计算机数字图像处理.
数字图像处理的主要内容
数字图像处理的主要内容
数字图像处理是将原始数字图像经过一系列特定步骤处理达到所需要的修改或
者提取图像相关信息的一种技术。
它包括图像采样、数字图像处理技术、图像参数维度，以及图像状态分析与特征抽取的等多种技术，是计算机视觉技术的一个重要组成部分。
数字图像采样，是将复杂的现实世界的信息片段，利用计算机进行图像编码处理，编码后进行数据采样，将采样结果以图像数据形式表示或显示出来，它通常将摄取到的图像数据编排成一系列矩阵，空间分辨率越高，代表的信息量越大，所采样出的图像就越清晰，通常采用RGB三原色或者灰度级，将原始图像进行信息处理，使图像变换成采样图形序列。
数字图像处理技术，是指对已经采样的图像进行编码与处理，将所采样的图像
数据变换成另一种形式，进行增强、转换、滤波、压缩、边缘检测、分割、提取特征等等，在不同参数精度上都得到所期望的结果。
比如，在处理图像边缘时，利用Robert、Prewitt等运算来实现图像边缘的提取，将图像中非边缘部分消除，是广
泛应用的数字图像处理技术。
图像参数的维度是指它所收集的图像参数的测量方法，其中包括图像尺寸、像
素数、色彩模式、分辨率等。
它可以影响到图像的色彩细节和色调等的变化，也可以用来改变图像的视觉效果，因此，有必要根据图像的数字图像处理要求，首先了解图像参数的维度，以决定有效操作方法。
最后，图像状态分析和特征抽取，即分析图像特征，提取好特征和信息，以用
于一些应用场景或参考，常见的技术有空间和时间域的处理方法，将图像变换成一系列特征向量，以用于特征相似度的评估，以及图像的聚类和分类等，可以用于分析图像的状态和特征，以支撑和管理图像应用中的信息抽取。
《数字图像处理》教学大纲
《数字图像处理》教学大纲
一、课程简介
数字图像处理是机器视觉、模式识别、医学图像处理等的基础，本课程为工程专业的学生提供数字图像处理的基本知识，是理论性和实践性都很强的综合性课程。
课程内容广泛涵盖了数字图像处理的基本原理，包括图像采样和量化、图像算术运算和逻辑运算、直方图、图像色彩空间、图像分割、图像形态学、图像频域处理、图像分割、图像降噪与图像复原、特征提取与识别等。
二、课程目标
通过本课程学习，学生可以掌握数字图像处理的基本方法，具备一定的解决图像处理应用问题的能力，培养解决复杂工程问题的能力。
具体目标如下：
1.掌握数字图像处理的基本原理、计算方法，能够利用专业知识并通过查阅资
料掌握理解相关新技术，对检测系统及处理流程进行创新性设计；
2.能够知晓工程领域中涉及到的数字图像处理技术，理解其适用场合、检测对
象及条件的限制，能根据给定的目标要求，针对工业检测中的工程问题选择和使用合适的技术和编程，进行仿真和分析；
3.能够知晓工程领域中所涉及的现代工具适用原理及方法，根据原理分析和仿
真结果，进行方案比选，确定设计方案，具有检测算法的设计能力；
4.通过校内外资源和现代信息技术，了解数字图像处理发展趋势，提高解决复
杂工程问题的能力。
三、课程目标对毕业要求的支撑关系
四、理论教学内容及要求
四、实验教学内容及要求
五、课程考核与成绩评定
六、教材及参考书。
5-数字图像处理
数字图像处理数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。
数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响：一是计算机的发展；二是数学的发展（特别是离散数学理论的创立和完善）;三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长基本特点处理信息量很大数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。
如一幅256×256低分辨率黑白图像，要求约64kbit的数据量；对高分辨率彩色512×512图像，则要求768kbit数据量；如果要处理30帧/秒的电视图像序列，则每秒要求500kbit～22.5Mbit数据量。
因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。
占用频带较宽数字图像处理占用的频带较宽。
与语言信息相比，占用的频带要大几个数量级。
