数字图像处理系统
数字图像处理技术
数字图像处理技术一．数字图像处理概述数字图像处理是指人们为了获得一定的预期结果和相关数据利用计算机处理系统对获得的数字图像进展一系列有目的性的技术操作。
数字图像处理技术最早出现在上个世纪中期，伴随着计算机的开展，数字图像处理技术也慢慢地开展起来。
数字图像处理首次获得成功的应用是在航空航天领域，即1964年使用计算机对几千月球照片使用了图像处理技术，并成功的绘制了月球外表地图，取得了数字图像处理应用中里程碑式的成功。
最近几十年来，科学技术的不断开展使数字图像处理在各领域都得到了更加广泛的应用和关注。
许多学者在图像处理的技术中投入了大量的研究并且取得了丰硕的成果，使数字图像处理技术到达了新的高度，并且开展迅猛。
二．数字图象处理研究的容一般的数字图像处理的主要目的集中在图像的存储和传输，提高图像的质量，改善图像的视觉效果，图像理解以及模式识别等方面。
新世纪以来，信息技术取得了长足的开展和进步，小波理论、神经元理论、数字形态学以及模糊理论都与数字处理技术相结合，产生了新的图像处理方法和理论。
比方，数学形态学与神经网络相结合用于图像去噪。
这些新的方法和理论都以传统的数字图像处理技术为依托，在其理论根底上开展而来的。
数字图像处理技术主要包括：⑴图像增强图像增强是数字图像处理过程中经常采用的一种方法。
其目的是改善视觉效果或者便于人和机器对图像的理解和分析，根据图像的特点或存在的问题采取的简单改善方法或加强特征的措施就称为图像增强。
⑵图像恢复图像恢复也称为图像复原，其目的是尽可能的减少或者去除数字图像在获取过程中的降质，恢复被退化图像的本来面貌，从而改善图像质量，以提高视觉观察效果。
从这个意义上看，图像恢复和图像增强的目的是一样的，不同的是图像恢复后的图像可看成时图像逆退化过程的结果，而图像增强不用考虑处理后的图像是否失真，适应人眼视觉和心理即可。
⑶图像变换图像变换就是把图像从空域转换到频域，就是对原图像函数寻找一个适宜变换的数学问题，每个图像变换方法都存在自己的正交变换集，正是由于各种正交换集的不同而形成不同的变换。
数字图像处理与应用(MATLAB版)课后题答案
第一章1. 什么是图像？如何区分数字图像和模拟图像？模拟图像和数字图像如何相互转换？答：图像是当光辐射能量照在物体上，经过反射或透射，或由发光物体本身发出的光能量，在人的视觉器官中所重现出的物体的视觉信息。
数字图像将图像看成是许多大小相同、形状一致的像素组成。
这样，数字图像可以用二维矩阵表示。
将自然界的图像通过光学系统成像并由电子器件或系统转化为模拟图像（连续图像）信号，再由模拟/数字转化器（ADC）得到原始的数字图像信号。
图像的数字化包括离散和量化两个主要步骤。
在空间将连续坐标过程称为离散化，而进一步将图像的幅度值（可能是灰度或色彩）整数化的过程称为量化。
2. 什么是数字图像处理？答：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。
3. 数字图像处理系统有哪几部分组成？各部分的主要功能和常见设备有哪些？答：一个基本的数字图像处理系统由图像输入、图像存储、图像输出、图像通信、图像处理和分析5个模块组成，如下图所示。
各个模块的作用分别为：图像输入模块：图像输入也称图像采集或图像数字化，它是利用图像采集设备（如数码照相机、数码摄像机等）来获取数字图像，或通过数字化设备（如图像扫描仪）将要处理的连续图像转换成适于计算机处理的数字图像。
图像存储模块：主要用来存储图像信息。
图像输出模块：将处理前后的图像显示出来或将处理结果永久保存。
图像通信模块：对图像信息进行传输或通信。
图像处理与分析模块：数字图像处理与分析模块包括处理算法、实现软件和数字计算机，以完成图像信息处理的所有功能。
4. 试述人眼的主要特性。
答：（1）、人眼的视觉机理。
视网膜上有大量的杆状细胞和锥状细胞，锥状细胞能辨别光的颜色，而杆状细胞感光灵敏度高，但不能辨色。
