第一章-绪论-数字图像处理(冈萨雷斯)课件.ppt
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1、数字图像处理伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。BlochBloch和和PurcellPurcell因发现因发现NMRNMR现象获得现象获得19521952年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。发明发明MRIMRI中中FourierFourier重建方法的重建方法的ErnstErnst获得获得19911991年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。LauterburLauterbur和和MansfieldMansfield因发明因发明MRIMRI方法方法获得获得20032003年诺贝尔医学和生理学奖年诺贝尔医学和生理学奖。二、数字图像处理的概念二、数字图像处理的概念1.什么是图像“图图”是物体投射或
2、反射光的分布,是物体投射或反射光的分布,“像像”是人的是人的视觉系统对图的接受在大脑中形成的印象或反映。视觉系统对图的接受在大脑中形成的印象或反映。是是客观客观和和主观主观的结合。的结合。1 模拟图像n2 数字图像物理图像19643灰度像素数字图像采样列采样行图片像素行间隔采样列间隔灰阶黑灰白0128255n彩色图象彩色图象可以用可以用红红、绿绿、蓝蓝三元组的二维矩阵来表示。三元组的二维矩阵来表示。通常,三元组的每个数值也是在通常,三元组的每个数值也是在0到到255之间,之间,0表表示相应的基色在该象素中没有,而示相应的基色在该象素中没有,而255则代表相应的基则代表相应的基色在该象素中取得最
3、大值,这种情况下每个象素可用色在该象素中取得最大值,这种情况下每个象素可用三个字节来表示。三个字节来表示。彩色图象彩色图象(128x128)及其对应的数值矩阵(仅列出一部分及其对应的数值矩阵(仅列出一部分(25x31))(207,137,130)(220,179,163)(215,169,161)(210,179,172)(210,179,172)(207,154,146)(217,124,121)(226,144,133)(226,144,133)(224,137,124)(227,151,136)(227,151,136)(226,159,142)(227,151,136)(230,170
4、,154)(231,178,163)(231,178,163)(231,178,163)(236,187,171)(236,187,171)(239,195,176)(239,195,176)(240,205,187)(239,195,176)(231,138,123)(217,124,121)(215,169,161)(216,179,170)(216,179,170)(207,137,120)(159,51,71)(189,89,101)(216,111,110)(217,124,121)(227,151,136)(227,151,136)(226,159,142)(226,159,142
5、)(237,159,135)(237,159,135)(231,178,163)(236,187,171)(231,178,163)(236,187,171)(236,187,171)(236,187,171)(239,195,176)(239,195,176)(236,187,171)(227,133,118)(213,142,135)(216,179,170)(221,184,170)(190,89,89)(204,109,113)(204,115,118)(189,85,97)(159,60,78)(136,38,65)(160,56,75)(204109113)(227151136)(
