數(shù)字圖像處理中科院課件

1、數(shù)字圖像處理1與分析劉定生中科院中國遙感衛(wèi)星地面站2005年春季學(xué)期#課程 目 標(biāo)與安排3#課程目標(biāo)基本理解數(shù)字圖像處理與分析的基本理論與研 究方法，從“數(shù)字化”角度建立圖像處理的基本 概念A(yù)初步掌握進行數(shù)字圖像處理與分析的基本技術(shù)具備一定的實際處理能力與技巧A從研究角度，提高處理、分析與理解數(shù)字圖像 的能力奠定開展數(shù)字圖像處理與分析技術(shù)研究的理論與技術(shù)基礎(chǔ)課程 目 標(biāo)與安排課程特色A多學(xué)科交叉：光學(xué)、電子學(xué)、數(shù)學(xué)、攝影測量、 計算機技術(shù)等，是一個高度綜合的技術(shù)學(xué)科。A系統(tǒng)性不強，知識面寬但不很深A(yù)需要出色的分析與綜合能力需要很強的動手能力和程序設(shè)計能力5課程 目 標(biāo)與安排課程內(nèi)容安排A側(cè)重于

2、數(shù)字圖像處理的基本原理與方法A著重講解數(shù)字圖象特征與分析方法A適當(dāng)介紹三維數(shù)字圖像處理與分析的技術(shù)與方 法A本課程只講述基本原理和一般方法，不涉及具 體領(lǐng)域中的特殊方法，如醫(yī)學(xué)圖象處理、遙感 圖像處理等已經(jīng)成為一個專門的研究領(lǐng)域，有 許多特殊的處理方法。#課程目標(biāo)與安排7教學(xué)大綱安排一兩大部分上半部分一數(shù)字圖像處理基本原理為主第一章圖像處理與分析導(dǎo)論 第二章 圖像及其數(shù)字處理基本概念 第三章數(shù)字圖像處理基本運算 第四章 圖像處理中的正交變換 第五章圖像增強第六章圖像壓縮編碼#課程目標(biāo)與安排#教學(xué)大綱安排一兩大部分下半部分一數(shù)字圖像分析為主第七章圖像復(fù)原第八章圖像重建第九章數(shù)字圖像分析基礎(chǔ)第十章

3、 模式識別的理論與方法概述 第十一章 三維圖像處理與分析概述#課程 目 標(biāo)與安排9#基本教材數(shù)字圖像處理學(xué)，阮秋琦，電子工業(yè)出版社，2001基本參考書數(shù)字圖像處理（第二版），岡薩雷斯等，電子工業(yè) 出版社，2003圖像處理、分析與機器視覺（第二版），Milan Sonka等，人民郵電出版社，2003圖像處理與分析，徐建華，科學(xué)出版社，1992數(shù)字圖像處理，K. R. Castleman,朱志剛等譯，電 子工業(yè)出版社，1998上課方式關(guān)鍵知識講解與廣泛的文獻閱讀相結(jié)合書本知識學(xué)習(xí)與上機實驗相結(jié)合A課后思考題、練習(xí)題與課堂互動式專題討論相 結(jié)合上機實驗方式利用通用或教學(xué)輔助軟件自己動手編制實驗小程序

4、#課程 目 標(biāo)與安排11#圖像處理實驗軟件A通用軟件一PhotoshopA學(xué)習(xí)軟件一數(shù)字圖像處理演示軟件 學(xué)習(xí)動手編程Windows環(huán)境下，C+ Matlab 軟件#數(shù)字圖像處理與分析#第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論削象處理與分析導(dǎo)論數(shù)字圖像處理與分析概述數(shù)字圖像處理基本概念數(shù)字圖像處理歷史發(fā)展A理論基礎(chǔ)與學(xué)科關(guān)系13數(shù)字圖像處理與分析概述什么是圖像A “圖”是物體投射或反射光的分布，“象”是人的視覺系統(tǒng)對圖的接受在大腦中形成的印象或反映A “一幅圖像是一個東西的另一個表示匕 是其所表 示物體的信息的一個濃縮和高度概括是客觀和主觀的結(jié)合圖像是對客觀存在的物體的一種相似性的生動模 仿或描述。是物體的

5、一種不完全、不精確，但在 某種意義上是適當(dāng)?shù)谋硎?。第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論15數(shù)字 圖 像處理與分析概述圖像的分類可見圖象數(shù)學(xué)函數(shù)、畫 斤、 照圖光圖像第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論17數(shù)字 圖 像處理與分析概述第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#什么是數(shù)字圖像A模擬圖像1= f(x, y, z, X, t)/三維空間連續(xù)/時間上連續(xù) /波譜上連續(xù)/不可見物理圖像/憩象中的虛擬圖像第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#瞬 數(shù)字圖像處理與分析概述什么是數(shù)字圖像A什么是圖像？/ 5 th Century B.C. 一 Chinese and GreeksIn the wall of a d

6、arkened room, an inverted image of the outside is projected from the pinhole to the wall opposite the small hole./Aristotle (384-322 B.C.)-eclispses One day standing under a tree, Aristotle understood the optical principle due to the partially eclipsed sun projected on the ground through the gaps be