（2）、人眼的视敏特性。
指人眼对不同波长的光具有不同的敏感程度。
（3）、人眼的亮度感觉。
亮度感觉范围指人眼所能感觉到的最大亮度与最小亮度之间的范围。
数字图像处理指纹识别系统
数字图像处理在指纹识别技术中的应用摘要随着信息技术的和网络技术的发展，信息安全越来越引起人们的重视。
为了保护自身的信息、资料以及财产的安全，许多场合都需要对使用者、来访者进行身份识别。
传统的利用密码、证件作为身份识别的方式具有易遗忘、易破解、易丢失、易伪造等特点，已不再符合现代数字社会的需求。
指纹，作为人体独一无二的生理特征，它的纹理复杂度可以提供用于识别的足够特征，具有极高的安全性，并且指纹还具有易获取、无侵犯性、唯一性和不变性等优点，使其成为生物识别技术中的焦点。
基于指纹识别技术的身份识别系统以其独特的技术优势和成本优势正广泛被应用到各个场合。
指纹图像预处理是指纹识别的前提,它的好坏直接影响到指纹识别的成败，但由于指纹图像降质带来的困难,并根据指纹图像的特征提出了合理的假设，再根据假设提出了增强指纹图像的算法，这些算法处理效果好，能有效地解决指纹图像的预处理问题。
关键词：指纹图像预处理；图像增强；腐蚀；二值化；细化一、指纹识别技术概述1.1 概述生物识别技术（Biometric Identification Technology）是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。
由于每个人的生物特征都有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，安全，可靠，准确。
常见的生物识别技术主要有指纹、脸形、虹膜、视网膜、手写体、声音、掌纹、手形和脸部热谱图9种，指纹识别是生物识别技术的一种。
迄今为止，最为人们所关注、最为成熟的生物识别技术就是指纹识别。
1.2 指纹识别系统分类自动指纹识别系统的工作模式可以分为2类：验证模式（verification）和辨识模式（identification）。
验证就是通过把一个现场采集到的指纹与一个已经登记的指纹进行一对一的比对（one to one matching），来确认身份的过程。
验证过程如图1所示。
辨识则是把现场采集到的指纹同指纹数据库中的指纹逐一对比，从中找出与现场指纹相匹配的指纹。
第2讲 数字图像处理系统
LONG biXPelsPerMeter; //目标设备的水平分辨率 LONG biYPelsPerMeter; //目标设备的垂直分辨率 DWORD biClrUsed; // 实 际 用 到 的 颜 色 数 ， 0 ： 同 等 2 的 //biBitCount次方 DWORD biClrImportant;//重要的颜色数
5. 图像通信模块
图像通信就是把图像传送到远方终端。
6. 主机
• 以微机、工作站、图像卡、外设 •采用大型机
7. 图像处理软件 由系统管理、图像数据管理和图像处理模块三部分组成 常用： VC++ 6.0 MATLAB 等
二、
图像数字化表示
数字图像处理的先决条件之一：将连续图像离散化，转换为数
字图像。
个元素的类型是一个RGBQUAD结构， 占4个字节，其定义如下：
typedef struct tagRGBQUAD{
BYTE rgbBlue;
BYTE rgbGreen; BYTE rgbRed; BYTE rgbReserved; } RGBQUAD;
压缩方式和存储效率等。
1. BMP文件格式
采用的图像文件存储格式
设备无关位图
(device-independent bitmap，DIB)格式
默认的文件扩展名是BMP或者bmp
BMP图像文件头 BITMAPFILEHEADER
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{
颜色。
4.
