光电图像处理绪论.ppt

电子科技大学 光电信息学院 二一四年2月26日,第一章光电图像处理概述,彭真明E-mail:pengzm_,Introduction to Optoelectronic Image Processing,主要内容,课程介绍数字图像的基本概念数字图像的发展历史数字图像处理的研究内容光电图像处理技术及应用,一、教师介绍,全日制研究生课程图像处理及应用,一、课程介绍,适用专业：光电信息科学与工程，电子信息工程、通信工程、生物医学工程及自动化等。,课程内容（40学时课堂教学+8学时上机）,第一章 光电图像处理概述（2学时）第二章 光电图像处理基础（2学时）第三章 图像增强（6学时）第四章 图像变换（8学时）第五章 图像复原（4学时）第六章 图像编码与压缩（4学时）第七章 图像分割与描述（8学时）第八章 图像融合及应用（2学时）第九章 运动目标检测与跟踪（4学时）,一、课程介绍,教学日历：1-13周，每周4学时，周三/五，7-8节/3-4节。成绩构成：平时成绩（20分）+上机（20分）+期末（60分）课程设计（4学时，另计学分）要求：至少掌握1门编程语言 VC+或 Matlab 答疑地点 逸夫楼217或239,一、课程介绍,教材及主要参考资料：彭真明等，光电图像处理及应用，电子科技大学出版社，2008。冈萨雷斯.数字图像处理（第三版）.北京：电子工业出版社，2011。Rafael C.Gonzalez，Richard E.Woods,Digital Image Processing，Third Edition，北京：电子工业出版社，2010。Kenneth R.Castleman,数字图像处理（影印版）,北京：清华大学出版社，2003,一、课程介绍,一、课程介绍,主要内容,课程介绍数字图像的基本概念数字图像的发展历史数字图像处理的研究内容光电图像处理技术及应用,一、引言,人类通过眼、耳、鼻、舌、身接收信息，感知世界。约有75%的信息是通过人眼（视觉系统）获取的。,“图像”为“事件或事物的一种表示、写真或临摹，或一个生动的或图形化的描述”。“图”是物体透射光或反射光的分布；“像”是人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识；“图像”是两者的结合；图像是客观景物通过某种系统的一种映射；从广义上说，是自然界景物的客观反映。,二、数字图像的基本概念,模拟图像（物理图像）：直接从观测系统（输入系统）获得、未经采样和量化的图像；模拟图像在空间分布和亮度取值上均为连续分布。数字图像：图像的数字表示或经过采样和量化的图像，像素就是离散单元，量化的灰度就是数字量值。,二、数字图像的基本概念,光电图像 不同观测（成像）系统下观测得到的包括可见光、红外线、紫外线、X射线、微波、超声波及伽马射线等不同波段成像得到的模拟或数字图像。,二、数字图像的基本概念,图像存储系统,图像输入系统,图像处理与分析系统,图像输出系统,基本的光电图像处理系统,二、数字图像的基本概念,数字图像处理就是用数字计算机处理所获取视觉信息的技术。依赖于数字计算机和其它相关技术（如数据存储，显示，和传输）的发展。,光电图像处理不仅包含数字图像处理的全部内容，而且还需要考虑和涉及图像的采集、处理、显示、传输、存储等一体化系统及光电领域的各种应用技术等。,二、数字图像的基本概念,数字图像的采集与获取,采集方式A/D,二、数字图像的基本概念,数字图像的采集与获取,CCD/CMOS图像传感器器 数码相机 数字摄像机,二、数字图像的基本概念,数字图像的采集与获取,各种数字扫描设备电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)接触式图像传感器（Contact Image Sensor，CIS）互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS),二、数字图像的基本概念,图像的数字化：采样和量化为了便于计算机处理，图像函数f(x,y)在空间和取值上必须数字化。,连续图像,数字图像,离散化,二、数字图像的基本概念,图像的数字化：采样和量化 图像的采样（Sampling)：,空间坐标(x,y)的数字化被称为图像采样,确定水平和垂直方向上的像素个数N、M,像素（pixel),二、数字图像的基本概念,图像的数字化：采样和量化 图像的量化(Quantization)：,取值的数字化：被称为图像灰度级量化,量化处理：将f 映射到Z的处理,Z的最大取值：确定像素的灰度级数G=2m。