如电视图像的带宽约5.6MHz，而语音带宽仅为4kHz左右。
所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，成本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。
各像素相关性大数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大。
在图像画面上，经常有很多像素有相同或接近的灰度。
就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素，其相关系数可达0.9以上，而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性一般说还要大些。
因此，图像处理中信息压缩的潜力很大。
无法复现全部信息由于图像是三维景物的二维投影，一幅图象本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的。
因此，要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量，例如双目图像或多视点图像。
在理解三维景物时需要知识导引，这也是人工智能中正在致力解决的知识工程问题。
受人的因素影响较大数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。
由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以及知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。
数字图像处理期末考试答案
数字图像处理期末考试答案数字图像处理》复指南选择题1.在采用幂次变换进行灰度变换时，当幂次取大于1时，该变换是针对哪一类图像进行的？（B）A。
图像整体偏暗B。
图像整体偏亮C。
图像细节淹没在暗背景中D。
图像同时存在过亮和过暗背景2.图像灰度方差说明了图像的哪一个属性？（B）A。
平均灰度B。
图像对比度C。
图像整体亮度D。
图像细节3.计算机显示器主要采用哪一种彩色模型？（A）A。
RGBB。
CMY或CMYKC。
HSI4.采用模板[-11]T主要检测哪个方向的边缘？（A）A。
水平B。
45度C。
垂直D。
135度5.下列算法中属于图像锐化处理的是：（C）A。
低通滤波B。
加权平均法C。
XXX滤波D。
中值滤波6.维纳滤波器通常用于哪种情况？（C）A。
去噪B。
减小图像动态范围C。
复原图像D。
平滑图像7.彩色图像增强时，可以采用哪种处理方法？（C）A。
直方图均衡化B。
同态滤波C。
加权均值滤波D。
中值滤波8.在对图像进行复原的过程中，B滤波器需要计算哪些功率谱？（B）A。
逆滤波B。
维纳滤波C。
约束最小二乘滤波D。
同态滤波9.XXX滤波后的图像通常较暗，为改善这种情况，可以将高通滤波器的转移函数加上一定的常数以引入一些低频分量。
这样的滤波器称为什么？（B）A。
XXX高通滤波器B。
高频提升滤波器C。
高频加强滤波器D。
理想高通滤波器10.图像与灰度直方图之间的对应关系是什么？（B）A。
一一对应B。
多对一C。
一对多D。
都不对应11.下列算法中属于图像锐化处理的是：（C）A。
低通滤波B。
加权平均法C。
XXX滤波D。
中值滤波12.一幅256x256的图像，若灰度级数为16，则存储它所需的比特数是多少？（A）A。
256KB。
512KC。
1MD。
2M13.一幅灰度级均匀分布的图像，其灰度范围在[0，255]，则该图像的信息量为多少？（D）A。
0B。
255C。
6D。
814.下列算法中属于局部处理的是什么？（D）A。
灰度线性变换B。
二值化C。
数字图像处理的基础知识
数字图像处理的基础知识数字图像处理是一种以计算机为基础的处理图像的技术。
它的核心是数字信号处理技术，其中包括数字滤波、傅里叶变换、数字图像处理等等。
数字图像处理主要是针对图像进行数字信号处理和计算机算法处理，从而得到使图像更加美观、清晰，同时也可对其进行各种分析和处理。
数字图像处理的基础知识包括图像的获取、表示和处理。
在此，我们将分别阐述这些基础知识。
一、图像的获取图像的获取方式有很多种，包括摄影、扫描、数码相机等等。
