地盯着左面靠着他的桌子，桌子上有一个白色的个头面靠着他的桌子，桌子上有一个白色的个头不大的鸡蛋不大的鸡蛋.Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系如果在你眼前展现一幅图像呢？上面描述的是怎样一个景象？一万个人能想象出一万种画面Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系Rene

3、Magritte(1936)“La Clairvoyance(autoportraint)”勒内勒内.玛格丽特玛格丽特 比利时比利时，远见，自画像，远见，自画像Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系 人类通过眼、耳、鼻、舌、身接受信息，人类通过眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。感知世界。视觉视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉约有约有75%75%的信息是通过视觉系统获取的。的信息是通过视觉系统获取的。“One picture is worth 10,000 words”Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计

4、算机科学与技术系百闻不如一见百闻不如一见Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系为什么要做图像处理？为什么要做图像处理？图像处理研究的意义：图像处理研究的意义：图像是人类信息传递的主要媒介图像是人类信息传递的主要媒介图像信息处理是人类视觉延续的重要手段图像信息处理是人类视觉延续的重要手段图像处理技术具有广泛的应用价值图像处理技术具有广泛的应用价值Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系课程目的与要求课程目的与要求掌握数字图像处理的基本概念、原理和方法掌握数字图像处理的基本概念、原理和方法初步运用所学知识解决实际问题

5、初步运用所学知识解决实际问题为图像处理及相关领域的研究打下基础为图像处理及相关领域的研究打下基础图像处理图像处理计算机视觉计算机视觉基于内容的图像、视频检索基于内容的图像、视频检索人脸识别、指纹识别、掌纹识别、虹膜识别人脸识别、指纹识别、掌纹识别、虹膜识别图像分类、图像和视频的语义概念检索图像分类、图像和视频的语义概念检索Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系 数字图像处理基础（采样、量化）数字图像处理基础（采样、量化）空间域图像增强（直方图、图像平滑、锐化）空间域图像增强（直方图、图像平滑、锐化）频率域图像增强（各种变换、图像平滑、锐化）频率域图像增

6、强（各种变换、图像平滑、锐化）图像的几何变换（缩放、旋转等）图像的几何变换（缩放、旋转等）图像复原（几种复原方法和技术）图像复原（几种复原方法和技术）图像压缩图像压缩 图像分割与边缘检测图像分割与边缘检测 形态学图像理论形态学图像理论 图像特征与理解图像特征与理解课程内容及安排课程内容及安排Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系主要参考书目主要参考书目1.1.图像处理和分析，章毓晋，图像处理和分析，章毓晋，图像处理和分析，章毓晋，图像处理和分析，章毓晋，清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社2.2.数字图像处理，贾永红，武汉大学出版社

7、数字图像处理，贾永红，武汉大学出版社数字图像处理，贾永红，武汉大学出版社数字图像处理，贾永红，武汉大学出版社3.3.数字图像处理学，阮秋琦，清华大学出版社数字图像处理学，阮秋琦，清华大学出版社数字图像处理学，阮秋琦，清华大学出版社数字图像处理学，阮秋琦，清华大学出版社Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系国内外相关会议和杂志国内外相关会议和杂志国内杂志：一级学报国内杂志：一级学报Journal of Computer Science and Technology(JCST)(SCI)计算机学报计算机学报软件学报软件学报电子学报电子学报计算机研究与发展计

8、算机研究与发展国外会议：国外会议：IEEE International Conference on Computer Vision(ICCV)IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR)ACM Multimedia Conference(MM)IEEE International Conference on Image Processing(ICIP)Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系国外杂志：国外杂志：IEEE Transactions

9、 on Pattern Analysis and Machine Intelligence(PAMI)IEEE Transactions on Image Processing(IP)IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology(CSVT)International Journal of Computer Vision(IJCV)Pattern Recognition(PR)Image and Vision Computing(IVC)国内外相关会议和杂志国内外相关会议和杂志Designed by Ruifang

10、ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系成绩评定办法成绩评定办法q 平时作业：平时作业：1010q 上机作业（程序及试验结果，含相应文档）：上机作业（程序及试验结果，含相应文档）：20%20%q 笔试笔试：7 70%0%Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系如何学习本课程？如何学习本课程？需要掌握一些数学知识，但更重要的是理解隐藏在公式背后的物理、几何意义，以及如何应用它们。勤于动手，勤于编写程序。要和实际应用相结合，创造性地应用图像处理方法。更重要的是Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系如何学习本课程？如何

