(12)--第1章_数字图像处理.ppt

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1、第一章 概 论 数字图像处理第一章 概 论 第一章 概 论 Q:Q:我们有什么可做的以及我我们有什么可做的以及我们可以做什么们可以做什么?第一章 概 论 1.1.车牌识别车牌识别 系统概况：静态车牌图片的车牌识别系统概况：静态车牌图片的车牌识别 自制汽车模型的车牌识别自制汽车模型的车牌识别 动态交通流的实时车牌识别动态交通流的实时车牌识别20122012届大学生研创项目课题届大学生研创项目课题1212、1313、1414、1515毕业生的课题毕业生的课题第一章 概 论 第一章 概 论 2.2.二维条码识别系统二维条码识别系统 是一种防伪的手段，要求伪造困难，识是一种防伪的手段，要求伪造困难，识

2、别可靠。还有一点就是实现方便，成本别可靠。还有一点就是实现方便，成本低。低。主要技术：主要技术：二维条码的编码与解码二维条码的编码与解码 图像识别图像识别20132013、20152015届毕业题届毕业题第一章 概 论 第一章 概 论 3.3.人脸识别人脸识别系统要求对摄像头前的头像进行识别，跟人脸数据库对比，识别出摄像头前的人物。20112011届毕业设计课届毕业设计课题题第一章 概 论 4 4、印刷缺陷检测系统、印刷缺陷检测系统污点污点标准标准20152015届毕业设计课届毕业设计课题题第一章 概 论 5 5、图像水印技术、图像水印技术20122012届毕业设计课届毕业设计课题题第一章 概

3、 论 6.6.数字图像仿真系统数字图像仿真系统20132013、20152015届毕业届毕业设计课题设计课题第一章 概 论 20132013、20152015届毕业届毕业设计课题设计课题第一章 概 论 7.7.双目视觉三维重建双目视觉三维重建20132013、20152015届毕业届毕业设计课题设计课题20132013湖南省挑战杯湖南省挑战杯课题课题第一章 概 论 其它8、物体颜色识别、物体颜色识别9、饮料瓶盖印刷瑕疵检测、饮料瓶盖印刷瑕疵检测第一章 概 论 研究热点：1、大雾天气的图像清晰化第一章 概 论 研究热点：2、三维重建第一章 概 论 1.1 数字图像处理及其特点数字图像处理及其特点

4、1.1.1 数字图像与数字图像处理数字图像与数字图像处理 1.什么是图像什么是图像“图图”是物体投射或反射光的分布，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 模拟图像第一章 概 论 2 数字图像第一章 概 论 数字图像数字图像是指由被称作象素的小块区域组成的二维矩阵。将是指由被称作象素的小块区域组成的二维矩阵。将 物理图象行列划分后，每个小块区域称为物理图象行列划分后，每个小块区域称为像素像素（pixelpixel）。每个像素包括两个属性：位置和灰度。每个像素

5、包括两个属性：位置和灰度。对于单色即对于单色即灰度图像灰度图像而言，每个象素的亮度用一个数值来表示，而言，每个象素的亮度用一个数值来表示，通常数值范围在通常数值范围在0 0到到255255之间，即可用一个字节来表示，之间，即可用一个字节来表示，0 0表示黑、表示黑、255255表示白，而其它表示灰度级别。表示白，而其它表示灰度级别。物理图象及对应物理图象及对应 的数字图象的数字图象第一章 概 论 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0128255第一章 概 论 在计算机中，图像被分割成图1-1所示的像素（Pixel），各像素的灰度值用整数表示。一幅M

6、N个像素的数字图像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩阵G表示：(1-1)第一章 概 论 图1-1 数字图像第一章 概 论 数字图像处理的起源数字图像处理的起源 上世纪上世纪20年代，纽约伦敦海底电缆传输数字化的新闻图片。年代，纽约伦敦海底电缆传输数字化的新闻图片。传递时间从一个多星期减少到传递时间从一个多星期减少到3个小时个小时历史历史1921年电报打印机采用年电报打印机采用特殊字符在编码纸带中产特殊字符在编码纸带中产生的图像生的图像1922年两次穿越大西洋，年两次穿越大西洋，穿孔纸得到图像检测误差。穿孔纸得到图像检测误差。图像通信系统信源编码和图像通信系统信源编码和信道编码信道编码1929年

7、从伦敦到纽约年从伦敦到纽约15级色调级色调通过电缆传递照片。从早期通过电缆传递照片。从早期5个灰度个灰度 到到15灰度灰度第一章 概 论 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1964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

8、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。数字图像处理的起源数字图像处理的起源 第一章 概 论 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。1895年伦琴发现年伦琴发现X射线，获射线，获1901年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学奖。奖。1975年年Godfrey N.Hounsfield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。

9、年诺贝尔医学奖。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。数字图像处理的起源数字图像处理的起源 第一章 概 论 1.2 数字图像处理的目的和主要内容数字图像处理的目的和主要内容 1.2.1 数字图像处理的目的数字图像处理的目的 一般而言，对图像进行加工和分析主要有如下三方面的目的：（1）提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的。如去除图像中的噪声，改变图像的亮度、颜色，增强图像中的某些成份、抑制某些成份，对图像进行几何变换等，从而改善图像的质量，以达到或真实的、或清晰的、或色彩丰富的、或意想不到的艺术效果。第一章 概 论 （2）提取图像中所包含的某些特

