数字图像处理绪论.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课程简介,教学目的：,学习数字图像处理技术所需要的基本知识,教学特点：,双语教学、上机实验,学时分配：,课堂讲授,20,学时、上机,4,学时,考核方式：,。期末考试（笔试、半开卷）成绩占总成绩的,70%,，平时成绩（出勤、平时作业）占总成绩的,30%,计算机学院 刘咏梅,1.Milan Sonka,等,.Image Processing,Analysis and Machine Vision(,英文原版教材,).,人民邮电出版社，,20022.,冈萨雷斯,.,数字图像处理,(,第二版,).,电子工业出版社,2003,计算机学院 刘咏梅,教材和主要参考书,数字图像处理的基础知识和相关学科,数学：线性代数，随机过程,计算机科学：数据结构，软件编程,电子学：数字信号处理，电路原理,人工智能和模式识别技术,心理学：视觉心理学,计算机学院 刘咏梅,主要学习内容：,第一章 绪论,第二章 数字图像处理的基本知识,（数字图像及其性质）,第三章 图像预处理方法,（,图像增强,和图像修复）,第四章,图像分割,第五章,彩色图像处理,第六章 图像理解初步知识,计算机学院 刘咏梅,联系信息：,所属单位：计算机科学与技术学院 可信与智能感知团队,电子邮件：,讲授课程：数字图像处理（本科生）、,MATLAB,与科学计算（本科生）、随机过程（硕士研究生）,研究方向,：图像处理与模式识别、遥感图像处理与分析,计算机学院 刘咏梅,Chapter 1 Introduction,What is digital image processing,Main contents(or fundamental steps)of digital image processing,Application areas of digital image processing,Related disciplines and fields,The brief development history of image processing,Glossary(important concepts related),计算机学院 刘咏梅,Digital image processing,is concerned with the manipulation and analysis of pictures or images by computers.,The term,computer vision,is used in a broad sense to include image transformation,image coding,enhancement,restoration,segmentation and understanding,as well as the analysis of the three-dimensional time-varying scences.,What is digital image processing?,计算机学院 刘咏梅,什么是数字图像处理？,数字图像处理是利用计算机对图像信息进行加工处理，以满足人的视觉、心理和实际应用的需求。,Why we use digital image processing?,计算机学院 刘咏梅,Vision allows us to obtain about 75%information.,Digital image,is a kind of,image representation which can be stored and processed by a computer.,Digital images have a lot of advantages.,我们为什么要用到数字图像处理技术？,图像是人类信息获取的重要手段,相对于模拟图像，数字图像用离散的数值表示亮度信息,分辨率逐步提高、充分利用现代通讯和信息传输技术、可以长期保存不失真,数字图像简介,图像：用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。,数字图像：是一种可以由计算机进行存储和处理的图像表示方式，一般以二维数组的形式表示图像。,数字图像的类型：,单幅,序列图象，,.,静止,运动图象（视频）,.,2-D,3-D,灰度,彩色、,纹理图象,.,计算机学院 刘咏梅,数字图像的表示,2-D,数组,f,(,x,y,),x,，,y,：,2-D,空间,X-Y,中坐标点的位置；,f,：代表图象在,(,x,y,),的性质,F,的数值；,f,，,x,，,y,的值可以是任意实数，一般为整数；,性质,F,:,可对应不同物理量，,例如，灰度图象中用灰度表示。,计算机学院 刘咏梅,图像表示举例,计算机学院 刘咏梅,数字图像处理技术的特点,计算机学院 刘咏梅,易于控制处理效果,图像数据量庞大,处理精度高,再现性好,处理费时,处理的多样性,综合性强,System,数字图像处理的主要方法,计算机学院 刘咏梅,数字图像处理方法大致可分为两大类：空域法和变换域法。,1.,空域法,这种方法是把图像看作是平面中各个像素组成的集合，然后直接对这二维函数进行相应的处理。空域处理法主要有下面两大类：,（,1,）邻域处理法,其中包括：梯度运算、拉普拉斯算子运算、平滑算子运算和卷积运算。,（,2,）点处理法,灰度处理，面积、周长、体积、重心运算等等。,2.,变换域法,数字图像处理的变换域处理方法是首先对图像进行正交变换，得到变换域系数阵列，然后再施行各种处理，处理后再反变换到空间域，得到处理结果。这类处理包括：滤波、数据压缩、特征提取等处理。,Chapter 1 Introduction,What is digital image processing,Main contents(or fundamental steps)of digital image processing,Application areas of digital image processing,Related disciplines and fields,The brief development history of image processing,Glossary(important concepts related),计算机学院 刘咏梅,图像处理的基本内容,/,图像处理应用的基本步骤,An illustration chart of image processing applications,input,preprocessing,Image aquisition,segmentation,Representation&description,Knowledge base,-,(image transform,image compression,image encoding),Recognition&understanding,result,注：一般来说，中层和高层的图像处理技术称为图像分析与理解,计算机学院 