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2024/4/10 周三数字图象处理第1章1本章基本要求本章基本要求n n基本要求基本要求n掌握图象处理与分析技术与图象工程的基本概掌握图象处理与分析技术与图象工程的基本概念念n了解图象处理技术的应用，培养对本课程的感了解图象处理技术的应用，培养对本课程的感性认识性认识n了解本学科的研究发展趋势，增强对本课程的了解本学科的研究发展趋势，增强对本课程的学习兴趣学习兴趣n了解课程安排，做好学习准备。了解课程安排，做好学习准备。n n计划学时计划学时1-2 学时学时2024/4/10 周三数字图象处理第1章21.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n n图象和数字图象图象和数字图象n图象：图象：n用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获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的实体n图象（广义图象（广义/抽象）抽象）图像（狭义图像（狭义/具体）具体）n图象和信息：图象和信息：n人类从外界（客观世界）获得的信息约有人类从外界（客观世界）获得的信息约有75%来自视来自视觉系统觉系统2024/4/10 周三数字图象处理第1章31.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n图象表示：图象表示：f(x，y，t)nx，y：2-D空间中坐标点的位置空间中坐标点的位置n：光线的波长光线的波长nt ：时间：时间n如果只考虑光的能量，不考虑波长，视觉上就是黑白深浅的区别如果只考虑光的能量，不考虑波长，视觉上就是黑白深浅的区别 图像表示为图像表示为 f (x，y，t)n如果是静态图像，不考虑时间因素，图像表示为如果是静态图像，不考虑时间因素，图像表示为 f(x，y)n2-D2-D数组数组1.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n n对于静态的彩色图像对于静态的彩色图像对于静态的彩色图像对于静态的彩色图像n如果用红绿蓝三基色表示，图像是一个如果用红绿蓝三基色表示，图像是一个3个个2-D数组数组f R(x，y)，f G(x，y)，f B(x，y)n如果是多光谱图像，图像是一个如果是多光谱图像，图像是一个n个个2-D数组数组n n对于动态的连续图像，可以是一个时间序列对于动态的连续图像，可以是一个时间序列对于动态的连续图像，可以是一个时间序列对于动态的连续图像，可以是一个时间序列n黑白电视信号黑白电视信号f 1(x，y)，f 2(x，y)，f k(x，y)n彩色电视信号彩色电视信号 f Rk(x，y)，f Gk(x，y)，f Bk(x，y)，k=1，2，2024/4/10 周三数字图象处理第1章42024/4/10 周三数字图象处理第1章51.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n复习复习n题面题面 可以用可以用 f(x,y)来表示：来表示：n(A)一幅一幅2-D数字图象；数字图象；n(B)一个在一个在3-D空间中的客观景物的投影；空间中的客观景物的投影；n(C)2-D空间空间XY中一个坐标点的位置；中一个坐标点的位置；n(D)在坐标点在坐标点(x,y)的某种性质的某种性质F的数值。的数值。n提示提示 注意三个符号各自的意义。注意三个符号各自的意义。n答案答案(A)；(B)；(D)2024/4/10 周三数字图象处理第1章61.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n复习复习n题面题面 数字图象数字图象 f(x,y)中的中的 f：n(A)可对应可对应X光的强度；光的强度；n(B)可表示可表示XY空间中一个坐标点的位置；空间中一个坐标点的位置；n(C)可对应场景中物体的辐射度；可对应场景中物体的辐射度；n(D)可以表示照片的亮度。可以表示照片的亮度。n提示提示 图象是场景的投影，图象是场景的投影，f 对应场景点的某种性质。对应场景点的某种性质。n答案答案(A)；(C)；(D)。2024/4/10 周三数字图象处理第1章71.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n n图象技术和图象工程图象技术和图象工程图象技术和图象工程图象技术和图象工程n图象技术图象技术n图象技术在广义上是各种与图象有关的技术的总称。图象技术在广义上是各种与图象有关的技术的总称。n主要功能主要功能/作用包括：作用包括：n对图象的各种加工（见下）对图象的各种加工（见下）n基于加工结果的判断决策和行为规划基于加工结果的判断决策和行为规划n为此进行的硬件设计及制作为此进行的硬件设计及制作n图象加工技术图象加工技术n例如：图象的采集、获取、编码、存储和传输，合成和产生，例如：图象的采集、获取、编码、存储和传输，合成和产生，显示和输出，变换、增强、恢复和重建，分割，目标的检测、显示和输出，变换、增强、恢复和重建，分割，目标的检测、表达和描述，特征的提取和测量，序列图象的校正，表达和描述，特征的提取和测量，序列图象的校正，3-D景物景物的重建复原，图象数据库的建立、索引和抽取，图象的分类、的重建复原，图象数据库的建立、索引和抽取，图象的分类、表示和识别，图象模型的建立和匹配，图象和场景的解释和表示和识别，图象模型的建立和匹配，图象和场景的解释和理解，理解，2024/4/10 周三数字图象处理第1章81.