数字图象处理-第1章绪论.ppt

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1、数 字 图 像处 理 基 础,教师：吴正华（副教授）学位：博士 邮箱：电话：在本科和硕士研究生阶段所学专业为：电子仪器及测量技术 在博士阶段所学专业为：生物医学工程 目前的研究方向为：人工智能,教材 数 字 图 像 处 理 学 阮秋琦 电子工业出版社参考书1、Digital Image Processing(Second Edition)，2、数字图像处理（北京交大，阮秋琦译）3、Computer Image Processing and Pattern Recognition，University of Tennessee。4、图像处理学，W.K.Pratt。5、数字图像处理（Digital

2、 Picture Processing）A.Rosenfeld，中译本,6、Digital Image processing using MATLAB.Rafael C.Gonzalez.Richard E.Woods.Steven L.Eddins7、Pattern Recognition Principle，R.C.Gonzalez，J.Tou。8、图像处理和分析（清华大学，章毓晋编著）。9、数字图像处理（Digital Image processing）（清华大学 林学訚等译),本课程的目的内容安排 大致依照教材的脉络行课，根据实际情况对某些内容做适当删减，如第三章中的一些处理方法。(3

3、2学时）分十个章节：第一章 概括介绍 第二章 图像及图像系统的相关基础知识及视觉系统 第三章 各种正交变换方法（重点）第四章 图像增强的各种方法,第五章 图像编码（重点）第六章 图像复原第七章 图像重建第八章 图像分析第九章 数学形态学原理第十章 模式识别的理论和方法,听觉20%人类传递信息 视觉信息占60 其他感觉器官约20%第一幅照片（1839年）第一幅遥感照片（1909年）,第一章 绪 论,德国维尔茨堡大学校长兼物理研究所所长伦琴教授（18451923年）的第一张X光照片,一、数字图像处理的起源 数字图像处理的历史可追溯至二十世纪二十年代。,1921年经编码后用电报打印机打印的图像,19

4、29年通过海底电缆从伦敦到纽约传输的一幅照片,按照1929年的技术水平，如果不压缩，需要一个多星期，压缩后传输时间减少到3个小时。,1922年两次通过大西洋后打印的数字图像,下图示出了由徘徊者7号在1964年7月31日上午（东部白天时间）9点09分在光线影响月球表面前约17分钟时摄取的第一张月球图像。这也是美国航天器取得的第一幅月球图像。,计算机断层（CT）是一种处理方法，在这种处理中，一个检测器环围绕着一个物体(或病人)，一个X射线源，带有检测器的同心圆绕着物体旋转，X射线通过物体并由位于环上对面的相应的检测器收集起来，然后用特定的重建算法重建通过物体的“切片”的图像。,射 线：0.003

5、0.03 射 线：0.03 3 紫外线：3 300 红外线：0.8 300 微 波 0.3 100,二、图像处理科学对人类具有重要意义(1)图像是人们从客观世界获取信息的重要来源(2)图像信息处理是人类视觉延续的重要手段,(3)图像处理技术对国计民生有重要意义,三、图像处理技术的分类大致可分为两类：模拟图像处理与数字图像处理。（1）模拟图像处理(Analog image processing)模拟处理包括：光学处理（利用透镜）和电子处理，如：照相、遥感图像处理、电视信号处理等，电视图像是模拟信号处理的典型例子，它处理的是活动图像，25帧/秒。优点：速度快，实时，可同时并行处理。缺点：精度较差，

6、灵活性差，非线性处理能力。,（2）数字图像处理(Digital Image processing)优点：精度高，内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件就可以改变处理内容。缺点：处理速度还是一个问题，分辨率及精度尚有一定限制。,四、数字图像处理的特点（1）图像信息量大、数据量也大（2）图像处理技术综合性强（3）图像信息理论与通信理论密切相关,五、数字图像处理的主要方法及主要内容 空域法 两大类：变换域法。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，然后直接对这一二维函数进行相应的处理。空域处理法主要有两大类：(1)邻域处理法：其中包括梯度运算(gra

7、dient Algorithm)、平滑 算子运算(Smoothing operator)等(2)点处理法：如灰度处理（grey processing），面积、周长、体积、重心运算等等。,变换域法：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。,数字图像处理的主要内容：图像信息的获取 图像信息的存贮 图像信息的传送 图像信息处理 图像信息的输出和显示,（A）图像获取(1)电视摄像机(Video Camera)特点：设备小巧、速度快、成本低、灵敏度高。缺点：灰度层次较差、非线性失真较大、有黑斑效应