刘咏梅,图像获取 预处理 分割 表示和描述 识别和理解,图像处理、图像分析与理解,图像理解,图像分析,图像处理,像素,目标,符号,高层,低层,操,作,对,象,中层,语义,低,高,抽象程度,大,小,数据量,计算机学院 刘咏梅,数字图像处理的目的：,对图象的增强以改善图象视觉质量,对退化图象进行恢复以消除各种干扰的影响,根据对场景的多个投影来重建该场景的图象,对图象进行编码以减少表达图象的数据量，从而有利于存储和传输,对图像进行变换，以方便运算和其他处理，例如傅里叶变换、离散余弦变换等,计算机学院 刘咏梅,Image acquisition,How to acquire a digital image,imaging sensor&digitizer,A camera,a vedio,a scanner,计算机学院 刘咏梅,图像获取,图像获取的装置,为采集数字图象，需要两种装置（器件）：,(1),对某个电磁能量谱波段（如,X,射线、紫外线、可见光、红外线等）敏感的物理器件，它能产生与所接受到的电磁能量成正比的（模拟）电信号；,(2),数字化器，它能将上述（模拟）电信号转化为数字（离散）的形式。,计算机学院 刘咏梅,计算机学院 刘咏梅,Image preprocessing,The key intent of image preprocessing,Enhancing contrast,removing noise,isolating special regions,Image enhancement and image restoration,图像预处理的目的是改善图像质量,对比度增强、去除噪声、隔离特定区域,图像预处理分为图像增强和图像修复技术,图像预处理,An example of image enhancement,(contrast enhancement),计算机学院 刘咏梅,image enhancement studies how to enhance the quality of an image in a common sense.,图像增强实例,计算机学院 刘咏梅,An example of image restoration,(Relative motion between camera and scene,),Image restoration can restore the images when knowing the reasons of image degradation.,图像修复实例,Image segmentation,Partition the image into constituent regions,Very formidable task,A good foundation for the later processing such as object recognition.,将一幅图像分解为若干互不相交的区域,非常难的一项任务,为后续处理提供保障,计算机学院 刘咏梅,图像分割,The possible segmentation methods,Thresholding,(Histogram),Edge-based methods,Region-based methods,Optimal thresholding,Canny edge detection,watersheds,K-means clustering,N-cut,Super pixel,计算机学院 刘咏梅,三大类图像分割方法,具体分割方法,Image representation and description,A suitable representation method for the regions,Feature extraction and feature selection,Color,shape,texture,spatial relations,对图像区域进行表示,特征提取和特征选择,颜色特征、形状特征、纹理特征、空间关系特征,计算机学院 刘咏梅,图像表示和描述,计算机学院 刘咏梅,Image recognition and understanding,Final goal of some image processing applications,Assign a label or some meaning to a object region,Pattern recognition techniques,图像处理应用的最后阶段,对物体区域赋予特定的标记,模式识别技术,图像识别和理解,Chapter 1 Introduction,What is digital image processing,Main contents(or fundamental steps)of digital image processing,Application areas of digital image processing,Related disciplines and fields,The brief development history of image processing,Glossary(important concepts related),计算机学院 刘咏梅,数字图像处理的应用领域,计算机学院 刘咏梅,Applications of digital image processing,计算机学院 刘咏梅,遥感应用,在遥感应用中，我们可以看到大量的与图像处理密切相关的技术。从世界上出现第一幅照片(1839年）、意大利人乘飞机拍摄了第一张照片(1909年）、前苏联（1957年）及 （1958年）发射第一颗人造地球卫星等都为遥感技术的发展奠定了坚实的基础。1962年国际上正式使用遥感一词（Remote Sensing）。此后，相继发射多颗陆地资源探测卫星（1972年，LANDSAT-I四个波段，地面分辨率59m79m；1975年，LANDSAT-；1978年，LANDSAT-，分辨率40m40m；1982年，LANDSAT-，分辨率30m30m，在这颗卫星上配置了GPS系统（Global Positioning System），定位精度在地心坐标系中为土10m。,遥感图像处理的用处越来越大，效率及分辨率也越来越高。如：土地测绘、资源调查、气象监测，环境污染监测、农作物估产、军事侦察等。当前，在遥感图像处理中主要解决数据量大和处理速度慢的矛盾。,计算机学院 刘咏梅,Remote sensing,计算机学院 刘咏梅,在遥感技术中的应用,地球测绘,天气预报,作物估产,1,计算机学院 刘咏梅,军事侦察,导弹末制导,军事侦察,Remote sensing,2,在遥感技术中的应用,医学应用,图像处理在医学界的应用非常广泛，无论是在临床诊断还是病理研究都大量采用图像处理技术。它的直观、无创伤、安全方便的忧点受到普遍的欢迎与接受。其主要应用如,X,射线照片的分析，血球计数与染色体分类等。目前广泛应用于临床诊断和治疗的各种成像技术，如,超声波诊断,等都用到图像处理技术。