數(shù)字圖象處理-第1章緒論.ppt

數(shù)字圖像處理基礎,教師：吳正華（副教授）學位：博士郵箱：wzhzxwz電話：13908173345在本科和碩士研究生階段所學專業(yè)為：電子儀器及測量技術在博士階段所學專業(yè)為：生物醫(yī)學工程目前的研究方向為：人工智能,教材數(shù)字圖像處理學阮秋琦電子工業(yè)出版社參考書1、DigitalImageProcessing(SecondEdition)，R.C.Gonzalez，R.E.Woods2、數(shù)字圖像處理（北京交大，阮秋琦譯）3、ComputerImageProcessingandPatternRecognition，UniversityofTennessee。4、圖像處理學，W.K.Pratt。5、數(shù)字圖像處理（DigitalPictureProcessing）A.Rosenfeld，中譯本,6、DigitalImageprocessingusingMATLAB.RafaelC.Gonzalez.RichardE.Woods.StevenL.Eddins7、PatternRecognitionPrinciple，R.C.Gonzalez，J.Tou。8、圖像處理和分析（清華大學，章毓晉編著）。9、數(shù)字圖像處理（DigitalImageprocessing）（清華大學林學訚等譯),本課程的目的內容安排大致依照教材的脈絡行課，根據(jù)實際情況對某些內容做適當刪減，如第三章中的一些處理方法。(32學時）分十個章節(jié)：第一章概括介紹第二章圖像及圖像系統(tǒng)的相關基礎知識及視覺系統(tǒng)第三章各種正交變換方法（重點）第四章圖像增強的各種方法,第五章圖像編碼（重點）第六章圖像復原第七章圖像重建第八章圖像分析第九章數(shù)學形態(tài)學原理第十章模式識別的理論和方法,聽覺20%人類傳遞信息視覺信息占60其他感覺器官約20%第一幅照片（1839年）第一幅遙感照片（1909年）,第一章緒論,德國維爾茨堡大學校長兼物理研究所所長倫琴教授（18451923年）的第一張X光照片,一、數(shù)字圖像處理的起源數(shù)字圖像處理的歷史可追溯至二十世紀二十年代。,1921年經(jīng)編碼后用電報打印機打印的圖像,1929年通過海底電纜從倫敦到紐約傳輸?shù)囊环掌?按照1929年的技術水平，如果不壓縮，需要一個多星期，壓縮后傳輸時間減少到3個小時。,1922年兩次通過大西洋后打印的數(shù)字圖像,下圖示出了由徘徊者7號在1964年7月31日上午（東部白天時間）9點09分在光線影響月球表面前約17分鐘時攝取的第一張月球圖像。這也是美國航天器取得的第一幅月球圖像。,計算機斷層（CT）是一種處理方法，在這種處理中，一個檢測器環(huán)圍繞著一個物體(或病人)，一個X射線源，帶有檢測器的同心圓繞著物體旋轉，X射線通過物體并由位于環(huán)上對面的相應的檢測器收集起來，然后用特定的重建算法重建通過物體的“切片”的圖像。,射線：0.0030.03射線：0.033紫外線：3300紅外線：0.8300微波0.3100,二、圖像處理科學對人類具有重要意義(1)圖像是人們從客觀世界獲取信息的重要來源(2)圖像信息處理是人類視覺延續(xù)的重要手段,(3)圖像處理技術對國計民生有重要意義,三、圖像處理技術的分類大致可分為兩類：模擬圖像處理與數(shù)字圖像處理。（1）模擬圖像處理(Analogimageprocessing)模擬處理包括：光學處理（利用透鏡）和電子處理，如：照相、遙感圖像處理、電視信號處理等，電視圖像是模擬信號處理的典型例子，它處理的是活動圖像，25幀/秒。優(yōu)點：速度快，實時，可同時并行處理。缺點：精度較差，靈活性差，非線性處理能力。,（2）數(shù)字圖像處理(DigitalImageprocessing)優(yōu)點：精度高，內容豐富，可進行復雜的非線性處理，有靈活的變通能力，一般來說只要改變軟件就可以改變處理內容。缺點：處理速度還是一個問題，分辨率及精度尚有一定限制。,四、數(shù)字圖像處理的特點（1）圖像信息量大、數(shù)據(jù)量也大（2）圖像處理技術綜合性強（3）圖像信息理論與通信理論密切相關,五、數(shù)字圖像處理的主要方法及主要內容空域法兩大類：變換域法?？沼蚍?這種方法是把圖像看作是平面中各個像素組成的集合，然后直接對這一二維函數(shù)進行相應的處理?？沼蛱幚矸ㄖ饕袃纱箢悾?1)鄰域處理法：其中包括梯度運算(gradientAlgorithm)、平滑算子運算(Smoothingoperator)等(2)點處理法：如灰度處理（greyprocessing），面積、周長、體積、重心運算等等。,變換域法：首先對圖像進行正交變換，得到變換域系數(shù)陣列，然后再施行各種處理，處理后再反變換到空間域，得到處理結果。