數(shù)字圖像處理概述課件

1、第1章 緒論1.1圖像基本概念 1.2圖像工程簡(jiǎn)介1.3圖像處理系統(tǒng)補(bǔ)充內(nèi)容：數(shù)字圖像處理常用術(shù)語應(yīng)用領(lǐng)域基本方法基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1第1章 數(shù)字圖像處理概述1.1圖像基本概念1.1.1圖像和數(shù)字圖像1.1.2圖像的表達(dá) 2第1章 數(shù)字圖像處理概述什么是圖像用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺的實(shí)體“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像或反映。圖像是自然界景物的客觀反映。舉例：人眼所見 照片 電視電影 3第1章 數(shù)字圖像處理概述人眼所見4第1章 數(shù)字圖像處理概述照片5第1章 數(shù)字圖像處理概述電視電影6第

2、1章 數(shù)字圖像處理概述圖像的表達(dá)圖像表示2-D數(shù)組f (x, y)x ， y：2-D空間XY中坐標(biāo)點(diǎn)的位置f：代表圖像在(x, y)的性質(zhì)F 的數(shù)值f，x，y 的值可以是任意實(shí)數(shù)性質(zhì)F : 可對(duì)應(yīng)不同物理量 灰度圖像里用灰度表示7第1章 數(shù)字圖像處理概述 圖像的表達(dá)圖像表示 矩陣 矢量 8第1章 數(shù)字圖像處理概述圖片感知在畫圖軟件中放大圖像像素的概念9第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像(灰度)數(shù)字圖像是指由被稱作像素的小塊區(qū)域組成的二維矩陣。將物理圖像行列劃分后，每個(gè)小塊區(qū)域稱為像素（pixel）。每個(gè)像素包括兩個(gè)屬性：位置和灰度。對(duì)于單色即灰度圖像而言，每個(gè)像素的亮度用一個(gè)數(shù)值來表示，通常數(shù)值

3、范圍在0到255之間，即可用一個(gè)字節(jié)來表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度。10第1章 數(shù)字圖像處理概述物理圖像與數(shù)字圖像的對(duì)應(yīng)11第1章 數(shù)字圖像處理概述灰度級(jí)12第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像舉例(灰度)125,153,158,157,127,70,103, 120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133, 60,133,154,158,100,116,120,97,74,54,74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155

4、,115, 88, 49, 灰度圖像數(shù)值矩陣(前兩行)128128263113第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像(彩色)彩色圖像可以用紅、綠、藍(lán)三元組的二維矩陣來表示。通常，三元組的每個(gè)數(shù)值也是在0到255之間，0表示相應(yīng)的基色在該像素中沒有，而255則代表相應(yīng)的基色在該像素中取得最大值，這種情況下每個(gè)像素可用三個(gè)字節(jié)來表示。三基色原理：絕大多數(shù)顏色可以分解成紅、綠、藍(lán)三種色光。感知畫圖-顏色-編輯顏色-規(guī)定自定義顏色14第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像舉例(彩色)1281282531(207,137,130) (220,179,163) (215,169,161) (210,179,172)

5、(210,179,172) (207,154,146) (217,124,121) (226,144,133) (226,144,133) (224,137,124) (227,151,136) (227,151,136) (226,159,142) (227,151,136) (230,170,154) (231,178,163) (231,178,163) (231,178,163) (236,187,171) (236,187,171) (239,195,176) (239,195,176) (240,205,187) (239,195,176) (231,138,123) 15第1章

6、數(shù)字圖像處理概述RGB色彩模式RGB色彩模式是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過對(duì)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色RGB即是代表紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的顏色這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一 16第1章 數(shù)字圖像處理概述RGB色彩模式RGB色彩模式使用RGB模型為圖像中每一個(gè)像素的RGB分量分配一個(gè)0255范圍內(nèi)的強(qiáng)度值。例如：純紅色R值為255，G值為0，B值為0；灰色的R、G、B三個(gè)值相等（除了0和255）；白色的R、G、B都為255；黑色的R、G、B都為0。RGB圖像只使用三種顏色，就可以使它們按照不同

7、的比例混合，在屏幕上重現(xiàn)16777216種顏色。17第1章 數(shù)字圖像處理概述R、G、B 三基色 彩色空間 18第1章 數(shù)字圖像處理概述舉例2彩色原圖紅色分量綠色分量藍(lán)色分量19第1章 數(shù)字圖像處理概述圖像的數(shù)據(jù)量計(jì)算灰度圖像彩色圖像視頻20第1章 數(shù)字圖像處理概述1.2圖像工程簡(jiǎn)介1.2.1圖像技術(shù)和圖像工程1.2.2圖像工程的三個(gè)層次1.2.3圖像工程相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域1.2.4圖像工程的技術(shù)應(yīng)用21第1章 數(shù)字圖像處理概述1.2.1 圖像技術(shù)和圖像工程圖像技術(shù)圖像技術(shù)在廣義上是各種與圖像有關(guān)的技術(shù)的總稱主要功能/作用包括：對(duì)圖像的各種加工（見下）基于加工結(jié)果的判斷決策和行為規(guī)劃為此進(jìn)行的硬件設(shè)