这些方式都可以将图像转化为数字信号，以便于计算机的处理。
在数字相机中，传感器采集光线信息并将其转化为电信号，再经过模数转换后保存在内存卡中。
而在扫描仪中，可以通过光线照射样品，然后采集样品的反射信息，保存成数字图像的形式。
二、图像的表示图像可以用矩阵的形式进行表示，其中每个矩阵的元素都对应图像中的一个像素点。
这个像素值可以代表颜色、灰度和亮度等信息。
将图像信息存储成数字矩阵的方式称为栅格画。
在黑白影像中，每个像素点只有黑和白两种颜色，每个像素点都用1或0表示。
在彩色图像中，每个像素中则由红绿蓝三原色按一定比例混合而成的颜色值来表示，并用数值表示。
这些数值也可以是整数或浮点数等形式。
另外，还有图像的压缩技术。
图像压缩通常包括有损压缩和无损压缩。
有损压缩会使压缩的图像失去一些细节，但能帮助减少图像的尺寸。
无损压缩则不会丢失图像的任何信息。
常见的无损压缩格式为PNG、BMP、TIFF等，常见的有损压缩格式为JPEG、GIF等。
三、图像的处理图像的处理包括预处理、增强、分割、检测和识别等等。
其中预处理指图像的去噪、灰度平衡、色彩校正等，以利用后续处理。
增强指通过调整图像的对比度、亮度等等，使图像更加清晰、唯美。
分割技术可以将图像分为多个区域，每个区域有独特的特征。
例如，我们可以用分割技术将人体和背景分开。
检测技术用于在图像中找到我们感兴趣的点，例如在医学图像中检测肿瘤。
识别技术允许计算机对图像中的对象进行分类，例如人脸识别技术和指纹识别技术等等。
数字图像处理技术
数字图像处理技术数字图像处理技术是一种针对数字图像进行处理和分析的技术。
随着计算机技术的不断发展和普及，数字图像处理技术在图像处理领域中扮演着越来越重要的角色。
本文将详细介绍数字图像处理技术的概念、原理、应用及未来发展方向。
概念数字图像处理技术是指利用计算机对数字图像进行处理和分析的技术。
数字图像是通过像素表示的图像，而像素是图像最小的单元，每个像素都有其特定的数值表示颜色和亮度。
数字图像处理技术可以对图像进行各种操作，如增强图像的质量、提取图像特征、恢复图像信息等。
原理数字图像处理技术的原理主要包括图像获取、图像预处理、图像增强、图像分割、特征提取和图像识别等基本步骤。
1.图像获取：通过相机或扫描仪等设备获取数字图像，将图像转换为数字信号。
2.图像预处理：对原始图像进行去噪、几何校正、尺度变换等预处理操作，以提高后续处理的效果。
3.图像增强：通过直方图均衡化、滤波等方法增强图像的对比度、亮度等特征。
4.图像分割：将图像分割成若干个区域或对象，以便更好地分析和处理图像。
5.特征提取：提取图像中的特征信息，如颜色、纹理、形状等，为图像识别和分类提供依据。
6.图像识别：利用机器学习、深度学习等算法对图像进行分类、识别和分析。
应用数字图像处理技术在各个领域都有广泛的应用，如医疗影像分析、无人驾驶、安防监控、智能交通等。
以下列举一些典型的应用场景：•医疗影像分析：利用数字图像处理技术分析医学影像，辅助医生进行疾病诊断和治疗。
•安防监控：通过视频监控系统、人脸识别技术等实现对安全领域的监控和警报。
•智能交通：通过交通监控系统、车辆识别技术等提高交通管理效率和道路安全。
未来发展数字图像处理技术在人工智能、物联网等新兴技术的推动下不断发展和创新，未来的发展方向主要包括以下几个方面：1.深度学习在图像处理中的应用：深度学习技术在图像分类、目标检测等方面取得重大突破，将在数字图像处理领域得到更广泛的应用。
2.虚拟现实与增强现实：数字图像处理技术将与虚拟现实、增强现实技术结合，实现更加沉浸式的用户体验。
数字图像处理与计算机视觉技术
数字图像处理与计算机视觉技术数字图像处理与计算机视觉技术是现代科学和技术领域的重要分支，广泛应用于图像识别、模式识别、人脸识别、智能监控、医学图像处理等各个领域。
本文将以此为主题，介绍数字图像处理与计算机视觉技术的基本概念、原理和应用。
数字图像处理是指使用计算机对数字图像进行各种处理和分析的过程。
数字图像是由离散的像素点组成的，每个像素点都包含图像上某一位置的亮度值或颜色值。
通过数字图像处理技术，我们可以对图像进行增强、滤波、去噪、边缘检测等操作，使得图像更加清晰、准确。
计算机视觉是通过计算机模拟人类视觉系统进行图像识别和智能分析的过程。