10、征或特殊信息，以便于计算机分析，例如，常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。这些特征包括很多方面，如频域特性、灰度颜色特性、边界区域特性、纹理特性、形状拓扑特性以及关系结构等。（3）对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。第一章 概 论 1.2.2 数字图像处理的主要内容数字图像处理的主要内容 不管图像处理是何种目的，都需要用计算机图像处理系统对图像数据进行输入、加工和输出，因此数字图像处理研究的内容主要有以下7个过程。1.图图 像像 获获 取取、表表 示示 和和 表表 现现（Image Acquisition，Representation and Presentation）该

11、过程主要是把模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式，以及把数字图像显示和表现出来（如打印）。这一过程主要包括摄取图像、光电转换及数字化等几个步骤。第一章 概 论 2.图像复原（图像复原（Image Restoration）当造成图像退化（图像品质下降）的原因已知时，复原技术可以对图像进行校正。图像复原最关键的是对每种退化都需要有一个合理的模型。例如，掌握了聚焦不良成像系统的物理特性，便可建立复原模型，而且对获取图像的特定光学系统的直接测量也是可能的。退化模型和特定数据一起描述了图像的退化，因此，复原技术是基于模型和数据的图像恢复，其目的是消除退化的影响，从而产生一个等价于理想成像系统所获得

12、的图像。第一章 概 论 3.图像增强（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。当无法知道图像退化有关的定量信息时，可以使用图像增强技术较为主观地改善图像的质量。所以，图像增强技术是用于改善图像视感质量所采取的一种方法。因为增强技术并非是针对某种退化所采取的方法，所以很难预测哪一种特定技术是最好的，只能通过试验和分析误差来选择一种合适的方法。有时可能需要彻底改变图像的视觉效果，以便突出重要特征的可观察性，使人或计算机更易观察或检测。在这种情况下，可以把增强理解为增强感兴趣特征的可检测性，而非改善视感质量。电视节目片头或片尾处的颜色、轮廓等的变换，其目

13、的是得到一种特殊的艺术效果，增强动感和力度。第一章 概 论 4.图像分割（图像分割（Image Segmentation）把图像分成区域的过程就是图像分割。图像中通常包含多个对象，例如，一幅医学图像中显示出正常的或有病变的各种器官和组织。图像处理为达到识别和理解的目的，几乎都必须按照一定的规则将图像分割成区域，每个区域代表被成像的一个物体（或部分）。图像自动分割是图像处理中最困难的问题之一。人类视觉系统的优越性，使得人类能够将所观察的复杂场景中的对象分开，并识别出每个物体。但对计算机来说，这却是一个难题。目前，大部分图像的自动分割还需要人工提供必需的信息来帮助，只有一部分领域（如印刷字符自动识

14、别（OCR）、指纹识别等）开始使用。由于解决和分割有关的基本问题是特定领域中图像分析实用化的关键一步，因此，将各种方法融合在一起并使用知识来提高处理的可靠性和有效性是图像分割的研究热点。第一章 概 论 5.图像分析图像分析 图像处理应用的目标几乎均涉及到图像分析，即对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示，从而有利于计算机对图像进行分类、识别和理解。在工业产品零件无缺陷且正确装配检测中，图像分析是对图像中的像素转化成一个“合格”或“不合格的判定。在有的应用中，如医学图像处理，不仅要检测出物体（如肿瘤）的存在，而且还要检查物体的大小。第一章 概 论 6.图像重建图像重建 图像重建与上述的图像增

15、强、图像复原等不同。图像增强、图像复原的输入是图像，处理后输出的结果也是图像，而图像重建是指从数据到图像的处理，即输入的是某种数据，而经过处理后得到的结果是图像，CT就是图像重建处理的典型应用实例。目前，图像重建与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成三维图像，并加以光照模型和各种渲染技术，能生成各种具有强烈真实感的高质量图像。第一章 概 论 7.图像压缩编码图像压缩编码 数字图像的特点之一是数据量庞大。尽管现在有大容量的存贮器，但仍不能满足对图像数据（尤其是动态图像、高分辨率图像）处理的需要，因此在实际应用中图像压缩是必需的。如果数据不压缩，则在存储和传输中就需要占很大的容量和带宽，因而增加

16、了成本。图像压缩的目的就是压缩数据量。第一章 概 论 图像编码主要是利用图像信号的统计特性及人类视觉的生理学及心理学特性，对图像信号进行高效编码，即研究数据压缩技术，目的是在保证图像质量的前提下压缩数据，便于存储和传输，以解决数据量大的矛盾。一般来说，图像编码的目的有三个：减少数据存储量；降低数据率以减少传输带宽；压缩信息量，便于特征提取，为后续识别作准备。第一章 概 论 1.5 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领域多种多样。最主要的数字图像处理的应用领域多种多样。最主要的图像源是电磁能谱，其他主要的能源包括声波、图像源是电磁能谱，其他主要的能源包括声波、超声波和

17、电子（用于电子显微镜）。超声波和电子（用于电子显微镜）。现状现状1ev=1.62*10(-19)J第一章 概 论 1.5.1 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。第一章 概 论 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第一章 概 论 1.5.2 X射线成像 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

18、）天鹅座星环）天鹅座星环第一章 概 论 1.5.3 紫外波段成像紫外波段成像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第一章 概 论 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）镍氢化物薄片）镍氢化物薄片（e）音频）音频CD的表面的

19、表面（f）有机超导）有机超导第一章 概 论 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第一章 概 论 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第一章 概 论 1.5.4 可见光及红外波段成像可见光及红外波段成像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第一章 概 论 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、人

20、脸识别车牌号码的识别车牌号码的识别第一章 概 论 红外图象红外图象 第一章 概 论 红外图象红外图象 第一章 概 论 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第一章 概 论 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)第一章 概 论 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

21、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。第一章 概 论 超声图象超声图象 第一章 概 论 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）