,二、数字图像的基本概念,数字图像的数学表示,二、数字图像的基本概念,数字图像的数学表示,二、数字图像的基本概念,空间分辨率（Spatial Resolution),512512,256256,128128,6464,采样引起的空间分辨率与图像质量,数码相机：307223047077888(700万像素)259219445038848(500万像素),二、数字图像的基本概念,灰度分辨率（Gray Resolution),量化引起的灰度分辨率与图像质量,512,256,128,64,8,4,二、数字图像的基本概念,原图,低色调,低对比度,低饱和度,主要内容,课程介绍数字图像的基本概念数字图像的发展历史数字图像处理的研究内容光电图像处理技术及应用,三、数字图像处理的发展历史,20世纪20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3个小时。,1921年电报打印机采用特殊字符在编码纸带得到的图像。,1922年在信号两次穿越大西洋后，从穿孔纸得到的图像。图像通信系统信源编码和信道编码。,1929年从伦敦到纽约15级色调通过电缆传递照片。从早期5个灰度到15灰度。现在的网络、移动通信再次历经这个过程。,20世纪五十年代中期在太空计划的推动下开始这项技术的研究。重要标志是1964年美国喷气推进实验室（JPL）正式使用数字计算机对“徘徊者7号”太空船送回的四千多张月球照片进行了处理。,美国航天器传送的第一张月球照片，1964年7月31日在光线影响月球表面17分钟摄取的图像。,2007年10月24日18时05分04秒西昌卫星发射中心“嫦娥一号”卫星，11月20日传回的首张图片,三、数字图像处理的发展历史,月球背面一个典型的辐射线撞击坑,三、数字图像处理的发展历史,通过反演得到三维重建图,生物医学图像处理,1901年伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。,三、数字图像处理的发展历史,主要内容,课程介绍数字图像的基本概念数字图像的发展历史数字图像处理的研究内容光电图像处理技术及应用,四、图像处理包括的内容,按颜色类别：,二值图像(Binary Image),灰度图像(Grayscale Image),多光谱彩色图像(Multi-Spectrum Image),按成像传感器类别：,电视图像(TV/Visible Image),红外图像(Infrared Image),雷达图像(Radar Image),超声图像(Ultrasonic Image),核磁共振(Magnetic resonance imaging,MRI),X-RAY图像,四、图像处理包括的内容,不同传感器图像对比：,电视图像,四、图像处理包括的内容,红外图像,不同传感器图像对比：,发热症状,四、图像处理包括的内容,可见光红外,四、图像处理包括的内容,可见光红外,不同传感器图像对比：,可见光图像,合成孔径雷达(SAR)图像,四、图像处理包括的内容,X-Ray与超声图像,X-光片,超声图像,四、图像处理包括的内容,MRI图像,四、图像处理包括的内容,PET-正电子发射计算机断层显像,它将人体代谢所必须的物质，如葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸等，标记上极微量的短寿命正电子核素，制成显像计注入人体，再用特殊的探测装置检测这些正电子标记物在体内的分布青况。人体不同组织的代谢状态不同，所以这些核素标记物质在人体各种组织中的分布也不同，这些特点可通过图像方式反映出来，从而可对病变进行分析和诊断。,四、图像处理包括的内容,显微图像,四、图像处理包括的内容,按动态与静态分类：,静态图像(Static Image),动态图像(Dynamic Image),四、图像处理包括的内容,按应用方式分类：,图像增强(Image Enhancement),图像恢复(Image Restoration),图像重建(Image Reconstruction),图像分割(Image Segmentation),图像压缩(Image Compression),图像识别(Image Recognition),图像跟踪(Image Tracking),四、图像处理包括的内容,图像融合(Image Fusion),图像增强(主观),四、图像处理包括的内容,原图像,增强图像,四、图像处理包括的内容,图像增强(彩色图像),四、图像处理包括的内容,图像增强(去雾),图像恢复(客观）,四、图像处理包括的内容,原图像,复原图像,图像恢复(客观）,四、图像处理包括的内容,原图像（Saturn）,复原图像,图像重建,图像变换与重建,四、图像处理包括的内容,图像边缘检测与分割,四、图像处理包括的内容,图像压缩,压缩倍数 10.26，PSNR 36.51 压缩倍数 98.70，PSNR 25.22,Lena 1997,Lena 1972,四、图像处理包括的内容,David C.Munson,IEEE Transactions on Image Processing主编,1996年1月总结了两个原因说明蕾娜图在学术领域流行的原因：1.