计算机视觉技术借鉴了人类视觉系统的工作原理，通过图像采集、图像处理、特征提取和模式识别等过程，将图像转化为计算机可以理解和处理的数据，从而实现对图像内容的自动分析和理解。
计算机视觉技术是人工智能领域的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
数字图像处理与计算机视觉技术的应用范围十分广泛。
在工业领域，它可以用于产品质量检测、缺陷检测、自动化生产等方面。
在医学领域，它可以用于医学图像的分析和诊断，如CT扫描、MRI等。
在安防领域，它可以用于智能监控系统的设计和优化，实现对异常行为的自动检测和报警。
在交通领域，它可以用于车辆识别、交通流量统计等方面。
在生物医学工程领域，它可以用于细胞图像分析、生物识别等。
在互联网领域，它可以用于图像搜索、人脸识别、虚拟现实等方面。
在人工智能领域，它可以用于图像识别、物体跟踪、行为分析等。
数字图像处理与计算机视觉技术的实现主要依赖于算法和软件工具的开发。
常用的数字图像处理算法包括直方图均衡化、滤波算法、边缘检测算法、图像分割算法等。
计算机视觉方面，常用的算法包括特征提取算法、模式识别算法、深度学习算法等。
此外，还有一些常用的软件工具，如OpenCV、Matlab等，可以提供方便的图像处理和计算机视觉开发环境。
然而，数字图像处理与计算机视觉技术也面临一些挑战和问题。
《数字图像处理》课程教学大纲
数字图像处理课程教学大纲课程简介数字图像处理是计算机科学与技术领域的一门重要课程，它研究如何使用计算机和算法来处理和分析数字图像。
本课程旨在介绍数字图像处理的基本原理、方法和应用，并培养学生的图像处理能力和技巧。
课程目标本课程的主要目标是让学生掌握数字图像处理的基本理论和方法，具备图像处理算法设计、图像增强、图像分割、图像压缩等技术的基本能力。
同时，通过实践项目的实施，培养学生的问题解决能力和团队合作能力。
课程安排第一周：课程介绍与基本概念•课程介绍•数字图像的基本概念与特点•数字图像处理的基本步骤第二周：图像预处理•图像采集与获取•图像灰度变换•图像噪声模型与去噪方法第三周：图像增强•直方图均衡化•空域滤波与频域滤波•边缘增强与锐化第四周：图像压缩•图像压缩的基本概念与方法•离散余弦变换（DCT）与JPEG压缩算法•小波变换与JPEG2000压缩算法第五周：图像分割与边缘检测•阈值分割•基于边缘的图像分割•基于区域的图像分割第六周：实践项目1 - 图像识别•项目需求分析与设计•图像特征提取与选择•分类器的训练与测试第七周：实践项目2 - 图像恢复•项目需求分析与设计•图像模型与图像去模糊•图像去噪与图像修复第八周：实践项目3 - 图像处理工具开发•项目需求分析与设计•图像处理算法的实现•图形界面设计与用户交互评估方式•平时成绩：30%•作业与实验报告：30%•期末考试：40%参考教材•Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods. 数字图像处理（第三版）. 清华大学出版社，2018.•Richard Szeliski. 计算机视觉：算法与应用. 电子工业出版社，2014.参考资源•MATLAB图像处理工具箱文档•OpenCV计算机视觉库官方文档以上是《数字图像处理》课程的教学大纲，希望通过本门课程的学习，能够让学生对数字图像处理有一个全面的了解，并具备实践应用的能力。
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CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 2、举例
《计算机数字图像处理》 张卫平
《计算机数字图像处理》 张卫平
2 x bn sin n d 1 n 0 2 d 2 an g ( x) cos n x dx d 0 d 0 n 0
x
2 d 2 d 2 2 2 bn g ( x) sin n x dx sin n x dx 0 d 0 d d d
程严格来说都是非周期的。有些物理过程可以用周期函数
来近似描述，象前面介绍的矩形光栅的例子，只有当光栅
常数ｄ比光栅总宽度小得多的时，也就是总缝数很大时才 可以用周期函数来描写这种光栅，当然这种描写仍是近似
C0
jn x 1 x0 T Cn g ( x)e T dx T x0