图像表示
空间分辨率：矩阵 k •M× 灰度分辨率：灰度 2 N。 灰度级，k比特 像素
字节数B为 :
Q B M N ( Byte) 8
数字图像处理系统毕业设计论文
毕业设计说明书基于ARM的嵌入式数字图像处理系统设计学生姓名：张占龙学号： 0905034314学院：信息与通信工程学院专业：测控技术与仪器指导教师：张志杰2013年 6月摘要简述了数字图像处理的应用以及一些基本原理。
使用S3C2440处理器芯片，linux内核来构建一个简易的嵌入式图像处理系统。
该系统使用u-boot作为启动引导程序来引导linux内核以及加载跟文件系统，其中linux内核与跟文件系统均采用菜单配置方式来进行相应配置。
应用界面使用QT制作，系统主要实现了一些简单的图像处理功能，比如灰度话、增强、边缘检测等。
整个程序是基于C++编写的，因此有些图像变换的算法可能并不是最优化的，但基本可以满足要求。
在此基础上还会对系统进行不断地完善。
关键词：linnux 嵌入式图像处理边缘检测AbstractThis paper expounds the application of digital image processing and some basic principles. The use of S3C2440 processor chip, the Linux kernel to construct a simple embedded image processing system. The system uses u-boot as the bootloader to boot the Linux kernel and loaded with file system, Linux kernel and file system are used to menu configuration to make corresponding configuration. The application interface is made using QT, system is mainly to achieve some simple image processing functions, such as gray, enhancement, edge detection. The whole procedure is prepared based on the C++, so some image transform algorithm may not be optimal, but it can meet the basic requirements. On this basis, but also on the system constantly improve.Keywords:linux embedded system image processing edge detection目录第一章绪论 (1)1.1 数字图像处理概述 (1)1.2 数字图像处理现状分析 (5)1.3 本文章节简介 (8)第二章图像处理理论 (8)2.1 图像信息的基本知识 (8)2.1.1 视觉研究与图像处理的关系 (8)2.1.2 图像数字化 (10)2.1.3 图像的噪声分析 (10)2.1.4 图像质量评价 (11)2.1.5 彩色图像基本知识 (11)2.2 图像变换 (13)2.2.1 离散傅里叶变换 (13)2.2.2 离散沃尔什-哈达玛变换（DWT-DHT） (20)2.2.3 离散余弦变换（DCT） (21)2.2.4 离散图像变换的一般表达式 (23)2.3 图像压缩编码 (24)2.3.1 图像编码的基本概念 (24)2.4 图像增强和复原 (24)2.4.1 灰度变换 (24)2.4.2 图像的同态增晰 (26)2.4.3 图像的锐化 (27)2.5 图像分割 (27)2.5.1 简单边缘检测算子 (27)2.6 图像描述和图像识别 (28)第三章需求分析 (28)3.1 系统需求分析 (28)3.2 可行性分析 (28)3.3 系统功能分析 (29)第四章概要设计 (29)4.1 图像采集 (30)4.2 图像存储 (31)4.3 图像处理（image processing） (31)4.4 图像显示 (32)4.5 网络通讯 (32)第五章详细设计 (32)5.1 Linux嵌入式系统的构建 (33)5.1.1 启动引导程序的移植 (33)5.1.2 Linux内核移植 (33)5.1.3 根文件系统的移植 (34)5.2 图像处理功能的实现 (34)5.2.1 彩色图像的灰度化 (34)5.2.2 灰度图的直方图均衡化增强 (35)5.2.3 图像二值化 (35)5.2.4 边缘检测 (36)第六章调试与维护 (36)附录 A (37)参考文献 (43)致谢 (44)第一章绪论1.1 数字图像处理概述数字图像处理(Digital Image Processing)又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。
数字图像处理课件ppt课件
• 1.2.3 数字图像处理的特点 • 1．具有数字信号处理技术共有的特点。如： • （1）处理精度高。 • （2）重现性能好。 • （3）灵活性高。 • 2．数字图像处理后的图像可能是供人观察和评价的，也
可能作为机器视觉的预处理结果。 • 3．数字图像处理技术适用面宽。原始模拟图像可以来自
多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的 波谱图像、超声波图像或红外图像。
1.3 基本的图像处理系统
• 图像处理系统包括
– 图像处理硬件和图像处理软件。
• 1.3.1 图像处理硬件 • 微机图像处理硬件系统主要
– 由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、 图像存储器、图像输出设备等组成。
• 软件系统包括
– 操作系统、控制软件及应用软件等。 13
图1.7 基本的数字图像处理系统
统。
• 3．图像处理开发工具
– （1）VC++面向对象可视化集成工具 – （2）MATLAB的图像处理工具箱 – （3）图像应用软件：Photoshop、CorelDRAW、
ACDSee
22
1.4 数字图像处理的应用与发展趋势
• 1.4.1 数字图像处理的应用 • 1．航天和航空技术方面的应用 • 2．生物医学工程方面的应用 • 3．通信工程方面的应用 • 4．工业自动化和机器人视觉方面的应用 • 5．军事和公安方面的应用 • 6．生活和娱乐方面的应用
– 像素（picture element，简称pixel）
• 一幅图像可以用二维矩阵表示。
4
图1.1 自然景物图像
(a)原图
(b)将原图放大4倍
• 图像的数字化包括两个主要步骤：离散和量化
5
• 1.1.2 图像处理的发展简史 • 数字图像处理首次成功地应用在1964年美国
第八章数字图像处理系统
连接电视机的视频接口 连接打印机的接口
数字图像处理及应用
8.2.4 摄像机（摄像头） 摄像机（摄像头）
“电视制式摄像头” 把景物光像转变为电信号的装置。其结 构大致可分为三部分：
光学系统（主要指镜头） 光电转换系统（主要指摄像管或固体摄像器 件） 电路系统（主要指视频处理电路）
光学系统的主要部件是光学镜头，它由 透镜系统组合而成 。
显示功能： 显示功能
显示颜色的类型，黑白/伪彩色/真彩色显示 清晰度：每个象素显示的bit数。 伪彩色：查找表（LUT，look -up table） 特殊显示：重叠显示、动态显示等。
数字图像处理及应用
指标3
帧存容量：图像硬件系统内部，图像存储体容 帧存容量 量的大小。
三部分：帧存的数目/单位帧存的点阵数（指图像系 统用来存储一幅图像必需的帧存，其容量大于等于 一幅数字图像的点阵数，小于两幅图像的点阵数， 通常取512×512或1024×1024）/每个象素的字长 （用bit数表示，黑白或伪彩色系统为8bit，真彩色 系统通常为8×3bit/8×4bit），新增的通道用于图像 叠加处理。 如帧存容量为24×512×512×8bit，则表示单位帧存 的点阵数为512×512，灰度分辨率8bit，共有24个 单位帧存
数字图像处理及应用
指标4
数据传输速度：主要指图像硬件系统和 数据传输速度： 计算机之间数据传输速度，单位 µs/pixel。
不给出具体的数值，而是指出所采用的计 算机总线类型，如PCI或ISA。 影响的因素有微机的速度、软件的编排、 硬件采用的等待时间等等。
数字图像处理及应用
指标5
硬件指标:处理功能 硬件指标
数字图像处理及应用
