数字图像处理1

3. 数字图像处理学 4. MATLAB工具箱应用指南 工具箱应用指南 ———— 信息工程篇
伯晓晨 李涛 刘路等编
电子工业出版社
第1讲 图像处理导论
本讲主要介绍数字图像处理的基本概念知识 ： 什么是图像？数字图像如何在计算机中表示？ 什么是图像？数字图像如何在计算机中表示？ 什么是图像处理？数字图像处理的意义何在？ 什么是图像处理？数字图像处理的意义何在？ 数字图像处理包含哪些方面的内容？ 数字图像处理包含哪些方面的内容？ 数字图像处理有哪些方法？ 数字图像处理有哪些方法？
6 数字图像处理的硬件设备
1. 图像输入设备
数字照相机、数字摄像机、 数字照相机、数字摄像机、扫描仪
2. 图像处理设备
计算机
3. 图像输出设备
显示器、 显示器、激光彩色打印机
数字图像处理过程： 数字图像处理过程：
图像输入设备
A/D
主计算机
D/A
监示器
键盘 显示器
7 数字图像处理的应用
随着计算机技术及其它技术的发展，数字图像处理的应用越来越广泛， 随着计算机技术及其它技术的发展，数字图像处理的应用越来越广泛，已渗透到工 工业、医疗保健、航空航天、军事、科研、安全保卫等各个领域。 程、工业、医疗保健、航空航天、军事、科研、安全保卫等各个领域。 1. 遥感 遥感(Remote Sensing)（例图像） （例图像） 遥感图像处理的用处越来越多，效率及分辨率也越来越高。如土地测绘、 遥感图像处理的用处越来越多 ， 效率及分辨率也越来越高 。 如土地测绘 、 资源调 气象监测、环境污染监测、农作物估产、军事侦察。 查、气象监测、环境污染监测、农作物估产、军事侦察。 2. 医学应用（例图像） 医学应用（例图像） CT图像、透视、MRI(Magnetic resonance imaging)核磁共振图像等。 图像、 核磁共振图像等。 图像 透视、 核磁共振图像等 3. 通信中的应用 图像的传播。 图像的传播。 4. 军事上的应用 军事侦察、导弹制导等。 军事侦察、导弹制导等。 5. 法律 指纹识别、 指纹识别、人脸识别
3 数字图像处理的特点
数字图像处理的特点？
(1) 需要处理的信息量大： 需要处理的信息量大： 一幅:256*256*8=64K的图像有 的图像有64K大小； 大小； 一幅 的图像有 大小 512*512*8=256K 1024*1024*8=1M 2048*2048*8=4M (2) 图像处理技术的综合性强： 图像处理技术的综合性强： 技术：通信技术、计算机技术、电子技术、电视技术； 技术：通信技术、计算机技术、电子技术、电视技术； 基础知识：数学、物理、数字信号处理、生物、心理； 基础知识：数学、物理、数字信号处理、生物、心理； (3) 图像数据的相关性强。 图像数据的相关性强。
4 数字图像处理的研究内容
包含哪些方面的内容？ 数字图像处理包含哪些方面的内容？
(1) 几何处理 几何处理(Geometrical Processing)： ： 坐标变换，图像缩放、旋转、 图像配准、全景畸变校正、扭曲校正、 坐标变换，图像缩放、旋转、平移 、图像配准、全景畸变校正、扭曲校正、 求图像周长、面积、体积等。 求图像周长、面积、体积等。 (2) 算术运算(Arithmetic Processing)： 算术运算 ： 除等，用于融合、去噪、运动目标检测。 加、减、乘、除等，用于融合、去噪、运动目标检测。 (3) 图像增强(Image Enhancement) 图像增强 图像对比度增强，提取边缘等。 图像对比度增强，提取边缘等。（例1：对比度；例2：边缘提取） ：对比度； ：边缘提取） (4) 图像复原 图像复原(Image Restoration) (5) 图像重建 图像重建(Image Reconstruction) (6) 图像编码 压缩 (Image Encoding)(Compression) 图像编码(压缩 压缩) (7) 模式识别 图像识别）(Pattern Recognition) or (Image Recognition) 模式识别(图像识别 图像识别） (8) 图像融合 图像融合(Image Fusion)(例1：FIR图像和 图像和NIR图像融合 图像融合) 例 ： 图像和 图像融合 (9)图像理解（Image Understanding) 图像理解（ 图像理解 (10)计算机视觉 计算机视觉(Computer Vision) 计算机视觉
第2讲 图像变换
本讲主要内容： 本讲主要内容： DFT变换； 变换； 变换 FFT算法； 算法； 算法 DCT变换； 变换； 变换 小波变换。 小波变换。
1. Fourier变换 Fourier变换
(1) 连续 连续Fourier变换： 变换： 变换 一维：对信号f(t),其Fourier变换为： 变换为： 一维：对信号 其 变换为
5 数字图像处理的研究方法
数字图像处理有哪些研究方法？ 数字图像处理有哪些研究方法？
1. 空域法 时间域与空间域； 时间域与空间域； 把图像f(x,y)看成一个二维函数，对其进行处理，它包括： 看成一个二维函数， 把图像 看成一个二维函数 对其进行处理，它包括： (1) 邻域处理法： 邻域处理法： 一个点和它附近的点一起参与运算。 卷积运算；平滑算子运算； 一个点和它附近的点一起参与运算。如：卷积运算；平滑算子运算；梯度 运算等等。 运算等等。 (2) 点运算： 点运算： 单个点运算。或者说单个象素的灰度值运算。 单个点运算。或者说单个象素的灰度值运算。 2. 变换域法 有些问题在空域中不太好直接研究，可计算量较大，可把其变换到频域（ 有些问题在空域中不太好直接研究 ， 可计算量较大 ， 可把其变换到频域 （ 空 间域）进行研究。这是信号处理和图像处理的惯用方法。其过程一般为： 间域）进行研究。这是信号处理和图像处理的惯用方法。其过程一般为： f(x,y) F(u,v) f(x,y) 正变换 逆变换 例如： 例如：小波变换与逆变换
具体研究如下： 具体研究如下：
1. 图像处理将向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化发展； 图像处理将向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化发展； 2. 图像、图形相结合朝着三维成像和多维成像的方向发展； 图像、图形相结合朝着三维成像和多维成像的方向发展； 3. 硬件芯片研究； 硬件芯片研究； 4. 新理论和新算法研究。 新理论和新算法研究。 wavelet, fractal, morphology, genetic arithmetic, neural network.