a jbn 1 x0 t 2 2 g ( x) cos(n x) j sin(n x) dx n T x0 T T 2 Cn
jn x 1 x0 T g ( x)e T dx T x0 2
a0 2 a n cos n 2 n1 T
2 x bn sin n T
x
得证。
CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 2、举例 3、指数形式 二、傅立叶变换 1、导出
《计算机数字图像处理》 张卫平
事实上周期函数只是数学上的描述，对于一切物理过
周期为 T 的函数将它展开成傅立叶三角级数时展开式，
只是要根据对应关系将θ换算成 x ，它们之间的换算关系 是 2 x ，所以有
T
a0 2 g ( x) a n cos n 2 n1 T
2 x bn sin n T
x
其中：
a0 g ( ) a n cos(n ) bn sin(n ) 2 n1
其中：
an bn 1
1
g ( ) cos( n )d
g ( ) sin( n )d
CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 周期为T
《计算机数字图像处理》 张卫平
a jbn 1 x0 t 2 2 g ( x) cos(n x) j sin(n x) dx n T x0 T T 2
CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 2、举例 3、指数形式 即：
g ( x)
n
《计算机数字图像处理》 张卫平
C e
1 2 2 2 2 、 sin 2 πx 、 sin 6 πx 、 sin 10 πx 、 sin 14 πx 2 π 3π 5π 7π
绘图如下：
CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 2、举例
《计算机数字图像处理》 张卫平
CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 2、举例 3、指数形式 指数形式
第三讲 傅立叶变换
一、傅立叶级数 二、傅立叶变换
《计算机数字图像处理》
伪装工程教研室
张卫平
二ＯＯ六年三月
CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 周期为2π
《计算机数字图像处理》 张卫平
周期为2π的函数g(θ)，若在一个周期内只有有限个
极值点和不连续点，并且在一个周期内绝对可积，则它可
以展成傅里叶三角级数：
2 1 [1 cos(n )] n n 0 n 1,3,5,...(2k 1) n 2,4,6,...2k
其中k=0,1,2,…。于是：
1 2 2 g ( x) sin (2k 1) x 2 k 0 (2k 1) d 取前五项：
《计算机数字图像处理》 张卫平
通过欧拉公式，把正弦函数、余弦函数和指数函数联
系起来，不难证明傅里叶三角级数可以写成指数级数的形
式。 若 g(x) 的周期为 T ，在一个周期内只有有限个极值点
和不连续点，并且在一个周期内绝对可积。则g(x)可以展
开成傅立叶指数级数：
g ( x)
n
C e
n
jn
2 x t
其中：
jn x 1 x0 T Cn g ( x)e T dx T x0 2
CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 2、举例 3、指数形式
a0 1 x0 T g ( x ) dx T x0 2
2
《计算机数字图像处理》 张卫平
证明如下：取n为任一正整数
n
jn
2 x T
2 2 jn x jn x C 0 C n e T C n e T n 1
a n jbn 2 2 cos n x j sin x n 2 T T C0 a jb 2 2 n 1 n n cos n x j sin n x 2 T T
有一缝宽和缝距相等的矩形光栅，振幅透过率为：
d 1 m d x m d g 成傅立叶三角级数。函数图形
如下所示：
g ( x)
d
0
d
2d
x
CH2 数学预备知识
一、傅立叶级数 1、定义 2、举例
a 2 0 解： g ( x) a n cos n 2 n1 d