這類處理包括：濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等處理。,數(shù)字圖像處理的主要內容：圖像信息的獲取圖像信息的存貯圖像信息的傳送圖像信息處理圖像信息的輸出和顯示,（A）圖像獲取(1)電視攝像機(VideoCamera)特點：設備小巧、速度快、成本低、靈敏度高。缺點：灰度層次較差、非線性失真較大、有黑斑效應，在使用中需校正。,(2)飛點掃描器(flyingpointScanner)這是一種以光源做掃描的圖像獲取設備。其特點是：精度較高、圖像清晰、可透射成像亦可反射成像，但是其體積略顯龐大。,(3)掃描鼓：這是一種高精度的滾桶式的圖像攝取設備。特點：精度高、分辨率高，可以輸入也可以輸出。缺點：價錢昂貴、速度低、維護要求高。(4)掃描儀特點：精度和分辨率中等，600DPI精度的掃描儀已常見。缺點：速度較慢，非實時設備。,(5)顯微光密度計，精度較高，速度低。(6)遙感中常用的圖像獲取設備已有多種設備，如：光學攝影：攝像機、多光譜像機等。紅外攝影：紅外輻射計、紅外攝像儀、多通道紅外掃描儀。MSS：多光譜掃描儀。微波：微波輻射計，側視雷達、真實空孔徑雷達、合成孔徑雷達(SAR)。,(B)信息的存貯：(ImageinformationStorage)圖像信息的突出特點是數(shù)據(jù)量巨大。一般作檔案存貯主要采用磁帶、磁盤或光盤。(C)圖像信息的傳送：(Imageinformationtransmission)圖像信息的傳送可分為系統(tǒng)內部傳送與遠距離傳送。,(D)數(shù)字圖像處理(DigitalImageprocessing)幾何處理(geometricalprocessing)算術處理(Arithmeticprocessing)圖像增強(ImageEnhancement)圖像復原(ImageRestoration)圖像重建(ImageReconstruction)圖像編碼(ImageEncoding)圖像識別(ImageRecognition)圖像理解(ImageUnderstanding),E、圖像的輸出與顯示一種是硬拷貝，另一種是軟拷貝。（1）CRT顯示優(yōu)點：顯示質量好、亮度高、電子束尋址方式簡單、制造成本低等。缺點：體積大,（2）、液晶顯示器LCD,LCD的突出性能是極吸引人的，體積小，重量輕低功耗，低電壓無軟X射線全色顯示及相當?shù)牧炼热秉c：視角較窄尋址復雜亮度較低,（3）彩色等離子顯示技術（PlasmaDisplayPanel-PDP）,它的工作原理有兩個基本過程：1）氣體放電，惰性氣體受電信號的作用放電發(fā)射真空紫外線2）紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光等離子顯示技術有如下特點：易于大面積顯示，可達到80英吋全色顯示，顯示器可顯示256級灰度和1670萬種顏色伏安特性非線性強，可尋址2000線以上,可實現(xiàn)高亮度顯示對比度高視角在所有的平板顯示器中是最大的，可達到160度色純度好，與CRT相當壽命長，可達3萬小時以上工作電壓低，一般小于200伏易于批量生產(chǎn)其主要缺點：功耗較大，目前在以上。此外，在亮環(huán)境下對比度有待提高。其最大的弱點是價格偏高,（4）、場致發(fā)光顯示器(FieldEffectDisplay-FED)其顯著優(yōu)點是：薄型，無需加背光源，一般比LCD還要薄易于拼接，可做成大屏幕可高度集成做成高清晰度顯示器電壓低，功耗小，壽命長圖像質量好發(fā)光亮度起伏小，成品率高不需要偏轉線圈，無X射線，抗電磁輻干擾和輻射生產(chǎn)工藝簡單，F(xiàn)ED有數(shù)百個陰極，有幾個不工作沒有影響,(5)新型顯示設備-E-Paper(電子紙,數(shù)碼紙),將來會有更多的新型器件和原理制成新的顯示器，如：碳納米管制成的顯示器（日本）鐵電液晶顯示器（韓國）Sharp公司甚至做出了能卷曲的顯示器,六、數(shù)字圖像處理的應用(1)遙感：(RemoteSensing),(2)醫(yī)學應用,（3)圖像處理技術在通信中的應用（4）工業(yè)生產(chǎn)的質量控制（5）安全保章、公安等方面的應用（6）教學及科研領域中也將大量應用圖像處理技術（7）當前呼聲甚高的電子商務中，圖像處理技術也大有可為,七、數(shù)字圖像處理領域的發(fā)展動向（1）在進一步提高精度的同時著重解決處理速度問題（2）加強軟件研究、開發(fā)新的處理方法（3）加強邊緣學科的研究工作，促進圖像處理技術的發(fā)展（4）加強理論研究，逐步形成圖像處理科學自身的理論體系（5）時刻注意圖像處理領域的標準化問題,圖像處理技術未來發(fā)展大致可歸納如下四點：（1）圖像處理的發(fā)展將向著高速、高分辨率、立體化、多媒體化、智能化和標準化方向發(fā)展(2)圖像、圖形相結合朝著三維成像或多維成像的方向發(fā)展(3)硬件芯片研究(4)新理論與算法研究,