6、226159142)(237159135)(227151136)n2.什么是数字图像处理什么是数字图像处理数字图像处理数字图像处理就是利用计算就是利用计算机系统对数字机系统对数字图像进行各种图像进行各种目的的处理目的的处理 三、数字图像的表示方法三、数字图像的表示方法n数字图像常用矩阵来表示数字图像常用矩阵来表示:x=0,1,N-1y=0,1,N-1f(i,j)=0255,(灰度级为256,设灰度量化为8bit)数字图像处理的三个层次数字图像处理的三个层次n 从计算机处理的角度可以由高到低从计算机处理的角度可以由高到低将数字图像分为三个层次。这三个层将数字图像分为三个层次。这三个层次覆盖了图像
7、处理的所有应用领域次覆盖了图像处理的所有应用领域 图像工程的示意图图像工程的示意图 数字图像处理的三个层次数字图像处理的三个层次n1.图像处理:图像处理:对图像进行各种加工,以改善图像的视对图像进行各种加工,以改善图像的视觉效果;强调图觉效果;强调图 像之间进行的变换;像之间进行的变换;图像处理是一个从图像处理是一个从图像到图像图像到图像的过程。的过程。n2.图像分析:图像分析:对图像中感兴趣的目标对图像中感兴趣的目标进行提取和分割,获得目标的客观信进行提取和分割,获得目标的客观信息(特点或性质),建立对图像的描息(特点或性质),建立对图像的描述;述;n以观察者为中心研究客观世界;以观察者为中
8、心研究客观世界;n图像分析是一个从图像分析是一个从图像到数据图像到数据的过的过程程。n可见,图像处理、图像分析和图像理解是处在三可见,图像处理、图像分析和图像理解是处在三个抽象程度和数据量各有特点的不同层次上。图个抽象程度和数据量各有特点的不同层次上。图像处理是比较低层的操作,像处理是比较低层的操作,它主要在图像像素级它主要在图像像素级上进行处理,上进行处理,处理的数据量非常大。图像分析则处理的数据量非常大。图像分析则进入了中层,分割和特征提取把原来以像素描述进入了中层,分割和特征提取把原来以像素描述的图像转变成比较简洁的非图像形式的描述。图的图像转变成比较简洁的非图像形式的描述。图像理解主要
9、是高层操作,像理解主要是高层操作,基本上是对从描述抽象基本上是对从描述抽象出来的符号进行运算,其处理过程和方法与人类出来的符号进行运算,其处理过程和方法与人类的思维推理有许多类似之处。的思维推理有许多类似之处。根据本课程的任务和目标,本书重点放在图根据本课程的任务和目标,本书重点放在图像处理上,并学习图像分析的基本理论和方法。像处理上,并学习图像分析的基本理论和方法。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n图像工程是一门交叉学科图像工程是一门交叉学科l研究方法上,与数学、物理学(光学)、研究方法上,与数学、物理学(光学)、生理学、心理学、电子学、计算机科学生理学、心理学、
10、电子学、计算机科学相互借鉴;相互借鉴;l研究范围上,与计算机图形学、模式识研究范围上,与计算机图形学、模式识别、计算机视觉相互交叉。别、计算机视觉相互交叉。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 四、数字图像处理的起源四、数字图像处理的起源 数字图像处理的历史与数字计算机的发展密切数字图像处理的历史与数字计算机的发展密切相关,它必须依靠数字计算机及数据存储、显示相关,它必须依靠数字计算机及数据存储、显示和传输等相关技术的发展和传输等相关技术的发展。五十年代中期在太空计划的推动五十年代中期在太空计划的推动下开始这项技术的研究。重要标下开始这项技术的研究。重要标志是志是196
11、4年美国喷气推进实验室年美国喷气推进实验室(JPL)正式使用数字计算机对)正式使用数字计算机对“徘徊者徘徊者7号号”太空船送回的四千多太空船送回的四千多张月球照片进行了处理。张月球照片进行了处理。四、数字图像处理的起源四、数字图像处理的起源n进行太空应用的同时,数字图像处理技术在进行太空应用的同时,数字图像处理技术在20世世纪纪60年代末和年代末和70年代初开始用于医学图像、地球年代初开始用于医学图像、地球遥感监测和天文学等领域。遥感监测和天文学等领域。n1895年伦琴发现年伦琴发现X射线,获射线,获1901年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖。学奖。n1975年年Godfrey N.Hounsfie