7、tween the leaves of the tree./Leonardo da Vinci (1490)Suggested the use for art studentsThe images are very lifelike第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論19數(shù)字 圖 像處理與分析概述第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#什么是數(shù)字圖像A單幅圖像一平面、單色、靜止：I=f（x，y）數(shù)字圖像一單幅圖像的數(shù)字表示1= f x.y第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#數(shù)字 圖 像處理與分析概述形成數(shù)字圖像的基本過程光源光數(shù)字圖像處理與分析概述數(shù)字圖像處理與分析基

8、本系統(tǒng)第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論25第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論27圖象圖象處理計算機圖象數(shù)字化設(shè)備 輸出設(shè)備第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#數(shù)字圖像處理與分析概述數(shù)字圖像的表示二維矩陣1018911010198991031231006798958995991101015687898793959796657678858991926756677874838686565465767678828367345656737479795645544565687375第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論29第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#題 數(shù)字圖像處理與分析概述數(shù)字圖像的基本要素一像素 圖像的像素Vo o a o o o o

9、 a o o o ft o o o o oj- .i c c co o o o oD o o o o o o a o00*0000oOOOODOOBOOOOOODD9BD0數(shù)字圖像處理與分析概述數(shù)字圖像的基本要素像素坐標(biāo)系一對圖像分布進行二維空間采樣(pixel, line) or(column, row)0 H-W第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論31數(shù)字 圖 像處理與分析概述數(shù)字圖像的基本要素像數(shù)值一對單個像素灰255度值進行數(shù)字化采樣4 bits/pixel6 bits/pixel8 bits/pixel12 bits/pixel16 bits/pixelA不同灰度圖像的比較數(shù)字圖像處理與分析概

10、述數(shù)字圖像的基本要素圖像尺寸一幅數(shù)字圖像矩陣的大小32X32、64X64、128X128. 256X256、512X512、 1024X1024 1839第一架照相機誕生 1858從氣球上首次獲得80米空中的照片 1903第一架飛機誕生 1906利用風(fēng)箏首次獲得2000英尺高空大面積照片 19世紀末最新奇的遙感平臺一歐洲著名的鴿子飛行隊 191045第一、二次世界大戰(zhàn)中，利用航空照片解 譯進行空中偵察 1957前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星上天 1960第一顆氣象衛(wèi)星上天1972美國 Landsat-1 上天第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論53第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#/ OSu

11、r,Incident SolarRadiation/ /遙感系統(tǒng)組 成的三要素目標(biāo)物體A從目標(biāo)物體 傳過來的光 線A感受光線的傳感器第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#遙感圖像處理概述光可看作為自由空間中的電磁波Electric FieldWavelengthMagnetic Fieldave Direction波可由其波長或頻率來描述電磁波譜范圍0.40.50.6bluegreennear-IRSsihle light10microUVwave：Wavelength (micrometibB0 7 microrriBtprscosmic gamma rays rays10 106 10 710 8

12、10 910 1032、！ /10 io 10 1腸i絲i藜 豎:総泌:泌浹:泌:韁:10 10 10near & middle 1RuisfblE thdm 合 I1R遙感圖像處理概述遙感圖像的波譜范圍紫外(0. 3-0. 4mm)可見光(0. 4-0. 7mm)r 近紅外(0. 7-1. 3mm)反射紅外(0. 7-3mm) 富ores-RejectedSQrr Radiati cmpaved Roadh-cEessEar Ras聳ion5at2.se地面解碼.幾何輻射大氣糾正糾正訂正4信息編碼k數(shù)字傳輸.遙感模型 反演信息提取第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論63遙感圖像處理概述遙感圖像獲取過程

13、中的失真RollImage acquiredPitchYawThe scale of the images will be changed as the followiri遙感面對的對象Satellite Remote SensingShortwave radiationOzone layer depletionAirborne Remote SensingCO2 etc.Earth heart balanceEnergy budgetLongwave radiationOzone and othersAtmosphereSnow / ice extent changeLand surface

14、Volcanos USLand surface temperatureAh 苗兀Y8 呼， vegetation etc.)匸RiverEmissionWater equivalent of snow cover002 AbsorptionEvaporation & heat fluxSea surface eiseOcean currentSea temperature nse/ expansionOcean Ocean Buoy (Undem at er Information)Sea water salinityOcean color/ocean biology/ ?：? Phyto p

15、lanktonAtmosphere temperature winds_ Clouds distribution&r Inland water/ ice meltN加卿b氣門啤驚麵windWater vaporSea surface temperature遙感圖像的基本描述A頻譜分辨率/遙感器在接收目標(biāo)輻射的光譜時，實際能 分辨的最小波長間隔。A頻譜采樣率/遙感器在接收目標(biāo)輻射的光譜時，對光譜 進行采樣時的最小波長間隔。遙感圖像處理概述第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論69第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論#空間、頻譜的采樣Human EyeWavelength (pm)Literal ImageEach 3

16、0x30m Pixel Contains a Continuous Spectrum Used to Identify Materials By Their Reflectance or EmissivityHypers pectral-SensorIntegratedTime SliceSpectralDimension(2-Dimension)第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論71遙感圖像的基本描述A輻射分辨率/傳感器在接收波譜信號時，能分辨的最小 輻射度差。A輻射采樣率/對傳感器接收信號進行量化時，每個像素 所采用的比特數(shù)。8-bit quantization (256 levels) 6-bit quantization (64 levels)第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論734-bit quantization (16 levels)3-bit quantization (8 levels)第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論75遙感圖像處理概述2-bit quantization (4 levels)1-bit