型号Model 影像传感器Pick up Element 影像图素Number of pixels 清晰度Resolution 最低照度 Min.Illumination 信噪比S/N Ratio 电子快门Electronic Shutter 背光补偿Backlight Compensations Backlight 电源Power Supply 工作温度Operation Temp 白平衡White Balance 同步系统Sync System 重量Weigh 尺寸Dimensions(mm)
数据图像处理期末复习
数据图像处理期末复习1.1数字图像处理及特点1、什么是数字图像？什么是数字图像处理？数字图像：数字图像是物体的一个数字表示，是以数字格式存放的图像，它传递着物理世界事物状态的信息，是人类获取外界信息的主要途径。
数字图像处理：它指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程，已提高图像的实用性，达到人们所要求的的预期结果。
2、图像处理的目的①提高图像的视觉质量，以达到赏心悦目的目的。
②提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，便于计算机分析。
③对图像数据进行变换、编码和压缩，便于图像的存储和传输。
3、数字图像的特点①处理信息量很大②数字图像处理占用的频带较宽③数字图像中各个像素相关性大1.2数字图像处理系统1、数字图像处理系统的组成（结构）数字图像处理系统由输入设备、输出设备、存储、处理组成。
图像输入设备将图像输入的模拟物理量转变为数字化的电信号，以供计算机处理。
图像输出设备则是将图像处理的中间结果或最后结果显示或打印记录。
图像处理计算机系统是以软件方式完成对图像的各种处理和识别，是数字图像处理系统的核心部分。
由于图像处理的信息量大，还必须有存储设备。
2、数字图像处理的优点①精度高②再现性好③通用性、灵活性强1.3数字图像处理的主要研究内容1、数字图像处理的主要研究内容①图像增强②图像编码③图像复原④图像分割⑤图像分类⑥图像重建1.4数字图像处理的应用和发展1、举例说明数字图像处理有哪些应用和发展？①航天和航空技术方面的应用②生物医学工程方面的应用③通信工程方面的应用④工业和工程方面的应用⑤军事、公安方面的应用⑥文化艺术方面的应用⑦其他方面的应用2、数字图像处理领域的发展方向①图像处理的发展向着高速率、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、图形结合朝着三维成像或多维成像的方向发展③结合多媒体技术，硬件芯片越来越多，把图像处理的众多功能固化在芯片上将会有更加广阔的应用领域④在图像处理领域近年来引入了一些新的理论并提出了一些新的算法，如神经网络。
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将图像量化结果写入存储设备。
数字图像处理与分析基础
图2-2 图像数字化器 数字图像处理与分析基础
图像数字化器的组成
采样孔（Sampling aperture）： 图像扫描机构： 光传感器： 量化器： 输出存储体
数字图像处理与分析基础
2.2.2图像数字化器的性能
程序库
图像显示 设备
图2-1 数字图像处理系统的构成
数字图像处理与分析基础
图像处理系统构成2
图像采集：？电信号（电流、电压） 图像数字化设备：将图像转换成计算机可以处理的数字 形式，通常用数字矩阵表示转换结果。 图像处理设备（计算机）：包括硬件设备和软件两部分， 即图像存储设备、CPU、程序库等，其中软件或算法是本 课程研究的重点。 图像显示设备：包括永久显示设备和暂时显示设备
如帧存容量为245125128bit，则表示单位帧存 的点阵数为512512，灰度分辨率8bit，共有24个 单位帧存
数字图像处理与分析基础
指标4
数据传输速度：主要指图像硬件系统和 计算机之间数据传输速度，单位 s/pixel。
不给出具体的数值，而是指出所采用的计 算机总线类型，如PCI或ISA。
（DOS/Windows/Unix），以及编程语言、 库函数、菜单形式等。
数字图像处理与分析基础
现状与趋势
目前仍然是PCI+MMX为主流模式 大量的工作集中在算法和应用软件的研
制上，将涌现更多的应用系统 图像硬件系统的发展则集中在高速图像
处理系统和各种专业系统的研制
数字图像处理与分析基础
CRT、LED等为暂时显示设备 打印机、照片等可永久显示图象 显示设备的性能评价通常由人眼观察的图像效果决 定。
