數(shù)字圖象處理-第1章緒論課件

1、數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù) 字 圖 像處 理 基 礎(chǔ)數(shù)字圖象處理-第1章緒論 教師：吳正華（副教授） 學(xué)位：博士 郵箱： 電話： 在本科和碩士研究生階段所學(xué)專業(yè)為： 電子儀器及測量技術(shù) 在博士階段所學(xué)專業(yè)為： 生物醫(yī)學(xué)工程 目前的研究方向為： 人工智能數(shù)字圖象處理-第1章緒論教材教材 數(shù)數(shù) 字字 圖圖 像像 處處 理理 學(xué)學(xué) 阮秋琦阮秋琦 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社參考書參考書1、Digital Image Processing (Second Edition)， R.C.Gonzalez，R.E.Woods2、 數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理 （北京交大，阮秋琦譯）（北京交大，阮秋琦譯） 3、C

2、omputer Image Processing and Pattern Recognition， University of Tennessee。4、圖像處理學(xué)，圖像處理學(xué)，W.K.Pratt。5、數(shù)字圖像處理（數(shù)字圖像處理（Digital Picture Processing） A.Rosenfeld ，中譯本中譯本 數(shù)字圖象處理-第1章緒論6、 Digital Image processing using MATLAB. Rafael C. Gonzalez. Richard E. Woods. Steven L. Eddins7、Pattern Recognition Principl

3、e， R.C.Gonzalez，J. Tou。8、圖像處理和分析圖像處理和分析 （清華大學(xué)，章毓晉編著）。（清華大學(xué)，章毓晉編著）。9、數(shù)字圖像處理（、數(shù)字圖像處理（Digital Image processing）（清華大學(xué)（清華大學(xué) 林學(xué)訚等譯林學(xué)訚等譯)數(shù)字圖象處理-第1章緒論 本課程的目的 內(nèi)容安排 大致依照教材的脈絡(luò)行課，根據(jù)實際情況對某些內(nèi)容做適當(dāng)刪減，如第三章中的一些處理方法。(32學(xué)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(guān)基礎(chǔ)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數(shù)字圖象處理-第1章緒論第五章 圖像編碼 （重點）

4、第六章 圖像復(fù)原第七章 圖像重建第八章 圖像分析第九章 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理第十章 模式識別的理論和方法數(shù)字圖象處理-第1章緒論 聽覺聽覺20%20%人類傳遞信息人類傳遞信息 視覺信息占視覺信息占6060 其他感覺器官約其他感覺器官約20%20%第一幅照片第一幅照片 （18391839年）年）第一幅遙感照片（第一幅遙感照片（19091909年）年）第一章 緒 論數(shù)字圖象處理-第1章緒論 德國維爾茨堡大學(xué)校長兼物理研究所所長倫琴教授（德國維爾茨堡大學(xué)校長兼物理研究所所長倫琴教授（1845184519231923年）的第一張年）的第一張X X光照片光照片數(shù)字圖象處理-第1章緒論 一、數(shù)字圖像處理的起源一

5、、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(jì)二十年代。數(shù)字圖像處理的歷史可追溯至二十世紀(jì)二十年代。 1921年經(jīng)編碼后用電報打印機打印的圖像數(shù)字圖象處理-第1章緒論1929年通過海底電纜從倫敦到紐約傳輸?shù)囊环掌凑瞻凑?9291929年的技術(shù)水平，如果不壓縮，需要一個多星期，年的技術(shù)水平，如果不壓縮，需要一個多星期，壓縮后傳輸時間減少到壓縮后傳輸時間減少到3 3個小時。個小時。數(shù)字圖象處理-第1章緒論1922年兩次通過大西洋后打印的數(shù)字圖像數(shù)字圖象處理-第1章緒論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

6、月球圖像。這也是美國航天器取得的第一幅月球圖像。數(shù)字圖象處理-第1章緒論計算機斷層（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(zhuǎn)，X射線通過物體并由位于環(huán)上對面的相應(yīng)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。數(shù)字圖象處理-第1章緒論 射射 線：線：0.003 0.003 0.03 0.03 射射 線：線：0.03 0.03 3 3 紫外線：紫外線：3 3 300 300 紅外線：紅外線：0.8 0.8 300 300 微微 波波 0.3 0.3 100 100 nmxnmnmnmcm二、圖像處理

