數(shù)字圖像處理第一章

1、1幾點(diǎn)建議幾點(diǎn)建議n圖像處理圖像處理數(shù)字圖像處理是一門新的交叉學(xué)科。它與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、電子數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等許多學(xué)科可以相互借鑒。從它的研究范圍來看，它與模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多專業(yè)相互交叉。是電子信息類專業(yè)的專業(yè)課。課程以概念概念為主，注重應(yīng)用應(yīng)用，加強(qiáng)實(shí)踐實(shí)踐。2 話劇立秋臺(tái)詞3第一章第一章 緒緒 論論41.1 圖像及其分類5(a)遙感圖片 6(b)風(fēng)景圖片（攝于浙江大學(xué)紫金港校區(qū)） 7幾幅圖像幾幅圖像8 One image is worth more than ten thousands words 藍(lán)天上飄著朵

2、朵白藍(lán)天上飄著朵朵白云云, ,天空下是一片美天空下是一片美麗的田園風(fēng)光麗的田園風(fēng)光. .近處近處是茂密的樹木花草是茂密的樹木花草. .一條小河靜靜地伸一條小河靜靜地伸向遠(yuǎn)方向遠(yuǎn)方, ,湛藍(lán)的河面湛藍(lán)的河面上有一座石孔橋上有一座石孔橋, ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)處綠蔭叢中矗立著處綠蔭叢中矗立著一座圓屋頂?shù)陌咨蛔鶊A屋頂?shù)陌咨∥菪∥?圖像圖像n 概念概念： “圖”是物體投射或反射光的分布，“像” 是人的視覺系統(tǒng)對(duì)圖的接受在大腦中形成的印象或反映。 因此，圖像是客觀和主觀的結(jié)合。n 分類：分類： （1）從視覺特點(diǎn)，分為可見圖像和不可見圖像。 （2）從圖像空間坐標(biāo)和明暗程度的連續(xù)性，可分為模擬圖像和數(shù)字圖像。10n背

3、景背景: :n 1 1數(shù)字圖像處理技術(shù)起源于數(shù)字圖像處理技術(shù)起源于2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代，當(dāng)時(shí)通過海底電年代，當(dāng)時(shí)通過海底電纜從英國(guó)倫敦到美國(guó)紐約傳輸了一幅照片，它采用了數(shù)字壓縮技纜從英國(guó)倫敦到美國(guó)紐約傳輸了一幅照片，它采用了數(shù)字壓縮技術(shù)。就術(shù)。就19201920年的技術(shù)水平來看，如果不壓縮，傳一幅圖像要一星年的技術(shù)水平來看，如果不壓縮，傳一幅圖像要一星期時(shí)間，壓縮后只需要期時(shí)間，壓縮后只需要3 3小時(shí)。小時(shí)。19641964年美國(guó)的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室處理年美國(guó)的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室處理了太空船了太空船“旅行者七號(hào)旅行者七號(hào)”發(fā)回的月球照片，這標(biāo)志著第三代計(jì)算發(fā)回的月球照片，這標(biāo)志著第三代計(jì)算機(jī)問

4、世后數(shù)字圖像處理概念開始得到應(yīng)用。其后數(shù)字圖像處理技機(jī)問世后數(shù)字圖像處理概念開始得到應(yīng)用。其后數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，目前已成為工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、統(tǒng)計(jì)術(shù)發(fā)展迅速，目前已成為工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)甚至社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域各學(xué)科之學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)甚至社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域各學(xué)科之間學(xué)習(xí)和研究的對(duì)象。間學(xué)習(xí)和研究的對(duì)象。11n背景背景: :n 2 2人類傳遞信息的主要媒介是語(yǔ)音和圖像。據(jù)統(tǒng)人類傳遞信息的主要媒介是語(yǔ)音和圖像。據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì), , 在人類接受的信息中在人類接受的信息中, ,聽覺信息占聽覺信息占20%,20%,視覺信息視覺信息占占60%,