,计算机图像处理在医学上应用最成功的例子就是,X,射线,CT,（,X-ray Computed Tomography,）。,1968-1972,年英国的,EMI,公司的,Hounsfeld,研制了头部,CT,，,1975,年又研制了全身,CT,。其中主要研制者,Hounsfeld,（英）和,Commack(,美）获得了,1979,年的诺贝尔生理医学奖。类似的设备目前已有多种，如,核磁共振,（,NMRI,，,Nuclear Magnetic Resonance Imaging,），电阻抗断层图像技术（,EIT,，,Electrical Impedance Tomography,）和阻抗成像（,Impedance Imaging,），这是一种利用人体组织的电特性（阻抗、导纳、介电常数）形成人体内部图像的技术。,计算机学院 刘咏梅,计算机学院 刘咏梅,Medicine,在医学中的应用,病理分析仪,CT,图像,X,光片,生物特征识别应用,生物识别技术是指利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。生物识别系统是对生物特征进行取样，提取其唯一的特征并且转化成数字形式代码，并进一步将这些代码组合而成的特征模板。在进行身份认证时，识别系统获取某人的生物特征并与数据库中的特征模板进行比对，以确定是否匹配，从而决定接受或拒绝该人。,在目前的研究与应用领域中，生物特征识别主要关系到计算机视觉、图象处理与模式识别、计算机听觉、语音处理、多传感器技术、虚拟现实、计算机图形学、可视化技术等其他相关技术。已被用于生物特征识别的特征类别有掌纹、指纹、人脸、虹膜、签字、声音、步态等。,我国研发的人脸识别系统在国际标准人脸测试库上达到了99.8%的识别率，而国际算法的最好结果为97.6%。目前，人脸识别已经在考勤系统、边检站自动通关系统等领域得到了广泛应用。我国正在研发人脸识别网上在线支付系统，预计 年下半年推出使用，只需扫脸就可以实现快捷支付。,计算机学院 刘咏梅,计算机学院 刘咏梅,Biological feature recognition,指纹,掌纹,虹膜,语音,笔迹,人脸,生物特征识别,计算机学院 刘咏梅,Industrial automation,工业自动化,机器人,车牌识别,纸币鉴定,1,计算机学院 刘咏梅,2,Industrial automation,棉花分拣,无损探伤,工业自动化,文化艺术,电视广播：单色电视广播1925年在英国实现。1936年BBC开始电视广播。目前出现的彩色电视有三种制式，即NTSC（、等）、PAL（中国、西欧、非洲等）和SECAM（法国、俄罗斯等）。,可视 和会议电视：1964年 国际博览会展出了Picture-phone MOD-I可视 系统，带宽为1MHz，目前的可视 /会议电视均采用数字压缩技术，也出现了相应的国际标准。如：图像编码标准H.261、H.263等，会议电视的H.230标准，在专用通信网中用PCM一次群传输，速率为2048kb/s。桌面型系统遵循H.323标准。,：是把文字、图表、照片等静止图像通过光电扫描的方式变成电信号加以传送的设备。经过多年发展，技术不断进步，现在已有仅数秒钟就可传送一幅A4文件的 机，分辨率高达16点毫米。,图文电视和可视图文：图文电视（Teletext）和可视图文（Videotext）是提供可视图形文字信息的通信方式，图文电视是单向传送信息，它是在电视信号消隐期发送图文信息，用户可用电视机和专用终端收看该信息；可视图文是双向工作方式，用户可用 向信息中心提出服务内容或从数据库中选择信息。,计算机学院 刘咏梅,计算机学院 刘咏梅,Culture and art,图像合成,3D,电影,室内设计,文化艺术,Chapter 1 Introduction,What is digital image processing,Main contents(or fundamental steps)of digital image processing,Application areas of digital image processing,Related disciplines and fields,The brief development history of image processing,Glossary(important concepts related),计算机学院 刘咏梅,计算机学院 刘咏梅,Related,disciplines and fields,Mathematics,Digital signal,processing,Computer graphics,Pattern recognition,Artificial intelligence,Electronics,Psychophysiology,图像处理,与图像处理,相关的学科,数学,人工智能,模式识别,心理生理学,计算机图形学,电子学,数字信号处理,计算机学院 刘咏梅,Digital image processing,Digital signal processing,The traditional signal,processing technologies,process the one dimensional,signals.Images are two,dimensional signals.,So we can regard the,image processing as an,extension of the traditional,signal processing.,数字图像处理与数字信号处理的区别和联系？,数字图像处理,数字信号处理,传统的信号处理,技术一般处理一维,信号。图像可以看,做是二维信号。,因此，我们可以把,图像处理看做是,传统信号处理技,术的扩展。,计算机学院 刘咏梅,数字图像处理,计算机图形学,计算机图形学研究物,体和景物的数字建模,，可看做是一个从无到,有的过程。而数字图像,处理正相反，它,研究如何从图像本身,抽取到相关信息，,以理解和识别图像。,数字图像处理与计算机图形学的区别和联系？