数字图像处理与分析基础
图像处理系统性能主要衡量指标
图像分辨率 ：“空间分辨率”，图像处理系 统具有的分辨图像细节的能力，线对/数字图 像的点阵数般来说，
高分辨率的不应低于1024768点阵，中分辨率的 为512512或576768点阵，低分辨率的则为 256256点阵。
视频锁相方式，即图像系统分解场同步和行 同步信号。
显示功能：
显示的类型，黑白/伪彩色/真彩色显示 每个象素显示的bit数。 查找表（LUT，look -up table） 重叠显示、动态显示等。
数字图像处理与分析基础
指标3
帧存容量：图像硬件系统内部，图像存储体容 量的大小。
三部分：帧存的数目/单位帧存的点阵数（指图像系 统用来存储一幅图像必需的帧存，其容量大于等于 一幅数字图像的点阵数，小于两幅图像的点阵数， 通常取512512或10241024）/每个象素的字长 （用bit数表示，黑白或伪彩色系统为8bit，真彩色 系统通常为83bit/84bit），新增的通道用于图像 叠加处理。
图像分解力：是指图像系统对图像明暗程度 或色彩的分解能力，bit数表示，bit数越高， 性能越好
衡量指标：标称值/实际值两种 标称值指系统A/D取的bit数 实际值则指系统实际所达到的bit位数，实际值常
用有效bit位数表示 。
数字图像处理与分析基础
主要指标2
视频锁相：
外同步，即图像硬件系统内部产生一个同步 信号，再送到摄像机以同步进行场扫描。
构造特点
面向对象、面向应用
基本成分
硬件、软件
分类
专用、通用
数字图像处理与分析基础
硬件结构
图像数字化设备 图像处理设备（计算机） 图像显示设备 图像存储设备
数字图像处理与分析基础
图像处理系统构成图示
终端
图像处理
设备
输入图像存储
输出图像存储
图像采集及 数字化设备
数字图像处理与分析基础
图2-3 面阵CCD示意图
数字图像处理与分析基础
A/D转换器
ADC（Analog Digital Converter），模拟数字 转换器。将模拟电信号转换为数字电信号的器 件。
转换速度 量化精度
CCD是将实际景物在X和Y的方向上量化为若干 像素，A/D转换器则是将每一个像素的亮度或 色彩值量化为若干个等级，这个等级在数码相 机中叫做色彩深度。色彩深度就是色彩位数， 常见的有 24位、30位和36位等 。
影响的因素有微机的速度、软件的编排、 硬件采用的等待时间等等。
数字图像处理与分析基础
指标5
硬件指标:处理功能
图像的代数运算、逻辑运算、直方图统计、 卷积、FFT、二值化以及图像的形态学运 算等。
功能参数。
主机功能：主要指软件的功能和环境
包括处理功能、处理速度。 主机处理还涉及软件环境
像素大小 图像大小 被测对象的局部特征 线性度 灰度级 噪声
数字图像处理与分析基础
2.2.3数字照相机（数码相机）
镜头、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微处理 器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡 （可移动存储器）和接口（计算机接口、电视机 接口）等部分组成
2.2 图像数字化设备
图像数字化器的组成 图像数字化器的性能 数字照相机 摄像机 扫描仪
数字图像处理与分析基础
2.2.1图像数字化器的功能
采样
把图像划分为若干图像元素（像素），并给 出它们各自的存储地址；
量化
度量每一像素的灰度，并把连续的度量结果 量化为整数；
ISBN7-5084-2930-3 新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材
数字图像处理与分析基础
第二章 数字图像处理系统
黄爱民 安向京 骆力
中国水利水电出版社
第二章数字图像处理系统
系统的构成 数字化设备 存储设备 处理设备 输出设备 处理软件
数字图像处理与分析基础
2.1系统的构成
数码相机的立体剖面图
数字图像处理与分析基础
CompactFlash存储卡 CompactFlash Memory Card
MemoryStick 数码相机及存储器
PCMCIA存储设备
数字图像处理与分析基础
数码相机2
电子自扫描固态传感器阵列 电耦合器件（CCD）阵列、CMOS、电荷
注入器件（CID）阵列以及光电二极管阵 列。 CCD，Charge Couple Device