11、学习本课程？千里之行千里之行 始于足下始于足下Maria Petrou.Image Procesing:The Fundamentals.2002Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系综合实训的思考综合实训的思考Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系p界定图像处理的范围；界定图像处理的范围；p简要讨论一下在数字图像处理中进行的主要研究；简要讨论一下在数字图像处理中进行的主要研究；p概述一下典型通用的图像处理系统的组成；概述一下典型通用的图像处理系统的组成；p介绍数字图像处理的应用。介绍数字图像处理的应用。本章学

12、习的几个主要目的本章学习的几个主要目的 第一章第一章 概概 论论 Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.1 1.1 数字图像基本概念数字图像基本概念模拟图像模拟图像Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.1 1.1 数字图像基本概念数字图像基本概念1.1.2 数字图像数字图像 一个二维函数一个二维函数f(x，y)，这里，这里x和和y是空间坐标，而在任何是空间坐标，而在任何一对空间坐标一对空间坐标(x，y)上的幅值上的幅值f f 称为该点图像的强度或灰度。称为该点图像的强度或灰度。当当x，y和幅值和幅值f为

13、有限的、离散的数值时，称该图像为数字图为有限的、离散的数值时，称该图像为数字图像。数字图像是由有限的元素组成像。数字图像是由有限的元素组成,每一个元素都有一个特定每一个元素都有一个特定的位置和幅值。的位置和幅值。Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系图图1-4 数字图像数字图像1.1 1.1 数字图像基本概念数字图像基本概念Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系 在在计计算算机机中中，图图像像被被分分割割成成图图1-1所所示示的的像像素素（Pixel），各各像像素素的的灰灰度度值值用用整整数数表表示示。一一幅幅

14、MN个个像像素素的的数数字字图图像像，其其像像素灰度值可以用素灰度值可以用M行、行、N列的矩阵列的矩阵G表示：表示：(1-1)1.1 1.1 数字图像基本概念数字图像基本概念Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系 1.2.1 什么是数字图像处理什么是数字图像处理数数字字图图像像处处理理是是指指借借用用数数字字计计算算机机处处理理数数字字图图像像例例如如对对图图像像进进行行去去除除噪噪声声、增增强强、复复原原、分分割割、提提取取特特征征等等。数数字字图图象象处理也称之为计算机图像处理（处理也称之为计算机图像处理（Computer Image Proces

15、sing）。）。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.2.2 数字图像处理的目的数字图像处理的目的 一般而言，一般而言，对图像进行加工分析主要有如下三方面目的：对图像进行加工分析主要有如下三方面目的：（1）提高图像的视感质量，提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的。以达到赏心悦目的目的。（2）提提取取图图像像中中所所包包含含的的某某些些特特征征或或特特殊殊信信息息，以以便便于于计计算机分析，例如，常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。算机分析，例如，常用作模式识别、计算机视觉的预处理

16、等。（3）对对图图像像数数据据进进行行变变换换、编编码码和和压压缩缩，以以便便于于图图像像的的存储和传输。存储和传输。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.2.3 数字图像处理的主要内容数字图像处理的主要内容 （1）图图 像像 获获 取取、表表 示示 和和 表表 现现（Image Acquisition，Representation and Presentation）：把把模模拟拟图图像像信信号号转转化化为为计计算算机机所所能能接接受受的的数数字字形形式式，以以及及把把数数字字图图像像

17、显显示示和和表表现现出出来来（如如打打印印）。这这一一过过程程主主要要包包括括摄摄取取图图像像、光光电电转转换换及及数数字字化化等几个步骤。等几个步骤。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系（2）图图像复原（像复原（Image Restoration）当当造造成成图图像像退退化化（图图像像品品质质下下降降）的的原原因因已已知知时时，复复原原技技术术可可以以对对图图像像进进行行校校正正。图图像像复复原原最最关关键键的的是是对对每每种种退退化都需要有一个合理的模型。化都需要有一个合理的模型。1

18、.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系（3 3）图像增强（图像增强（Image EnhancementImage Enhancement）图图像像增增强强是是对对图图像像质质量量在在一一般般意意义义上上的的改改善善。当当无无法法知知道道图图像像退退化化有有关关的的定定量量信信息息时时，可可以以使使用用图图像像增增强强技技术术较较为为主主观观地地改改善图像的质量。善图像的质量。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中