,Digital image processing,Computer graphics,Computer graphics researches,in the digital modeling of the,scenes and the objects in them.,It can be seen as a process from,nothing to something while,image processing is vise versa.,Image processing studies how,to extract the related information,from the image itself for,image understanding,and recognition.,计算机学院 刘咏梅,Digital image processing,Computer vision,数字图像处理和计算机视觉,Image processing is a part of research,content in computer vision.The aim of,computer vision is to duplicate the ability,of human vision using machines.It can,be regarded as a research field of,artificial intelligence.So computer,vision also can be called machine vision.,Chapter 1 Introduction,What is digital image processing,Main contents(or fundamental steps)of digital image processing,Application areas of digital image processing,Related disciplines and fields,The brief development history of image processing,Glossary(important concepts related),计算机学院 刘咏梅,Introduction of image processing history,(1)In 1921/from London to NewYork/transport the news pictures by the marine cables,(2)The computer techniques provided the supports for the development of image processing in the following several decades.,计算机学院 刘咏梅,1,本图片引自,数字图像处理,冈萨雷斯,Introduction of image processing history,(3)In 1964/JPL(Jet Propulsion Lab)/successfully process the remote sensing pictures of the moon,(4)In 1969/NASA/moon exploration plan/promote the development of image processing,计算机学院 刘咏梅,2,本图片引自,数字图像处理,冈萨雷斯,Introduction of image processing history,(5)In the late 1960s the image processing had already become an independent new discipline.,(6)The theorems of the image processing were greatly growing in the 1970s.,(7)Now the applications of image processing are extended to all the fields of daily life.But there are still many open problems in it.,计算机学院 刘咏梅,3,Chapter 1 Introduction,What is digital image processing,Main contents(or fundamental steps)of digital image processing,Application areas of digital image processing,Related disciplines and fields,The brief development history of image processing,Glossary(important concepts related),计算机学院 刘咏梅,Glossary,计算机学院 刘咏梅,Scene,场景,Image,图像,Digital image,数字图像,Digital image processing,数字图像处理,Pixels,像素,Gray-level,灰度级,Spatial resolution,空间分辨率,Image digitizing,图像数字化,Sampling,采样,Quantization,量化,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,Scene,Scene is something seen by a viewer,or what the viewer is seeing.,Scene is a high-level semantic concept description for an image.(e.g.road,coast,forest,city,),计算机学院 刘咏梅,场景是一个观察者所看到的东西。,场景是对图像的一种高层的语义概念描述，如道路、海岸、森林、城市等场景。,场景,本图片引自,标注图像库,Corel5K,Image,Image is the representation of visual scenes.,Image can be classified into analog image and digital one.,计算机学院 刘咏梅,图像是对视觉景物的描述。,图像可以分为模拟图像和数字图像。,图像,本图片引自,标注图像库,Corel5K,Main contents(or fundamental steps)of digital image processing,这类处理包括：滤波、数据压缩、特征提取等处理。,它的直观、无创伤、安全方便的忧点受到普遍的欢迎与接受。,请问除了照片下面的标注字外你还会用哪些单词对下列图片的内容进行注释(What are the possible words from you except the annotated ones?),The term,computer vision,is used in a broad sense to include image transformation,image coding,enhancement,restoration,segmentation and understanding,as well as the analysis of the three-dimensional time-varying scences.,数字图像处理的主要方法,Digital image,Digital image is a kind of image representation which can be stored and processed by a computer.,A digital image is usually represented by a two dimentional matrix.,计算机学院 刘咏梅,数字图像是一种可以由计算机进行存储和处理的图像表示方式。