12、ld和和Allan M.Cormack发明了计算机断层技术(发明了计算机断层技术(CT),获),获1979年诺贝尔医学奖。年诺贝尔医学奖。n在今天引领这图像处理某些最活跃的应用领域。在今天引领这图像处理某些最活跃的应用领域。n1.5.1 伽马射线成像伽马射线成像伽马射线成像的主要用途伽马射线成像的主要用途包括医学和天文观测。包括医学和天文观测。1.5.2 X射线成像 X X射线在医学诊射线在医学诊 断上的应用断上的应用(a)X光片光片(b)血管照相术)血管照相术(c)头部)头部CAT切片图像切片图像X射线是最早用于成像的电射线是最早用于成像的电磁辐射源之一磁辐射源之一 1.5.2 X射线成像
13、X X射线在工业和射线在工业和天文学上的应用天文学上的应用(a)电路板)电路板(b)天鹅座星环)天鹅座星环 1.5.3 紫外波段成像紫外波段成像n紫外光的应用多种多样。平板印刷技术平板印刷技术工业检测工业检测显微镜方法显微镜方法激光激光生物图像生物图像天文观测天文观测普通谷物普通谷物被被“真菌真菌”感染的谷物感染的谷物天鹅星座环天鹅星座环 1.5.4 可见光及红外波段成像可见光及红外波段成像 这一波段的应用最为广泛 电视和多媒体电视和多媒体 光显微镜光显微镜涉及的范围从药物涉及的范围从药物到材料特性的检测到材料特性的检测(a)紫杉酚)紫杉酚 (b)胆固醇)胆固醇 (c)微处理器)微处理器 (d
14、)镍氢化物薄片)镍氢化物薄片(e)音频)音频CD的表面(的表面(f)有机超导)有机超导 1.5.4 可见光及红外波段成像可见光及红外波段成像遥感美国华盛顿区域的卫星遥感图像1.5.4 可见光及红外波段成像可见光及红外波段成像 天文天文天气观测与预报是卫星多天气观测与预报是卫星多光谱图像的主要应用领域光谱图像的主要应用领域 1.5.4 可见光及红外波段成像可见光及红外波段成像n工业检测工业检测可见光谱中主要成像领可见光谱中主要成像领域是生产产品的自动视觉检测域是生产产品的自动视觉检测 1.5.4 可见光及红外波段成像可见光及红外波段成像拇指指纹拇指指纹图像识别图像识别指纹识别、人脸识别指纹识别、
15、人脸识别车牌号码的识别车牌号码的识别红外图象红外图象 红外图象红外图象 1.5.5 微波波段成像微波波段成像雷达雷达在雷达图像中,在雷达图像中,看到的只是反射到看到的只是反射到雷达天线的微波能量雷达天线的微波能量航天器拍摄的航天器拍摄的西藏东南山西藏东南山区雷达图像区雷达图像 1.5.6 无线电波成像无线电波成像无线电波段成像主要应用在医学和天文学无线电波段成像主要应用在医学和天文学在医学中,无线电波用于磁共振成像(在医学中,无线电波用于磁共振成像(MRI)1.5.7 其他图像模式应用的实例其他图像模式应用的实例超声波成像系统超声波成像系统(应用医学(应用医学 如妇产科)如妇产科)超声波图像产
16、生的步骤:超声波图像产生的步骤:1.超声波系统向身体传输高频(超声波系统向身体传输高频(15MHz)声脉冲。)声脉冲。2.声波传入体内并碰撞组织间的边缘,声波的一部声波传入体内并碰撞组织间的边缘,声波的一部 分返回到探头,一部分继续传播直到另一边界并被反射回来。分返回到探头,一部分继续传播直到另一边界并被反射回来。3.反射波被探头收集起来并传给计算机。反射波被探头收集起来并传给计算机。4.计算机根据声波在组织中的传播速度和每个回波返回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者器官边界的距离。的时间计算从探头到组织或者器官边界的距离。5.系统在屏幕上显示回波的距离
17、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。超声图象超声图象 电子显微镜成像电子显微镜成像过热损坏的钨丝过热损坏的钨丝(250倍)倍)损坏的损坏的IC电路电路(2500倍)倍)现状现状 七十年代以来迅猛发展。七十年代以来迅猛发展。1:主观需求:人类从外界获取得信息:主观需求:人类从外界获取得信息6070通过眼睛通过眼睛 的图象信息。的图象信息。2:计算机技术的发展和通信手段的发展提供客观可能;以:计算机技术的发展和通信手段的发展提供客观可能;以FFT为代表的数字信号处理算法和现代信号处理方法的精为代表的数字信号处理算法和现代信号处理方法的精确性,灵活性与通用性。确性,
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