5、60%,其他如味覺、觸覺、嗅覺總的加起來不過占其他如味覺、觸覺、嗅覺總的加起來不過占20%20%。所以，作為傳遞信息的重要媒體和手段所以，作為傳遞信息的重要媒體和手段圖像信息圖像信息是十分重要的，俗話說：是十分重要的，俗話說：“百聞不如一見百聞不如一見”、“一目一目了然了然”，都反映了圖像在傳遞信息中的獨(dú)到之處。，都反映了圖像在傳遞信息中的獨(dú)到之處。12圖像的特點(diǎn)圖像的特點(diǎn)直觀形象直觀形象易懂易懂信息量大信息量大13圖像的分類圖像的分類按灰度分類：按灰度分類：、 按色彩分類：按色彩分類： 按運(yùn)動(dòng)分類：按運(yùn)動(dòng)分類： 按時(shí)空分布分類：按時(shí)空分布分類： 141.2 數(shù)字圖像處理技術(shù)與應(yīng)用數(shù)字圖像處理

6、技術(shù)與應(yīng)用 15主要內(nèi)容主要內(nèi)容16主要內(nèi)容主要內(nèi)容Acquisition(圖像采集圖像采集)Enhancement(圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng))Restoration Reconstruction(圖像恢復(fù)圖像恢復(fù)/重建重建)Compression(圖像壓縮圖像壓縮)Segmentation(分割分割)Representation & description(表示表示&描述描述)Object recognition(物體識(shí)別物體識(shí)別)(輸入輸出都是圖像輸入輸出都是圖像)(輸入是圖像輸入是圖像 輸出是圖像的特征輸出是圖像的特征/屬性屬性)KeyScene (Objects)場(chǎng)景場(chǎng)景(多個(gè)

7、物體多個(gè)物體)輸出17主要內(nèi)容主要內(nèi)容圖像變換：圖像變換：對(duì)圖像進(jìn)行正交變換，以便進(jìn)行處理。對(duì)圖像進(jìn)行正交變換，以便進(jìn)行處理。二維圖像及其離散傅立葉頻譜的顯示二維圖像及其離散傅立葉頻譜的顯示a) a) 原始圖像原始圖像 b) b) 離散傅立葉頻譜離散傅立葉頻譜18a) 原圖原圖 b) 圖像增強(qiáng)后的圖圖像增強(qiáng)后的圖19Bag of words (Visual words)20圖像編碼：圖像編碼：在滿足一定的圖形質(zhì)量要在滿足一定的圖形質(zhì)量要求下對(duì)圖像進(jìn)行編碼，可以壓縮表示圖求下對(duì)圖像進(jìn)行編碼，可以壓縮表示圖像的數(shù)據(jù)。像的數(shù)據(jù)。256K21K21圖像分析：對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，從而獲得

8、所需的客觀信息。圖像識(shí)別：找到圖像的特征，以便進(jìn)一步處理。圖像理解：在圖像分析的基礎(chǔ)上得出對(duì)圖像內(nèi)容含義的理解及解釋，從而指導(dǎo)和規(guī)劃行為。22ImageProcessingBeard? Face?Gun?Expression? Pose?Ages?Identity?ImageUnderstandingImageAnalysisEdge,Color,Texture etc.This is Ben Laden !n Three levels of image engineering23方方 法法空域法：空域法：直接對(duì)獲取的數(shù)字直接對(duì)獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行處理。圖像進(jìn)行處理。頻域法：頻域法：對(duì)先對(duì)獲取的

9、數(shù)字對(duì)先對(duì)獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行正交變換，得到變圖像進(jìn)行正交變換，得到變換系數(shù)陣列，然后再進(jìn)行處換系數(shù)陣列，然后再進(jìn)行處理，最后再逆變換到空間域，理，最后再逆變換到空間域，得到圖像的處理結(jié)果。得到圖像的處理結(jié)果。24數(shù)字圖像處理的應(yīng)用如下表和圖示數(shù)字圖像處理的應(yīng)用如下表和圖示學(xué)科學(xué)科應(yīng)用內(nèi)容應(yīng)用內(nèi)容物理、化學(xué)物理、化學(xué)結(jié)晶分析、譜分析結(jié)晶分析、譜分析生物、醫(yī)學(xué)生物、醫(yī)學(xué)細(xì)胞分析、染色體分類、細(xì)胞分析、染色體分類、X X射線照片分析、射線照片分析、CTCT環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)水質(zhì)及大氣污染調(diào)查水質(zhì)及大氣污染調(diào)查地質(zhì)地質(zhì)資源勘探、地圖繪制、資源勘探、地圖繪制、GISGIS農(nóng)林農(nóng)林植被分布調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)植