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n图象技术应用领域示例图象技术应用领域示例n视频通信：可视电话，电视会议，按需电视，远程教育；视频通信：可视电话，电视会议，按需电视，远程教育；n文字档案：文字识别，过期档案复原，邮件分捡，支票，签文字档案：文字识别，过期档案复原，邮件分捡，支票，签名辫伪，办公自动化；名辫伪，办公自动化；n生物医学：红白学球计数，染色体分析、生物医学：红白学球计数，染色体分析、X光、光、CT、MRI、PET图象分析，医学手术模拟规划，远程医疗；图象分析，医学手术模拟规划，远程医疗；n遥感测绘：巡航导弹制导，无人驾驶飞机飞行，精确制导，遥感测绘：巡航导弹制导，无人驾驶飞机飞行，精确制导，矿藏勘探，资源探测，气象预报，自然灾害监测；矿藏勘探，资源探测，气象预报，自然灾害监测；n工业生产：工业检测，工业探伤，自动生产流水线监控，移工业生产：工业检测，工业探伤，自动生产流水线监控，移动机器人，无损探测，金相分析，印刷板质量检验，精细印动机器人，无损探测，金相分析，印刷板质量检验，精细印刷品缺陷检测；刷品缺陷检测；n军事公安：雷达图象分析、巡航导弹路径规划军事公安：雷达图象分析、巡航导弹路径规划/制导，罪犯制导，罪犯脸形合成、识别，指纹、印章的鉴定识别；脸形合成、识别，指纹、印章的鉴定识别；n交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管理。交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管理。2024/4/10 周三数字图象处理第1章91.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n图象工程图象工程n不同层次图象技术的有机结合及应用不同层次图象技术的有机结合及应用n图象工程三层次：图象工程三层次：n图象处理（图象图象处理（图象 图象）图象）n图象分析（图象图象分析（图象 数据）数据）n图象理解（图象图象理解（图象 解释）解释）2024/4/10 周三数字图象处理第1章101.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n图象工程三层次：图象工程三层次：n图象处理图象处理2024/4/10 周三数字图象处理第1章111.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n图象工程三层次：图象工程三层次：n图象分析图象分析椭圆：红色椭圆：红色上部：兰色上部：兰色下部：绿色下部：绿色中部：几何体中部：几何体2024/4/10 周三数字图象处理第1章121.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n图象工程三层次：图象工程三层次：n图象理解图象理解椭圆：红色椭圆：红色上部：兰色上部：兰色下部：绿色下部：绿色中部：几何体中部：几何体红色椭圆是太阳红色椭圆是太阳上部兰色是天空上部兰色是天空下部绿色是草地下部绿色是草地中部几何体是建筑中部几何体是建筑结论：清晨的郊外结论：清晨的郊外1.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n n图像处理的方法图像处理的方法n图像的数字化图像的数字化n如何由一幅模拟图像如何由一幅模拟图像获取一幅满足需求的获取一幅满足需求的数字图像，使图像便数字图像，使图像便于计算机处理、分析于计算机处理、分析n图像的变换图像的变换n图像变换目的在于：图像变换目的在于：处理问题简化、有利处理问题简化、有利于特征提取、加强对于特征提取、加强对图像信息的理解。图像信息的理解。2024/4/10 周三数字图象处理第1章131.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n n图像增强图像增强n改善图像视觉改善图像视觉效果，增强图效果，增强图像的有用信息，像的有用信息，消弱噪声的干消弱噪声的干扰。扰。n n图像恢复与重图像恢复与重建建n恢复图像原本恢复图像原本面貌，辐射校面貌，辐射校正、几何几何正、几何几何校正校正2024/4/10 周三数字图象处理第1章141.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n n图像编码图像编码n压缩数据，压缩数据，有效传输有效传输n n图像分割图像分割n将一幅图像划将一幅图像划分为互不重叠分为互不重叠的区域，为后的区域，为后续的图像分析续的图像分析做基础做基础2024/4/10 周三数字图象处理第1章151.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n n二值图像形状分析二值图像形状分析n腐蚀与膨胀腐蚀与膨胀n边界与骨架提取边界与骨架提取2024/4/10 周三数字图象处理第1章161.