7、科學(xué)對人類具有重要意義二、圖像處理科學(xué)對人類具有重要意義 (1) (1) 圖像是人們從客觀世界獲取信息的重要來源圖像是人們從客觀世界獲取信息的重要來源 (2) (2) 圖像信息處理是人類視覺延續(xù)的重要手段圖像信息處理是人類視覺延續(xù)的重要手段 (3) (3) 圖像處理技術(shù)對國計民生有重要意義圖像處理技術(shù)對國計民生有重要意義數(shù)字圖象處理-第1章緒論三、圖像處理技術(shù)的分類三、圖像處理技術(shù)的分類大致可分為兩類：大致可分為兩類： 模擬圖像處理與數(shù)字圖像處理。（1 1） 模擬圖像處理模擬圖像處理( (Analog image processing)Analog image processing) 模擬處理

8、包括：光學(xué)處理（利用透鏡）和電子處理，如：照相、模擬處理包括：光學(xué)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，型例子，它處理的是活動圖像，25幀幀/秒。秒。 優(yōu)點：優(yōu)點： 速度快，實時，可同時并行處理。速度快，實時，可同時并行處理。 缺點：缺點： 精度較差，靈活性差，非線性處理能力。精度較差，靈活性差，非線性處理能力。數(shù)字圖象處理-第1章緒論（2 2） 數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理( (Digital Image processing)Digital Image p

9、rocessing) 優(yōu)點：優(yōu)點： 精度高，內(nèi)容豐富，可進行復(fù)雜的非線性處理，有靈活的精度高，內(nèi)容豐富，可進行復(fù)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(nèi)容。變通能力，一般來說只要改變軟件就可以改變處理內(nèi)容。 缺點：處理速度還是一個問題，缺點：處理速度還是一個問題，分辨率及精度尚有一定限制。分辨率及精度尚有一定限制。 數(shù)字圖象處理-第1章緒論四、四、 數(shù)字圖像處理的特點數(shù)字圖像處理的特點（1）圖像信息量大、數(shù)據(jù)量也大）圖像信息量大、數(shù)據(jù)量也大（2） 圖像處理技術(shù)綜合性強圖像處理技術(shù)綜合性強（3）圖像信息理論與通信理論密切相關(guān)）圖像信息理論與通信理論密切相關(guān)數(shù)字圖象處

10、理-第1章緒論五、五、 數(shù)字圖像處理的主要方法及主要內(nèi)容數(shù)字圖像處理的主要方法及主要內(nèi)容 空域法空域法 兩大類：兩大類： 變換域法。變換域法。 空域法空域法-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(yīng)的處理。接對這一二維函數(shù)進行相應(yīng)的處理。 空域處理法主要有兩大類：空域處理法主要有兩大類： (1) (1) 鄰域處理法：其中包括梯度運算鄰域處理法：其中包括梯度運算 ( (gradient Algorithm)gradient Algorithm)、平滑、平滑 算子算子運算運算 ( (Smoothing op

11、erator)Smoothing operator)等等 (2) 點處理法：如灰度處理（點處理法：如灰度處理（grey processing），），面積、周長、體積、面積、周長、體積、 重心重心運算等等。運算等等。數(shù)字圖象處理-第1章緒論 變換域法：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(jié)果。種處理，處理后再反變換到空間域，得到處理結(jié)果。 這類處理包括：濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等處理。這類處理包括：濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等處理。數(shù)字圖象處理-第1章緒論 數(shù)字圖像處理的