8、，在使用中需校正。,(2)飞点扫描器(flying point Scanner)这是一种以光源做扫描的图像获取设备。其特点是：精度较高、图像清晰、可透射成像亦可反射成像，但是其体积略显庞大。,(3)扫描鼓：这是一种高精度的滚桶式的图像摄取设备。特点：精度高、分辨率高，可以输入也可以输出。缺点：价钱昂贵、速度低、维护要求高。(4)扫描仪 特点：精度和分辨率中等，600DPI精度的扫描仪已常见。缺点：速度较慢，非实时设备。,(5)显微光密度计，精度较高，速度低。(6)遥感中常用的图像获取设备已有多种设备，如：光学摄影：摄像机、多光谱像机等。红外摄影：红外辐射计、红外摄像仪、多通道红外扫描仪。MSS

9、：多光谱扫描仪。微波：微波辐射计，侧视雷达、真实空孔径雷达、合成孔径雷 达(SAR)。,(B)信息的存贮：(Image information Storage)图像信息的突出特点是数据量巨大。一般作档案存贮主要采用磁带、磁盘或光盘。(C)图像信息的传送：(Image information transmission)图像信息的传送可分为系统内部传送与远距离传送。,(D)数字图像处理(Digital Image processing)几何处理(geometrical processing)算术处理(Arithmetic processing)图像增强(Image Enhancement)图像复原

10、(Image Restoration)图像重建(Image Reconstruction)图像编码(Image Encoding)图像识别(Image Recognition)图像理解(Image Understanding),E、图像的输出与显示 一种是硬拷贝，另一种是软拷贝。（1）CRT显示 优点：显示质量好、亮度高、电子束寻址方式简单、制造成本低等。缺点：体积大,（2）、液晶显示器LCD,LCD的突出性能是极吸引人的，体积小，重量轻 低功耗，低电压 无软X射线 全色显示及相当的亮度 缺点：视角较窄 寻址复杂 亮度较低,（3）彩色等离子显示技术（Plasma Display Panel-P

11、DP）,它的工作原理有两个基本过程：1）气体放电，惰性气体受电信号的作用放电发射真空紫外线 2）紫外线激发荧光粉发光 等离子显示技术有如下特点：易于大面积显示，可达到80英吋 全色显示，显示器可显示256级灰度和1670万种颜色 伏安特性非线性强，可寻址2000线以上,可实现高亮度显示 对比度高视角在所有的平板显示器中是最大的，可达到160度 色纯度好，与CRT相当 寿命长，可达3万小时以上 工作电压低，一般小于200伏 易于批量生产其主要缺点：功耗较大，目前在以上。此外，在亮环境下对比度有 待提高。其最大的弱点是价格偏高,（4）、场致发光显示器(Field Effect Display-FE

12、D)其显著优点是：薄型，无需加背光源，一般比LCD还要薄 易于拼接，可做成大屏幕 可高度集成做成高清晰度显示器 电压低，功耗小，寿命长 图像质量好 发光亮度起伏小，成品率高 不需要偏转线圈，无X射线，抗电磁辐干扰和辐射 生产工艺简单，FED有数百个阴极，有几个不工作没有影响,(5)新型显示设备-E-Paper(电子纸,数码纸),将来会有更多的新型器件和原理制成新的显示器，如：碳纳米管制成的显示器（日本）铁电液晶显示器（韩国）Sharp公司甚至做出了能卷曲的显示器,六、数字图像处理的应用(1)遥感：(Remote Sensing),(2)医学应用,（3)图像处理技术在通信中的应用（4）工业生产的

13、质量控制（5）安全保章、公安等方面的应用（6）教学及科研领域中也将大量应用图像处理技术（7）当前呼声甚高的电子商务中，图像处理技术也大有可为,七、数字图像处理领域的发展动向（1）在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题（2）加强软件研究、开发新的处理方法（3）加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展（4）加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系（5）时刻注意图像处理领域的标准化问题,图像处理技术未来发展大致可归纳如下四点：（1）图像处理的发展将向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化方向发展(2)图像、图形相结合朝着三维成像或多维成像的方向发展(3)硬件芯片研究(4)新理论与算法研究,