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n n纹理分析纹理分析n空间规律性的分析空间规律性的分析n n图像识别图像识别n图像中不同对象的分类和描述图像中不同对象的分类和描述2024/4/10 周三数字图象处理第1章172024/4/10 周三数字图象处理第1章181.1 从图象到图象工程从图象到图象工程n图象工程与其他学科：图象工程与其他学科：n 图形学：图形学：n原指用图形、图表、绘图等形式表达数据信息的科学，而计算原指用图形、图表、绘图等形式表达数据信息的科学，而计算机图形学研究的就是如何利用计算机技术来产生这些形式机图形学研究的就是如何利用计算机技术来产生这些形式n图象模式识别：图象模式识别：n试图把图象分解成可用符号较抽象地描述的类别试图把图象分解成可用符号较抽象地描述的类别n计算机视觉：计算机视觉：n主要强调用计算机实现人的视觉功能，目前的研究内容主要与主要强调用计算机实现人的视觉功能，目前的研究内容主要与图象理解相结合图象理解相结合2024/4/10 周三数字图象处理第1章191.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n n系统的一般框图系统的一般框图系统的一般框图系统的一般框图2024/4/10 周三数字图象处理第1章201.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n n图象采集图象采集图象采集图象采集n图象采集装置图象采集装置n为采集数字图象，需要两种装置（器件）：为采集数字图象，需要两种装置（器件）：n对某个电磁能量谱波段（如对某个电磁能量谱波段（如X射线、紫外线、可见光、红外线等）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；（模拟）电信号；n数字化器，它能将上述（模拟）电信号转化为数字（离散）的数字化器，它能将上述（模拟）电信号转化为数字（离散）的形式。形式。n图象采集设备图象采集设备n电荷偶合器件电荷偶合器件CCD(Charge-Coupled Device)利用电荷存利用电荷存储传送和读出方式工作储传送和读出方式工作n固态阵：由感光基元构成。固态阵：由感光基元构成。n感光基元产生正比于光强的电压感光基元产生正比于光强的电压n摄像机空间分辨率取决于基元排列摄像机空间分辨率取决于基元排列n数字化器：摄像机幅度分辨率取决于量化级数数字化器：摄像机幅度分辨率取决于量化级数2024/4/10 周三数字图象处理第1章211.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n n图象显示图象显示n图象处理的结果多是供观察的图象处理的结果多是供观察的n图象数据图象数据 亮度模式显示亮度模式显示n显示设备显示设备nLCD液晶显示液晶显示nPDP等离子显示等离子显示n阴极射线管（阴极射线管（CRT)n打印设备打印设备n转换到幻灯片、照片或透明胶片上转换到幻灯片、照片或透明胶片上n半调输出半调输出n象素灰度象素灰度 打印点尺寸打印点尺寸2024/4/10 周三数字图象处理第1章221.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n半调输出举例半调输出举例n2 2 5种灰度种灰度n3 3 10种灰度种灰度n抖动（抖动（dithering）技术，）技术，用随机变化掩盖虚假轮廓用随机变化掩盖虚假轮廓2024/4/10 周三数字图象处理第1章231.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n n图象存储图象存储图象存储图象存储n数据量度单位数据量度单位n比特（比特（bit），字节（），字节（byte=8 bit）n千字节（千字节（K byte）n兆（兆（10 6）字节（）字节（M byte）n吉（吉（10 9）字节（）字节（G byte）n太（太（10 12）字节（）字节（T byte）n图象存储器图象存储器n处理和分析过程中使用的快速存储器处理和分析过程中使用的快速存储器n计算机内存，帧缓存计算机内存，帧缓存n较快重新调用的在线或联机存储器较快重新调用的在线或联机存储器n磁盘，磁光盘磁盘，磁光盘n不经常使用的数据库（档案库）存储器不经常使用的数据库（档案库）存储器n磁带，光盘，光盘塔磁带，光盘，光盘塔2024/4/10 周三数字图象处理第1章241.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n图象存储格式图象存储格式n矢量格式矢量格式n用线段或线段的组合体来表示图象用线段或线段的组合体来表示图象n光栅格式光栅格式n用许多图象点的集合来表示图象用许多图象点的集合来表示图象n常见格式常见格式nBMP格式，格式，GIF格式，格式，TIFF格式，格式，JPEG 格式格式2024/4/10 周三数字图象处理第1章251.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统nBMP格式（格式（BitMaP）：位图）：位图n 位图文件头（也称表头）位图文件头（也称表头）n 位图信息（常称调色板）位图信息（常称调色板）n1:单色，单色，4:16色，色，8:256色，色，24:真彩色真彩色n 位图阵列（即图象数据）位图阵列（即图象数据）nR:8bit，G:8bit，B:8bit2024/4/10 周三数字图象处理第1章261.