该图适度的混合了细节、平滑区域、阴影和纹理，从而能很好的测试各种图像处理算法。2.Lenna是个美女，对于图象处理界的研究者来说，美女图可以有效的吸引他们来做研究。,Lena与图像处理,四、图像处理包括的内容,蕾娜（Lena）标准图,雷娜在IST会议上（1997）,雷娜与大会主席（1997）,图像识别与分析,四、图像处理包括的内容,纹理识别指纹识别人脸识别笔迹签定车牌识别,图像融合,四、图像处理包括的内容,图像融合,四、图像处理包括的内容,图像识别与跟踪,按理论方法分类：,点处理、代数处理、几何处理,变换域处理与分析,随机统计等现代信号处理方法,小波、形态学、分形等先进数学工具,人工智能方法：如模式识别、神经网络、遗传算法等,四、图像处理包括的内容,主要内容,课程介绍数字图像的基本概念数字图像的发展历史数字图像处理的研究内容光电图像处理技术及应用,五、数字图像处理的应用,空间探索、遥感应用,生物医学工程,工业应用视觉检验、零部件选取、过程控制、交通监控、自动驾驶等。,军事/公安指纹识别、人脸识别、笔迹鉴定、目标探测与跟踪。,农业应用农作物选种、深林火灾监控。,数字娱乐网络数字媒体、视频特技、虚拟现实、视频会议等。,空间探索,地球资源勘探,遥感图片,多/高/超光谱遥感图像,(1)多光谱成像多光谱成像光谱分辨率在0.1mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。(2)高光谱成像光谱分辨率在0.01mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达nm级。(3)超光谱成像光谱分辨率在0.001mm=1nm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。,气象云图气象预报,生物医学工程,便携式手持X射线仪-图像直接显示于皮肤,军事应用精确制导、目标跟踪,“道尔”野战地空导弹武器系统，是世界上最先采用垂直发射方式的近程防空系统，同时也是一种全天候、全自动、三位一体(目标搜索、跟踪和导弹发射装置同时装在一辆车上)的新一代高性能防空导弹发射车。它具有警戒、指挥与控制、导弹制导与发射等众多功能，既可以独立作战，也可以和发射连的其它发射车协同作战。它可在低空、超低空和近程区域内拦截多种非隐身与隐身空袭目标，如固定翼飞机、直升机、无人机以及巡航导弹、空地导弹、反辐射导弹、精确制导炸弹等，主要用于保护陆地作战部队和一些重要目标免遭敌人空袭，其性能在同类系统中是出类拔萃的。,军事应用隐形飞机、定位轰炸,B2轰炸机的单价高达22.2亿美元，是世界上迄今为止最昂贵的飞机。北约在对南联盟空袭中，首次动用了2架B2隐形战略轰炸机，使这种飞机第一次用于实战。B2轰炸机由美国诺思罗普公司为美国空军研制，采用了众多的隐形技术，特别是它怪异的外形，机翼出奇的长，全身漆黑，就像一只巨大的蝙蝠，而且外面看不到任何武器。该型机没有机身，机身与机体完全融为一体。它的高度约5.18米，长约21米，翼展达52.42米。目前，美国空军有20架B2轰炸机，并正在研制一种“绰号”为“金冠球座”（TEESAM）的空对空、空对地和空对舰三维远程攻击导弹。扬言，B2轰炸机能在接到命令后数小时内自美国本土起飞，攻击世界任何地区的目标。,军事应用红外夜视,交通监控自动驾驶,自动驾驶,国防科大无人驾驶汽车完成286公里高速实验,计算机合成图像,广告设计,Wallpaper,娱乐,主要内容,课程介绍数字图像的基本概念数字图像的发展历史数字图像处理的研究内容光电图像处理技术及应用,International Conference ICCV：International Conference on Computer VisionCVPR：International conference on Computer Vision and Pattern RecognitionECCV：European Conference on Computer Vision International JournalPAMI：IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine IntelligenceIJCV：International Journal of Computer Vision PR：Pattern Recognition.TIP：IEEE Transactions on Image Processing IVC：Image and Vision Computing,附：图像处理/计算机视觉的顶级会议和期刊,Any queastions!,