19、农业大学计算机科学与技术系（4）图图像分割（像分割（Image Segmentation）把把图图像像分分成成区区域域的的过过程程就就是是图图像像分分割割。图图像像中中通通常常包包含含多多个个对对象象，例例如如，一一幅幅医医学学图图像像中中显显示示出出正正常常的的或或有有病病变变的的各各种种器器官官和和组组织织。图图像像处处理理为为达达到到识识别别和和理理解解的的目目的的，几几乎乎都都必必须须按按照照一一定定的的规规则则将将图图像像分分割割成成区区域域，每每个个区区域域代代表表被被成成像像的的一一个物体（或部分）。个物体（或部分）。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特

20、点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系（5 5）图像分析）图像分析 图图像像处处理理应应用用的的目目标标几几乎乎均均涉涉及及到到图图像像分分析析，即即对对图图像像中中的的不不同同对对象象进进行行分分割割、特特征征提提取取和和表表示示，从从而而有有利利于于计计算算机机对对图像进行分类、图像进行分类、识别和理解。识别和理解。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系（6 6）图像重建）图像重建 图图像像重重建建是是指指从从数数据据到到图图像像的的处处理理

21、，CT就就是是图图像像重重建建处处理的典型应用实例。理的典型应用实例。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系（7 7）图像压缩编码）图像压缩编码 数数字字图图像像的的特特点点之之一一是是数数据据量量庞庞大大。尽尽管管现现在在有有大大容容量量的的存存贮贮器器，但但仍仍不不能能满满足足对对图图像像数数据据（尤尤其其是是动动态态图图像像、高高分分辨辨率图像）处理的需要，率图像）处理的需要，因此在实际应用中图像压缩是必需的。因此在实际应用中图像压缩是必需的。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点

22、图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系数字图像处理的关键步骤数字图像处理的关键步骤图像采集图像采集图像复原图像复原形态学处形态学处理理分割分割表示表示&描述描述图像增强图像增强对象识别对象识别问题域问题域彩色图像彩色图像处理处理图像压缩图像压缩Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.2.3 1.2.3 数字图像处理的特点数字图像处理的特点 数数字字图图像像处处理理是是利利用用计计算算机机的的计计算算，实实现现与与光光学学系系统统模模拟拟处理相同效果的过程。处理相同效果的过程。q 处理精

23、度高，再现性好；处理精度高，再现性好；q 易于控制处理效果；易于控制处理效果；q 处理的多样性；处理的多样性；q 图像数据庞大；图像数据庞大；q 处理费时；处理费时；q 技术综合性强。技术综合性强。1.2 1.2 图像处理目的、内容和特点图像处理目的、内容和特点Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科1.3.1 图像工程的内涵图像工程的内涵图图1-2 图像工程三层次示意图图像工程三层次示意图 Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系图像处理（低级）图像处理（低级）

24、内容内容：主要对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果、或突出有用信息，并为自动识别打基础，或通过编码以减少对其所需存储空间、传输时间或传输带宽的要求。特点特点：输入是图像，输出也是图像，即图象之间进行的变换。1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系 图像处理实例（图像增强）图像处理实例（图像增强）1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系图像分析（中级图像处理）图像分析（中级图像处理）内容内容：主要对图象中感兴趣的

25、目标进行检测（或分割）和测量，以获得它们的客观信息从而建立对图象的描述。特点特点：输入是图象，输出是数据。1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系中级图像处理实例（图像分割）中级图像处理实例（图像分割）1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系图像理解（高级图像处理）图像理解（高级图像处理）内容：内容：在中级图像处理的基础上，进一步研究图象中各目标的性质和它们之间相互的联系，并得出对图象内容含义的理解（对象识别）及

26、对原来客观场景的解释（计算机视觉），从而指导和规划行动。特点特点：以客观世界为中心，借助知识、经验等来把握整个客观世界。“输入是数据，输出是理解”1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系高级图像处理实例（图像识别）高级图像处理实例（图像识别）1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系 白种人的虹膜白种人的虹膜 虹膜诊断（虹膜诊断（Iridology）黄种人的虹膜黄种人的虹膜1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程

27、与相关学科Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科1.3.1 图像工程的内涵图像工程的内涵图图1-2 图像工程三层次示意图图像工程三层次示意图 Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.3.2 相关学科和领域相关学科和领域1.3 1.3 图像工程与相关学科图像工程与相关学科图图1-3 图像工程与相关学科的联系和区别图像工程与相关学科的联系和区别 Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系图像处理系统示意图图像处理系统示意图

