數(shù)字圖象處理清華大學課件

1、共三十九頁教材(jioci)和主要參考書 圖象工程(gngchng)（第2版） 上冊：圖象處理 中冊：圖象分析 下冊：圖象理解章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁教材(jioci)和主要參考書 學習圖象技術所需的基礎知識數(shù)學：線性代數(shù)，隨機過程(guchng)計算機科學：軟件編程電子學：信號處理，電路原理 圖象技術數(shù)學、計算機的應用領域1-D信號的推廣，特殊的模式識別技術章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁第1章 緒論(xln)1.1圖象基本概念 1.2圖象工程簡介(jin ji)1.3圖象處理系統(tǒng)1.4主要內(nèi)容和安排章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.1圖象(t xin)基本概念1

2、.1.1圖象和數(shù)字(shz)圖象1.1.2圖象的表達 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.1.1 圖象(t xin)和數(shù)字圖象(t xin)圖象：用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產(chǎn)生視知覺的實體圖象（廣義/抽象） 圖像（狹義/具體）圖象和信息(xnx)：人類從外界（客觀世界）獲得的信息約有75%來自視覺系統(tǒng) 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.1.1 圖象(t xin)和數(shù)字圖象(t xin)圖象類型廣義圖片，動畫，繪圖，文字/檔，.狹義單幅(dn f) 序列圖象，.靜止 運動圖象（視頻），.2-D 3-D，彩色，立體對，多光譜,多

3、視場圖象，. 灰度 深度，紋理圖象，. 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.1.2 圖象(t xin)的表達圖象表示2-D數(shù)組f (x, y)x ， y：2-D空間XY中坐標(zubio)點的位置f：代表圖象在(x, y)的性質F 的數(shù)值f，x，y 的值可以是任意實數(shù)性質F : 可對應不同物理量 灰度圖象里用灰度表示章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.1.2 圖象(t xin)的表達圖象表示 矩陣(j zhn) 矢量 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.1.2 圖象(t xin)的表達章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2圖象(t xin)工程簡介1.2.1圖象技術和圖

4、象工程1.2.2圖象工程的三個層次1.2.3圖象工程相關學科和領域1.2.4圖象工程的技術應用1.2.5圖象工程文獻統(tǒng)計(tngj)分類 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.1 圖象技術(jsh)和圖象工程圖象技術圖象技術在廣義上是各種與圖象有關的技術的總稱主要功能/作用(zuyng)包括：對圖象的各種加工（見下）基于加工結果的判斷決策和行為規(guī)劃為此進行的硬件設計及制作 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.2 圖象(t xin)工程的三個層次圖象工程：不同層次圖象技術的有機(yuj)結合及應用圖象工程三層次：圖象處理（圖象 圖象）圖象分析（圖象 數(shù)據(jù)）圖象理解（圖象 解釋）

5、章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.2 圖象工程(gngchng)的三個層次章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.3 圖象工程相關(xinggun)學科和領域章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.3 圖象(t xin)工程相關學科和領域主要相關學科：圖形學：原指用圖形、圖表(tbio)、繪圖等形式表達數(shù)據(jù)信息的科學，而計算機圖形學研究的就是如何利用計算機技術來產(chǎn)生這些形式圖象模式識別：試圖把圖象分解成可用符號較抽象地描述的類別計算機視覺：主要強調(diào)用計算機實現(xiàn)人的視覺功能，目前的研究內(nèi)容主要與圖象理解相結合 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.4 圖象工程的技

6、術(jsh)應用應用領域示例(1)視頻通信：可視電話，電視會議，按需電視，遠程教育；(2)文字檔案：文字識別，過期檔案復原，郵件分撿，支票，簽名 辮偽，辦公自動化；(3)生物醫(yī)學：紅白學球計數(shù)，染色體分析、X光、CT、MRI、 PET圖象分析，醫(yī)學手術模擬規(guī)劃，遠程醫(yī)療；(4)遙感測繪：巡航導彈制導，無人駕駛飛機飛行，精確制導，礦 藏勘探，資源探測，氣象預報，自然災害監(jiān)測；(5)工業(yè)生產(chǎn)：工業(yè)檢測，工業(yè)探傷，自動生產(chǎn)流水線監(jiān)控，移動 機器人，無損探測，金相分析，印刷板質量檢驗， 精細印刷品缺陷檢測；(6)軍事公安：雷達圖象分析、巡航導彈路徑規(guī)劃 / 制導，罪犯(zufn)臉 形合成、識別，指紋

7、、印章的鑒定識別；(7)交通管理：太空探測、航天飛行、公路交通管理。章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.5 圖象(t xin)工程文獻統(tǒng)計分類中國圖象工程綜述（中國圖象圖形學報, 5月期）文獻統(tǒng)計分類 共統(tǒng)計15種刊物 已進行10年（1996-2005） 涉及到18819篇論文(lnwn) 選取了4032篇論文章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.5 圖象(t xin)工程文獻統(tǒng)計分類圖象(t xin)工程期刊（1）CT： CT理論與應用研究（2）CX： 測繪學報（3）DC： 電子測量與儀器學報（4）DK： 電子科學學刊（5）DX： 電子學報（6）JX： 計算機學報（7）MR