数字图像处理
Digital Image Processing
刘斌
主要参考书： 主要参考书：
1.基于 基于MATLAB的系统分析与设计：图像处理 的系统分析与设计： 基于 的系统分析与设计
王晓丹 吴崇明 编 西安电子科技大学出版社
2. 图像工程(上册） 上册） 上册
———— 图像处理与分析
章毓晋 编 阮秋琦 编 清华大学出版社 电子工业出版社
8 数字图像处理领域的发展动向
进一步研究的内容： 进一步研究的内容：
1. 如何提高图像处理的速度； 如何提高图像处理的速度； 2. 加强软件研究、开发新的处理技术； 加强软件研究、开发新的处理技术； 3. 加强边缘学科的研究工作； 加强边缘学科的研究工作； 4. 加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系 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。 时刻注意图像处理领域的标准化问题。主要媒介是语音和图像。据统计，在人类接受的信息中， 人类传递信息的主要媒介是语音和图像 。 据统计， 在人类接受的信息中 ， 听觉 信息占20%,视觉信息占 视觉信息占60%，其它如味觉、触觉、嗅觉信息总的加起来不过占 信息占 视觉信息占 ，其它如味觉、触觉、嗅觉信息总的加起来不过占20% 可见图像信息是十分重要的。 百闻不如一见” 。可见图像信息是十分重要的。“百闻不如一见”嘛！但图像通信的发展就大大落 后于语音通信。 后于语音通信。 数字图像处理技术起源于20世纪 年代， 世纪20年代 数字图像处理技术起源于 世纪 年代，当时通过海底电缆从英国伦敦到美国 纽约传输了一幅照片，它采用了数字压缩技术。 年的技术水平看， 纽约传输了一幅照片，它采用了数字压缩技术。就1920年的技术水平看，如果不压 年的技术水平看 传一幅图片要一个星期时间，压缩后只需要3小时 小时。 缩，传一幅图片要一个星期时间，压缩后只需要 小时。1964年美国的喷气推进实验 年美国的喷气推进实验 室处理了太空船“徘徊者七号”发回的月球照片， 室处理了太空船“徘徊者七号”发回的月球照片，这标志着第三代计算机问世后数 字图像处理概念开始得到应用。其后，数字图像处理技术得到迅速发展， 字图像处理概念开始得到应用。其后，数字图像处理技术得到迅速发展，目前已成 为工程学、计算机科学、信息科学、统计学、物理学、化学、生物学、 为工程学、计算机科学、信息科学、统计学、物理学、化学、生物学、医学甚至社 会科学等领域各学科之间学习和研究的对象。 会科学等领域各学科之间学习和研究的对象。如今图像处理技术已给人类带来了巨 大的经济效益和社会效益。 大的经济效益和社会效益。 图像处理科学对人类具有重要意义，它表现在如下三个方面： 图像处理科学对人类具有重要意义，它表现在如下三个方面： (1) 图像是人们从客观世界获取信息的重要来源； 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； 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。 图像处理技术对国计民生有重要意义。
2 图像的含义
什么是图像？数字图像是如何在计算机中表示的？ 什么是图像？数字图像是如何在计算机中表示的？
客观世界在空间上是三维(3-D)的,但一般景物得到的图像是二维 的 但一般景物得到的图像是二维 但一般景物得到的图像是二维(2-D)的。一幅图 客观世界在空间上是三维 的 像可以用一个2-D函数或数组 函数或数组f(x,y)表示，（x,y）表示坐标点的位置，而f表示点 表示， 表示点(x,y) 像可以用一个 函数或数组 表示 ）表示坐标点的位置， 表示点 的某种性质F的数值 的数值， 一般表示灰度， 表示点(x,y)的灰度值。常见图像是连 的灰度值。 的某种性质 的数值，如F一般表示灰度，因此 表示点 一般表示灰度 因此f表示点 的灰度值 续的（模拟图像） 可以是任意实数。 续的（模拟图像），即f,x,y,可以是任意实数。为了能用计算机对图像进行加工，需 可以是任意实数 为了能用计算机对图像进行加工， 要把连续图像离散化。这种离散化了的图像就是数字图像， 要把连续图像离散化。这种离散化了的图像就是数字图像，在不致引起混淆的前提 的情况下我们以后也用f(x,y)表示数字图像 或f(m,n)等），f,x,y都在整数集合内取值 表示数字图像(或 的情况下我们以后也用 表示数字图像 等 都在整数集合内取值 。 下面看一个例子： 取一图像的一部分。 下面看一个例子：用MATLAB取一图像的一部分。 取一图像的一部分 几个相关概念： 几个相关概念： (1) 图像的英文词：Image (与picture、pattern的区别）； 图像的英文词： 的区别） 与 、 的区别 (2) 象素 象素(pixel)：图像中每个基本单元（点）。 ：图像中每个基本单元（ (3) I=f(x,y,z,t) 的含义。 的含义。