28、1.4 1.4 数字图像处理系统数字图像处理系统 Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.4 1.4 数字图像处理系统数字图像处理系统 Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用信息源分类（如可见光、信息源分类（如可见光、X X射线等等射线等等 ）。）。图像的最主要来源是电磁波。图像的最主要来源是电磁波。Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系射线成像射线成像 Gamma-Ray ImagingGamma-Ray Imag

29、ing射线成像主要用于核医射线成像主要用于核医学和天文观察。学和天文观察。在核医学中，这种处理在核医学中，这种处理是将放射性同位素注射到是将放射性同位素注射到病人体内，当这种物质衰病人体内，当这种物质衰变时放射出变时放射出射线，然后用射线，然后用射线检测器产生图像。射线检测器产生图像。1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系射线成像射线成像 X-ray ImagingX-ray ImagingX射线是最早用于成像的电磁射线是最早用于成像的电磁辐射源之一。辐射源之一。射线管是带有阴极和阳极的射线管是带有阴

30、极和阳极的真空管。阴极加热释放自由电子，真空管。阴极加热释放自由电子，这些电子以很高的速度向阳极流这些电子以很高的速度向阳极流动，当电子撞击一个原子核时，动，当电子撞击一个原子核时，能量被释放并形成射线辐射。能量被释放并形成射线辐射。射线的能量由另一边的阳极射线的能量由另一边的阳极电压控制，而射线的数量由施电压控制，而射线的数量由施加于阴极灯丝的电源控制。加于阴极灯丝的电源控制。1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系紫外波段成像紫外波段成像 Imaging in the Ultraviolet Ban

31、dImaging in the Ultraviolet Band紫外线被用于荧光显微镜紫外线被用于荧光显微镜方法，这是显微镜方法中发方法，这是显微镜方法中发展最快的领域。展最快的领域。荧光是荧光是19世纪中叶发现的。世纪中叶发现的。当紫外辐射光子与荧光材料当紫外辐射光子与荧光材料内原子中的电子碰撞时，它内原子中的电子碰撞时，它把电子提高到较高的能级，把电子提高到较高的能级，随后受激电子释放到较低的随后受激电子释放到较低的能级并以可见光范围内的低能级并以可见光范围内的低能光子放光。能光子放光。1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华

32、中农业大学计算机科学与技术系可可见见光光及及红红外外线线波波段段成成像像(1)Imaging(1)Imaging in in the the Visible Visible and and Infrared BandInfrared Band用光显微镜方法获用光显微镜方法获用光显微镜方法获用光显微镜方法获取图像的例子取图像的例子取图像的例子取图像的例子1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系Imaging in the Visible and Infrared Band(2)Imaging in the

33、 Visible and Infrared Band(2)成像地区为华盛顿，它包括建筑物、道路、植被和主要河流成像地区为华盛顿，它包括建筑物、道路、植被和主要河流成像地区为华盛顿，它包括建筑物、道路、植被和主要河流成像地区为华盛顿，它包括建筑物、道路、植被和主要河流1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系Imaging in the Visible and Infrared Band(3)Imaging in the Visible and Infrared Band(3)1.5 1.5 数字图像处理的

34、应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系Imaging in the Visible and Infrared Band(4)Imaging in the Visible and Infrared Band(4)可见光在自动检测中的可见光在自动检测中的可见光在自动检测中的可见光在自动检测中的应用应用应用应用1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系Imaging in the Visible and Infrared Band(5)Imagin

35、g in the Visible and Infrared Band(5)可见可见可见可见光在光在光在光在自动自动自动自动识别识别识别识别中的中的中的中的应用应用应用应用1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系微波波段成像微波波段成像Imaging in the Microwave BandImaging in the Microwave Band微波波段成像的典型应用是微波波段成像的典型应用是雷达雷达。成像雷达的独特之处是：在任何范围、任何时间内不考虑气成像雷达的独特之处是：在任何范围、任何时间内不考

36、虑气候、光照条件的收集数据能力。雷达波可以穿透云层，在一定候、光照条件的收集数据能力。雷达波可以穿透云层，在一定条件下还可以通过植被、冰层和极干燥的沙漠。条件下还可以通过植被、冰层和极干燥的沙漠。1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系无线电波成像无线电波成像(1)Imaging in the Radio Band(1)Imaging in the Radio Band无线电波用于无线电波用于无线电波用于无线电波用于磁共振成像磁共振成像磁共振成像磁共振成像(MRI)(MRI)(MRI)(MRI)。1.5