12、主要內(nèi)容：數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容： 圖像信息的獲取圖像信息的獲取 圖像信息的存貯圖像信息的存貯 圖像信息的傳送圖像信息的傳送 圖像信息處理圖像信息處理 圖像信息的輸出和顯示圖像信息的輸出和顯示數(shù)字圖象處理-第1章緒論（A A）圖像獲取）圖像獲取(1)(1)電視攝像機電視攝像機( (Video Camera)Video Camera)特點：設(shè)備小巧、速度快、成本低、靈敏度高。特點：設(shè)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(yīng)，在使用中需校正。缺點：灰度層次較差、非線性失真較大、有黑斑效應(yīng)，在使用中需校正。數(shù)字圖象處理-第1章緒論(2)(2)飛點掃描器飛點掃描

13、器( (flying point Scanner)flying point Scanner) 這是一種以光源做掃描的圖像獲取設(shè)備。這是一種以光源做掃描的圖像獲取設(shè)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。其體積略顯龐大。數(shù)字圖象處理-第1章緒論(3)(3)掃描鼓：這是一種高精度的滾桶式的圖像攝取設(shè)備。掃描鼓：這是一種高精度的滾桶式的圖像攝取設(shè)備。 特點：精度高、分辨率高，可以輸入也可以輸出。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。缺點：價錢昂貴、速度低、維護

14、要求高。(4)(4)掃描儀掃描儀 特點：精度和分辨率中等，特點：精度和分辨率中等，600600DPIDPI精度的掃描儀已常見。精度的掃描儀已常見。 缺點：速度較慢，非實時設(shè)備。缺點：速度較慢，非實時設(shè)備。數(shù)字圖象處理-第1章緒論(5)(5)顯微光密度計，精度較高，速度低。顯微光密度計，精度較高，速度低。(6)(6)遙感中常用的圖像獲取設(shè)備已有多種設(shè)備，如：遙感中常用的圖像獲取設(shè)備已有多種設(shè)備，如： 光學(xué)攝影：攝像機、多光譜像機等。光學(xué)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。紅外攝影：紅外輻射計、紅外攝像儀、多通道紅外掃描儀。 MSS MSS ：多光譜掃

15、描儀。多光譜掃描儀。 微波：微波輻射計，側(cè)視雷達、真實空孔徑雷達、合成孔徑雷微波：微波輻射計，側(cè)視雷達、真實空孔徑雷達、合成孔徑雷 達達( (SAR)SAR)。數(shù)字圖象處理-第1章緒論( (B)B)信息的存貯：信息的存貯：( (Image information Storage)Image information Storage) 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。帶、磁盤或光盤。( (C)C)圖像信息的傳送：圖像信息的傳送：( (Image information transmission)Imag

16、e information transmission) 圖像信息的傳送可分為系統(tǒng)內(nèi)部傳送與遠距離傳送。圖像信息的傳送可分為系統(tǒng)內(nèi)部傳送與遠距離傳送。數(shù)字圖象處理-第1章緒論 (D)數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理 (Digital Image processing) 幾何處理幾何處理( (geometrical processing)geometrical processing)算術(shù)處理算術(shù)處理( (Arithmetic processing)Arithmetic processing)圖像增強圖像增強( (Image Enhancement)Image Enhancement)圖像復(fù)原圖像復(fù)原( (

17、Image Restoration)Image Restoration)圖像重建圖像重建( (Image Reconstruction)Image Reconstruction)圖像編碼圖像編碼( (Image Encoding)Image Encoding)圖像識別圖像識別( (Image Recognition)Image Recognition)圖像理解圖像理解( (Image Understanding)Image Understanding) 數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒

18、論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論 E E、圖像的輸出與顯示圖像的輸出與顯示 一種是硬拷貝，另一種是軟拷貝。一種是硬拷貝，另一種是軟拷貝。（1）CRT顯示顯示 優(yōu)點：顯示質(zhì)量好、亮度高、優(yōu)點：顯示質(zhì)量好、亮度高、 電子束尋址方式簡單、制造成本低等。電子束尋址方式簡單、制造成本低等。 缺點：體積大缺點：體積大數(shù)字圖象處理-第1章緒論（2 2）、液晶顯示器）、液晶顯示器LCD LCD 數(shù)字圖象處理-第1章緒論 LCDLCD的突出性能是極吸引