8、： 模式識別與人工智能（8）SC： 數(shù)據(jù)采集與處理（9） TX： 通信學報（10） XC： 信號處理（11） YX： 遙感學報（12） ZS： 中國生物醫(yī)學工程學報（13） Zti：中國體視學和圖象分析（14） Ztu：中國圖象圖形學報（15） ZX： 自動化學報 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.5 圖象工程文獻統(tǒng)計(tngj)分類章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.2.5 圖象工程文獻統(tǒng)計(tngj)分類章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3圖象處理系統(tǒng)(xtng)1.3.1系統(tǒng)(xtng)構成框圖 1.3.2圖象采集 1.3.3圖象顯示打印 1.3.4圖象存儲 1

9、.3.5圖象處理章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.1 系統(tǒng)構成(guchng)框圖章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.2 圖象(t xin)采集圖象采集裝置 為采集數(shù)字圖象，需要兩種裝置（器件）： (1)對某個電磁能量譜波段（如X射線、紫外線、可見光、紅外線等）敏感的物理器件，它能產(chǎn)生與所接受(jishu)到的電磁能量成正比的（模擬）電信號； (2)數(shù)字化器，它能將上述（模擬）電信號轉化為數(shù)字（離散）的形式。 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.3 圖象(t xin)顯示打印圖象顯示圖象處理的結果(ji gu)多是供觀察的圖象數(shù)據(jù) 亮度模式顯示顯示設備電視顯示器

10、，液晶顯示器陰極射線管（CRT)打印設備轉換到幻燈片、照片或透明膠片上章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.3 圖象顯示(xinsh)打印半調(diào)（halptone）輸出 多數(shù)打印設備僅能直接顯示輸出二值圖半調(diào)技術：利用人眼的集成特性(txng)，通過控制二值點模式的形式（包括數(shù)量，尺寸，形狀等）來獲得視覺上不同的灰度感覺一種將灰度圖象轉化為二值圖象的技術輸出二值圖象，看到灰度圖象 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.3 圖象顯示(xinsh)打印幅度調(diào)制（AM） 通過調(diào)整輸出黑點的尺寸來顯示不同的灰度例如，早期報紙上的圖片(tpin)在每個空間位置打印一個其尺寸反比于該處灰度的

11、黑圓點二值點是規(guī)則的排成網(wǎng)格的點點的形狀并不是決定性的因素 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.3 圖象顯示(xinsh)打印頻率調(diào)制（FM） 輸出黑點的尺寸是固定的其在空間的分布（點間的間隔或一定區(qū)域內(nèi)點出現(xiàn)的頻率）取決于所需表示的灰度 缺點：點增益（打印單元尺寸相對于原始單元尺寸的增加(zngji)量）增加(zngji)導致打印圖灰度范圍的減少或壓縮 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.3 圖象顯示(xinsh)打印調(diào)制(tiozh)模板 每個輸出單元內(nèi)包含若干個基本二值點每個模板對應一個輸出單元 2 2 5 種灰度 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.3 圖

12、象顯示(xinsh)打印調(diào)制(tiozh)模板 3 3 10 種灰度 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.3 圖象顯示(xinsh)打印抖動(dudng)（dithering）輸出技術利用隨機變化 -2(6-b) -2(5-b) f (x, y) + 0 2(5-b) 2(6-b)半調(diào)技術 犧牲圖象的空間點數(shù)而增加圖象的灰度級數(shù) 要保持細節(jié)，灰度級數(shù)就有限章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.4 圖象(t xin)存儲圖象存儲數(shù)據(jù)(shj)量度單位比特（bit），字節(jié)（byte = 8 bit）千字節(jié)（ K byte）兆（10 6）字節(jié)（M byte）吉（10 9）字節(jié)（G

13、byte）太（10 12）字節(jié)（T byte）章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.4 圖象(t xin)存儲圖象存儲器(1) 處理過程中使用的快速存儲器計算機內(nèi)存，幀緩存 (2) 較快重新(chngxn)調(diào)用的在線或聯(lián)機存儲器磁盤，磁光盤 (3) 不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫（檔案庫）存儲器磁帶，光盤，光盤塔 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁1.3.4 圖象(t xin)存儲格式（表示格式和文件格式）(1) 矢量格式 用線段或線段的組合體來表示圖象(t xin)(2) 光柵格式 用許多圖象點的集合來表示圖象BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG 格式 章毓晉 (TH-EE-IE)

14、共三十九頁1.3.5 圖象處理圖象處理對圖象的增強以改善圖象視覺質量對退化圖象的恢復以消除(xioch)各種干擾的影響根據(jù)對場景的多個投影來重建場景的圖象對圖象進行編碼以減少表達圖象的數(shù)據(jù)量，從而有利于存儲和傳輸給圖象加入數(shù)字水印以保護圖象的所有權 章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁課 程 介 紹 授課進度(jnd)和安排 小測驗 小測驗章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁課 程 介 紹 總結和復習1. 各節(jié)小結和文獻介紹 每節(jié)主要內(nèi)容的概況(gikung)進一步深入學習的參考（近200篇文獻）2. 思考題和練習題共260個，對其中137個提供了參考答案章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁 通信地址：北京清華大學電子工程系 郵政編碼(yu zhn bin m)：100084 辦公地址：清華大學東主樓，9區(qū)307室 辦公電話：(010)62781430 傳真號碼：(010)62770317 電子郵件：zhangyj 個人主頁：/zhangyujin/ 實驗室網(wǎng)：聯(lián) 系 信 息章毓晉 (TH-EE-IE)共三十九頁內(nèi)容摘要教材和主要參考書。2-D數(shù)組f (x, y)。x ， y：2-D空間XY中坐標點的