37、 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系无线电波成像无线电波成像(2)Imaging in the Radio Band(2)Imaging in the Radio Band几种电磁波谱中的蟹状脉冲星图像比较几种电磁波谱中的蟹状脉冲星图像比较几种电磁波谱中的蟹状脉冲星图像比较几种电磁波谱中的蟹状脉冲星图像比较1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系其他图像模式应用的实例声波成像其他图像模式应用的实例声波成像为了获取海

38、洋图像，能源通常由两个位于船后部的空气枪组成，为了获取海洋图像，能源通常由两个位于船后部的空气枪组成，返回的声波由置于船后部电缆中的水听器检测。返回的声波由置于船后部电缆中的水听器检测。水听器放置在海底，或用浮子悬吊着。两个空气枪交替加压至水听器放置在海底，或用浮子悬吊着。两个空气枪交替加压至2000psi，然后爆炸，船的恒定运动提供一个横向运动，通过返回，然后爆炸，船的恒定运动提供一个横向运动，通过返回声波产生一幅海洋底部地下结构的三维图像。声波产生一幅海洋底部地下结构的三维图像。1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大

39、学计算机科学与技术系其他图像模式应用的实例超声波成像其他图像模式应用的实例超声波成像（1 1）超声波系统（一台计算机、由超生波和接受器组成的超声探超声波系统（一台计算机、由超生波和接受器组成的超声探头和显示器）向身体传输高频头和显示器）向身体传输高频(1 15MHz5MHz)声脉冲。声脉冲。声波传入体内并碰撞组织间的边缘（流体和软组织之间，软声波传入体内并碰撞组织间的边缘（流体和软组织之间，软组织和骨之间），声波的一部分返回，一部分声波继续传播直到组织和骨之间），声波的一部分返回，一部分声波继续传播直到达到另一边界并反射。达到另一边界并反射。计算机根据声波在组织中的传播速度和每个回波返回的时间

40、计算机根据声波在组织中的传播速度和每个回波返回的时间计算从探头到组织或边界的距离计算从探头到组织或边界的距离系统在屏幕上显示回波的距离和亮度形成的二维图像。系统在屏幕上显示回波的距离和亮度形成的二维图像。1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系其他图像模式应用的实例超声波成像其他图像模式应用的实例超声波成像(2)(2)超声图象超声图象超声图象超声图象1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系农业领域中的应用农业领域

41、中的应用1.种质资源监测及农产品自动分级种质资源监测及农产品自动分级2.植物生长无损监测植物生长无损监测3.病虫害及杂草检测病虫害及杂草检测4.自动化收获自动化收获5.种猪体重测量种猪体重测量Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用一：种质资源检测应用一：种质资源检测Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用一：农产品分级应用一：农产品分级果蔬大小、颜色、纹理、形状及部分缺陷；Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用一：种质资源检测应用一：种质资源检测关键技术：关键

42、技术：采集数据采集数据图像预处理；图像预处理；图像分割：将目标与背景进行分离；图像分割：将目标与背景进行分离；提取出目标体的形状、颜色、及空间分布特征提取出目标体的形状、颜色、及空间分布特征对目标场景进行识别对目标场景进行识别利用利用颜色、大小、形状颜色、大小、形状等信息等信息实现苹果、柑橘、马铃薯、板栗、实现苹果、柑橘、马铃薯、板栗、草莓、樱桃、披萨饼等的质量检测研究草莓、樱桃、披萨饼等的质量检测研究图像采集图像采集籽粒识别籽粒识别特征提取特征提取模式识别模式识别得出目标得出目标Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用二：植物生长无损检测应用二：植

43、物生长无损检测基于图像处理植物生命现象的研究主要内容：（1）外部形态参数；）外部形态参数；（2）作物营养状态监测；）作物营养状态监测；（3）果实的成熟度检测；）果实的成熟度检测；（4）作物生长虚拟模拟；作物生长虚拟模拟；（5 5）植物根系图像监测植物根系图像监测Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用二：植物生长无损检测应用二：植物生长无损检测1)外部参数测量外部参数测量节间位置、节长度、节直节间位置、节长度、节直径；径；叶片个数、叶片面积、叶叶片个数、叶片面积、叶片周长、叶片长度；片周长、叶片长度；茎秆长度；茎秆直径；叶茎秆长度；茎秆直径；叶柄夹角