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n GIF格式（格式（Graphics Interchange Format）n8位文件格式位文件格式，最多只能存储最多只能存储256色图象色图象n图象数据均为压缩过的（图象数据均为压缩过的（LZW算法）算法）n一个一个GIF文件中可以存放多幅图象文件中可以存放多幅图象，以实现网页上以实现网页上的的动画动画2024/4/10 周三数字图象处理第1章271.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n TIF格式（格式（Tagged Image Format File）n独立于操作系统和文件系统独立于操作系统和文件系统n文件可分文件可分4类：类：n二值图象二值图象n灰度图象灰度图象n调色板彩色图调色板彩色图n全彩色图象全彩色图象2024/4/10 周三数字图象处理第1章281.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统nJPEG格式（格式（Joint Photographic Expert Group）n适用于静止的灰度或彩色图象适用于静止的灰度或彩色图象nJPEG文件交换格式文件交换格式nJFIF（file interchange format）n一种使用灰度表示或者使用一种使用灰度表示或者使用Y，Cb，Cr分量彩色表示的分量彩色表示的JPEG图象图象2024/4/10 周三数字图象处理第1章291.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n n图象通信图象通信n图象通信可使不同系统共享图象数据资源图象通信可使不同系统共享图象数据资源n近程和远程图象通信近程和远程图象通信n(1)近程：不同设备间交换数据近程：不同设备间交换数据n(2)远程：异地图象系统间交换数据远程：异地图象系统间交换数据n数据量大，通道窄数据量大，通道窄=图象处理图象处理2024/4/10 周三数字图象处理第1章301.2 图象处理与分析系统图象处理与分析系统n n图象处理与分析图象处理与分析图象处理与分析图象处理与分析n对图象进行压缩编码以减少对其所需存储空间或传输时间、传输对图象进行压缩编码以减少对其所需存储空间或传输时间、传输通路的要求通路的要求n对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果并为自动识别打基础对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果并为自动识别打基础n对图象中感兴趣目标进行检测、提取以测量其参数和描述其性质，对图象中感兴趣目标进行检测、提取以测量其参数和描述其性质，在此基础上对目标进行识别、分类，建立符号表达在此基础上对目标进行识别、分类，建立符号表达2024/4/10 周三数字图象处理第1章311.4 授课安排授课安排n n课程目标课程目标课程目标课程目标n介绍数字图像处理基本概念、理论和方法介绍数字图像处理基本概念、理论和方法n要求初步掌握图像处理和分析的基本算法要求初步掌握图像处理和分析的基本算法n能将所学知识综合应用于对图像信息的检测、分析、处能将所学知识综合应用于对图像信息的检测、分析、处理和控制等图象工程之中。理和控制等图象工程之中。n n使用教材使用教材使用教材使用教材n数字图象处理数字图象处理（第二版）（第二版）【美美】冈萨雷斯，电子工冈萨雷斯，电子工业出版社业出版社2007.8n n计划学时计划学时计划学时计划学时 n讲课讲课36 +课程设计课程设计n n先修课程先修课程先修课程先修课程n数字信号处理，信号与系统，线性代数，数字信号处理，信号与系统，线性代数，C语言语言 2024/4/10 周三数字图象处理第1章321.4 授课安排授课安排n n课程实施课程实施课程实施课程实施n讲授注重理论与实用结合，多媒体演示处理过程；讲授注重理论与实用结合，多媒体演示处理过程；n上机实践环节，编程实现基本算法，掌握基本的处理技上机实践环节，编程实现基本算法，掌握基本的处理技能；能；n课后的作业练习，加深对算法理论模型的理解。课后的作业练习，加深对算法理论模型的理解。n n成绩评价成绩评价成绩评价成绩评价n课程考试课程考试 70n课程设计课程设计 302024/4/10 周三数字图象处理第1章33本章小结本章小结n n图象图象n图象信息、图象类型图象信息、图象类型n图象表示、数字图象图象表示、数字图象n n图象工程图象工程n图象处理、图象分析、图象理解图象处理、图象分析、图象理解n n图象处理系统图象处理系统n图象采集、图象显示图象采集、图象显示n图象存储、图象通信图象存储、图象通信n图象处理与分析图象处理与分析n n图象处理技术的应用图象处理技术的应用数字图象处理数字图象处理第第第第 1 章课外作业章课外作业章课外作业章课外作业教材习题教材习题教材习题教材习题:2.12.1、2.9 2.9、2.13 2.13作业要求：作业要求：作业要求：作业要求：独立完成，有问题相互讨论。独立完成，有问题相互讨论。