10、被分布調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)海洋海洋魚群探查、海洋污染監(jiān)測(cè)魚群探查、海洋污染監(jiān)測(cè)水利水利河流分布、水利及水害調(diào)查河流分布、水利及水害調(diào)查氣象氣象云圖分析等云圖分析等通信通信傳真、電視、多媒體通信傳真、電視、多媒體通信工業(yè)、交通工業(yè)、交通工業(yè)探傷、鐵路選線、機(jī)器人、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)工業(yè)探傷、鐵路選線、機(jī)器人、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)電子商務(wù)、身份論證、防偽電子商務(wù)、身份論證、防偽軍事軍事軍事偵察、導(dǎo)彈制導(dǎo)、電子沙盤、軍事訓(xùn)練等軍事偵察、導(dǎo)彈制導(dǎo)、電子沙盤、軍事訓(xùn)練等法律法律指紋識(shí)別等指紋識(shí)別等25應(yīng)應(yīng) 用用262728293031應(yīng)應(yīng) 用用32應(yīng)應(yīng) 用用3334353637應(yīng)應(yīng) 用用38X-rays: X射線

11、成射線成像像, 醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)(胸片胸片 造影造影 掃描掃描), 工業(yè)檢測(cè)工業(yè)檢測(cè)Gamma-rays: 伽馬成像伽馬成像, 主要用于主要用于醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué) 天文學(xué)天文學(xué)39Ultraviolet: 礦物質(zhì)礦物質(zhì), 谷物谷物, 紡織品紡織品Normal cornSmut corn （黑穗玉米）Fluorescence microscopy熒光顯微技術(shù)40Photo courtesy Philips Research 4142應(yīng)應(yīng) 用用農(nóng)業(yè)普查、森林覆蓋計(jì)算、水利工程等的客觀估計(jì)計(jì)算、森林火災(zāi)監(jiān)護(hù)客觀反映火災(zāi)情況、面積。43全球夜景衛(wèi)星紅外成像全球夜景衛(wèi)星紅外成像44在國(guó)土資源調(diào)在國(guó)土資源調(diào)查與環(huán)境評(píng)價(jià)查與

12、環(huán)境評(píng)價(jià)及災(zāi)害監(jiān)測(cè)中及災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用的應(yīng)用1998年長(zhǎng)江洪水災(zāi)害遙感圖像年長(zhǎng)江洪水災(zāi)害遙感圖像4546應(yīng)應(yīng) 用用l偵查破案和商業(yè)應(yīng)用：偵查破案和商業(yè)應(yīng)用：指紋鑒別，手跡分析，指紋鑒別，手跡分析， 偽鈔偽鈔識(shí)別等。識(shí)別等。l其它應(yīng)用：材料分析、其它應(yīng)用：材料分析、服裝試穿顯示、發(fā)型設(shè)計(jì)顯服裝試穿顯示、發(fā)型設(shè)計(jì)顯示、現(xiàn)場(chǎng)視頻管理等。示、現(xiàn)場(chǎng)視頻管理等。l考古：考古：恢復(fù)珍貴的文物圖片、名畫和壁畫等?；謴?fù)珍貴的文物圖片、名畫和壁畫等。47l偵查破案和商業(yè)應(yīng)用：偵查破案和商業(yè)應(yīng)用：指紋鑒別，手跡分析，指紋鑒別，手跡分析， 偽鈔偽鈔識(shí)別等。識(shí)別等。Finger recognitionMoney Recognition License Plate