44、等柄夹角等Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用二：植物生长无损检测应用二：植物生长无损检测2.）作物营养状态监测）作物营养状态监测1）监测植物叶尖的运动状态，进而建立起了叶尖运动与植物缺水的关系；2）利用图像分割方法提取目标的形态特征并与作物的生长健康状况相结合，发现利用叶片面积和最大作物茎高等外观形态特征可以判断植株的营养状态；3)在光照可控条件下，主要采用色彩分量的提取方法判别作物的生长健康状况，如作物种类的识别以及作物的污染情况和生长状况Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用二：植物生长无损检测

45、应用二：植物生长无损检测3）果实的成熟度检测）果实的成熟度检测对确定植物生长阶段和果实分级具有重要的意义。对确定植物生长阶段和果实分级具有重要的意义。根据果实表面颜色、形状及大小判别其成熟度；与自动分级类似。Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用二：植物生长无损检测应用二：植物生长无损检测4)4)作物生长虚拟模拟：作物生长虚拟模拟：应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况是定量化研究植物生长特征及其规律的进一步拓展和延伸。Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用二：植物生长无损检测应用二：植物生长无损

46、检测5)植物根系图像监测植物根系图像监测根长度、根表面积、平均直径、跟长密度、根表面积密度、根体积等。Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用三：病虫及草害检测应用三：病虫及草害检测病虫害监测病虫害监测基于颜色特征的作物病虫害视觉检测基于颜色特征的作物病虫害视觉检测研究不同的颜色模型与病虫害植物叶面间的关系；研究不同的颜色模型与病虫害植物叶面间的关系；基于纹理特征的作物病虫害视觉检测基于纹理特征的作物病虫害视觉检测纹理描述、纹理分割、纹理分析等；纹理描述、纹理分割、纹理分析等；基于形状特征的作物病虫害视觉检测基于形状特征的作物病虫害视觉检测周长、表面

47、积、最大（小）半径、偏心率、叶状性等特征；多用周长、表面积、最大（小）半径、偏心率、叶状性等特征；多用于图像识别的最后阶段，适合于表达区分病健组织边界清晰，形于图像识别的最后阶段，适合于表达区分病健组织边界清晰，形状特征明显，叶片局部显症的叶斑类病害状特征明显，叶片局部显症的叶斑类病害基于多元特征的作物病虫害视觉检测基于多元特征的作物病虫害视觉检测参数结合分析法：颜色与形态结合法；颜色与纹理结合法；颜色、参数结合分析法：颜色与形态结合法；颜色与纹理结合法；颜色、纹理、与形态三者互结合法。纹理、与形态三者互结合法。Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应

48、用三：病虫及草害检测应用三：病虫及草害检测Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用四：自动化收获应用四：自动化收获自动化收获自动化收获摄象机标定摄象机标定Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用四：自动化收获应用四：自动化收获Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用五：种猪体重测量应用五：种猪体重测量种猪体重测量种猪体重测量Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用五：种猪体重测量应用五：种猪体重测量Designed by

49、 Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系应用五：种猪体重测量应用五：种猪体重测量Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系图像处理技术未来发展大致可归纳为：图像处理技术未来发展大致可归纳为：图图像像处处理理的的发发展展将将围围绕绕HDTV（高高清清晰晰度度电电视视）的的研研制制，开开展展实实时时图图像像处处理理的的理理论论及及技技术术研研究究，向向着着高高速速、高高分分辨辨率率、立体化、多媒体化、立体化、多媒体化、智能化和标准化方向发展。智能化和标准化方向发展。图像、图形相结合图像、图形相结合,朝着三维成像或多维成像的方向发展。朝着三维成

50、像或多维成像的方向发展。硬硬件件芯芯片片研研究究。把把图图像像处处理理的的众众多多功功能能固固化化在在芯芯片片上上，使使之更便于应用。之更便于应用。新理论与新算法研究。新理论与新算法研究。1.7 1.7 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向 Designed by Ruifang ZHAI 华中农业大学计算机科学与技术系1.7 1.7 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向 （1）在在进进一一步步提提高高精精度度的的同同时时着着重重解解决决处处理理速速度度问问题题。如如，在在航航天天遥遥感感、气气象象云云图图处处理理方方面面，巨巨大大的的数数据据量量和和处处理理速速度度仍仍然是主