,数字图像一般以二维数组的形式表示图像。,数字图像,本图片引自,标注图像库,Corel5K,Digital image processing,Digital image processing is the manipulation and analysis of the digital images by computers.,Digital image processing is the methods and technologies of noise removal,enhancement,restoration,segmentation and feature extraction for the digital images.,计算机学院 刘咏梅,数字图像处理是利用计算机对数字图像进行处理和分析。,数字图像处理是对图像进行去噪、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术的总称。,数字图像处理,Pixel,Pixel is the smallest unit of a digital image.,The word pixel is constructed by the following words:picture and element.,计算机学院 刘咏梅,像素是数字图像的基本单位。,像素“,pixel”,是由,picture(,图像,),和,element(,元素,),这两个英文单词的字母连接组成。,像素,Gray-level,Gray-level represents the brightness or intensity of the position where the pixel is.,The method of linear gray-level transformations is used to enhance the contrast of the picture.,计算机学院 刘咏梅,灰度级描述了像素点所在位置的亮度级别。,利用线性灰度级变换方法可以提高图象对比度。,灰度级,Spatial resolution,Spatial resolution represents the fineness of spatial coordinate discreteness that can be distinguished in an image.,Spatial resolution is usually utilized to describe how many pixels are employed to comprise a digital image.,计算机学院 刘咏梅,空间分辨率描述了图像空间坐标的细化程度。,空间分辨率通常指一幅图像中包含多少个像素点。,空间分辨率,Image digitizing,Image digitizing is a process of the transition from analog images to digital ones.,Image digitizing is usually represented by a discrete set of its points for an analog image.,计算机学院 刘咏梅,图像数字化是将模拟图像转化为数字图像的过程。,图像数字化通常将模拟图像表示为一组离散点的集合。,图像数字化,本图片引自,数字图像处理,冈萨雷斯,Sampling,Sampling,is,the process of the discretion for the spatial coordinates of an image.,A continuous image function can be changed into a discrete image function by sampling.,计算机学院 刘咏梅,采样是对图像坐标的空间离散化过程。,通过采样，一个连续图像函数可以变换为一个离散图像函数。,采样,Quantization,Quantization,is,the process of discretion for the gray-levels of pixels in an discrete image function.,A continuous set of values such as the real numbers is constrained into a discrete set such as the integers for the gray-levels of pixels by quantization.,计算机学院 刘咏梅,量化是对离散图像函数中像素灰度级的离散化。,通过量化，图像像素点的灰度级由连续值限制为离散值。,量化,Exercise after class,作业：选做下列其中,4,题,1.视觉对人类来说似乎是自然而然、容易的，但对计算机来讲却是非常困难的，为什么？(Human vision is natural and seems easy but computer vision is so difficult.Why?),2.说出数字图像处理任务的基本步骤(Tell the basic steps for the tasks of digital image processing.),3.简述数字图像处理的发展 (Tell the development history of digital image processing briefly.),计算机学院 刘咏梅,Exercise after class,4.,给出一些日常生活中遇到的与数字图像处理有关的实际例子,(Please give some instances of digital image processing in daily life.),5.,为什么我们用整数来表示图像的灰度级,(Why do we only use the integers for the gray-levels of an image?),6.,名词翻译：数字图像、分辨率、像素、采样、量化、图像数字化、灰度级、图像增强、图像分割、图像理解,(Please translate the following terms into English),计算机学院 刘咏梅,7.,下面的图像中分为哪几个图像区域比较理想？为什么说计算机理解图像非常困难,？（,Which regions should the picture below be divided?Why it is very difficult to understand the images for computers?,）,计算机学院 刘咏梅,8.,请问除了照片下面的标注字外你还会用哪些单词对下列图片的内容进行注释,(,What are the possible words from