19、人的，的突出性能是極吸引人的， 體積小，重量輕體積小，重量輕 低功耗，低電壓低功耗，低電壓 無軟無軟X X射線射線 全色顯示及相當(dāng)?shù)牧炼热@示及相當(dāng)?shù)牧炼?缺點：缺點： 視角較窄視角較窄 尋址復(fù)雜尋址復(fù)雜 亮度較低亮度較低數(shù)字圖象處理-第1章緒論（3 3）彩色等離子顯示技術(shù)（）彩色等離子顯示技術(shù)（Plasma Display Panel-PDPPlasma Display Panel-PDP）數(shù)字圖象處理-第1章緒論 它的工作原理有兩個基本過程：它的工作原理有兩個基本過程： 1 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）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 2

20、）紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光）紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光 等離子顯示技術(shù)有如下特點：等離子顯示技術(shù)有如下特點： 易于大面積顯示，可達到易于大面積顯示，可達到8080英吋英吋 全色顯示，顯示器可顯示全色顯示，顯示器可顯示256256級灰度和級灰度和16701670萬種顏色萬種顏色 伏安特性非線性強，可尋址伏安特性非線性強，可尋址20002000線以上線以上數(shù)字圖象處理-第1章緒論可實現(xiàn)高亮度顯示可實現(xiàn)高亮度顯示 對比度高對比度高 視角在所有的平板顯示器中是最大的，可達到視角在所有的平板顯示器中是最大的，可達到160160度度 色純度好，與色純度好，與CRTCRT相當(dāng)相當(dāng) 壽命長，可達壽命長，可達3 3萬小時

21、以上萬小時以上 工作電壓低，一般小于工作電壓低，一般小于200200伏伏 易于批量生產(chǎn)易于批量生產(chǎn)其主要缺點：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待提高。其最大的弱點是價格偏高數(shù)字圖象處理-第1章緒論（4 4）、場致發(fā)光顯示器）、場致發(fā)光顯示器( (Field Effect Display -FED)Field Effect Display -FED)其顯著優(yōu)點是：其顯著優(yōu)點是： 薄型，無需加背光源，一般比薄型，無需加背光源，一般比LCDLCD還要薄還要薄 易于拼接，可做成大屏幕易于拼接，可做

22、成大屏幕 可高度集成做成高清晰度顯示器可高度集成做成高清晰度顯示器 電壓低，功耗小，壽命長電壓低，功耗小，壽命長 圖像質(zhì)量好圖像質(zhì)量好 發(fā)光亮度起伏小，成品率高發(fā)光亮度起伏小，成品率高 不需要偏轉(zhuǎn)線圈，無不需要偏轉(zhuǎn)線圈，無X X射線，抗電磁輻干擾和輻射射線，抗電磁輻干擾和輻射 生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)工藝簡單，F(xiàn)EDFED有數(shù)百個陰極，有幾個不工作沒有影響有數(shù)百個陰極，有幾個不工作沒有影響 數(shù)字圖象處理-第1章緒論(5) 新型顯示設(shè)備-E-Paper (電子紙,數(shù)碼紙)數(shù)字圖象處理-第1章緒論 將來會有更多的新型器件和原理制成新的顯示器，如：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

23、制成的顯示器（日本）碳納米管制成的顯示器（日本） 鐵電液晶顯示器（韓國）鐵電液晶顯示器（韓國） Sharp Sharp公司甚至做出了能卷曲的顯示器公司甚至做出了能卷曲的顯示器數(shù)字圖象處理-第1章緒論六、數(shù)字圖像處理的應(yīng)用六、數(shù)字圖像處理的應(yīng)用(1)(1)遙感：遙感：( (Remote Sensing)Remote Sensing) 數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論(2) (2) 醫(yī)學(xué)應(yīng)用醫(yī)學(xué)應(yīng)用數(shù)字圖象處理-第1章緒論數(shù)字圖象處理-第1章緒論（3) 3) 圖像處理技術(shù)在通信中的應(yīng)用圖像處理技術(shù)在通信中的應(yīng)用（4 4） 工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量控制工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量控制（5 5） 安全保章、公安等方面的應(yīng)用安全保章、公安等方面的應(yīng)用（