8、計(jì)及制作 22第1章 數(shù)字圖像處理概述1.2.2 圖像工程的三個(gè)層次圖像工程：不同層次圖像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合及應(yīng)用圖像工程三層次：圖像處理（圖像 圖像）圖像分析（圖像 數(shù)據(jù)）圖像理解（圖像 解釋）23第1章 數(shù)字圖像處理概述1.2.2 圖像工程的三個(gè)層次24第1章 數(shù)字圖像處理概述1.2.3 圖像工程相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域25第1章 數(shù)字圖像處理概述1.2.3 圖像工程相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域主要相關(guān)學(xué)科：圖形學(xué)：原指用圖形、圖表、繪圖等形式表達(dá)數(shù)據(jù)信息的科學(xué)，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的就是如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來產(chǎn)生這些形式圖像模式識(shí)別：試圖把圖像分解成可用符號(hào)較抽象地描述的類別計(jì)算機(jī)視覺：主要強(qiáng)調(diào)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視覺功能

9、，目前的研究?jī)?nèi)容主要與圖像理解相結(jié)合 26第1章 數(shù)字圖像處理概述1.2.4 圖像工程的技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域示例(1)視頻通信：可視電話，電視會(huì)議，按需電視，遠(yuǎn)程教育；(2)文字檔案：文字識(shí)別，過期檔案復(fù)原，郵件分撿，支票，簽名 辮偽，辦公自動(dòng)化；(3)生物醫(yī)學(xué)：紅白學(xué)球計(jì)數(shù)，染色體分析、X光、CT、MRI、 PET圖像分析，醫(yī)學(xué)手術(shù)模擬規(guī)劃，遠(yuǎn)程醫(yī)療；(4)遙感測(cè)繪：巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)，無人駕駛飛機(jī)飛行，精確制導(dǎo)，礦 藏勘探，資源探測(cè)，氣象預(yù)報(bào)，自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)；(5)工業(yè)生產(chǎn)：工業(yè)檢測(cè)，工業(yè)探傷，自動(dòng)生產(chǎn)流水線監(jiān)控，移動(dòng) 機(jī)器人，無損探測(cè)，金相分析，印刷板質(zhì)量檢驗(yàn)， 精細(xì)印刷品缺陷檢測(cè)；(6)軍事公安：

10、雷達(dá)圖像分析、巡航導(dǎo)彈路徑規(guī)劃 / 制導(dǎo)，罪犯臉 形合成、識(shí)別，指紋、印章的鑒定識(shí)別；(7)交通管理：太空探測(cè)、航天飛行、公路交通管理。27第1章 數(shù)字圖像處理概述內(nèi)容回顧1.1 圖像基本概念 圖像數(shù)字圖像（灰度、彩色）RGB色彩模式圖像表達(dá)1.2 圖像工程簡(jiǎn)介圖像技術(shù)圖像工程的3個(gè)層次涉及的學(xué)科28第1章 數(shù)字圖像處理概述1.3圖像處理系統(tǒng)1.3.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖 1.3.2圖像采集 1.3.3圖像顯示打印 1.3.4圖像存儲(chǔ) 1.3.5圖像處理29第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理就是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行各種目的的處理。數(shù)字圖像處理的內(nèi)容包括圖像變換、圖像編碼、圖像增強(qiáng)

11、、圖像恢復(fù)、圖像分割、圖像的理解和識(shí)別。30第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理舉例31第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理系統(tǒng)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像數(shù)字化設(shè)備、圖像處理計(jì)算機(jī)和圖像輸出設(shè)備組成，如下圖所示：32第1章 數(shù)字圖像處理概述系統(tǒng)構(gòu)成框圖33第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成部分圖像數(shù)字化設(shè)備：掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)與圖像采集卡等。圖像處理計(jì)算機(jī)：PC、工作站等。圖像輸出設(shè)備：打印機(jī)等。圖像輸入設(shè)備日益向高速度、高分辨率、多功能、智能化方向發(fā)展。34第1章 數(shù)字圖像處理概述圖像輸入設(shè)備掃描儀平板式、手持式、滾筒式攝像機(jī)輸入速度快、靈敏度高、使用方便35第1章 數(shù)字圖像處

12、理概述數(shù)字圖像處理的術(shù)語由于數(shù)字圖像處理是多學(xué)科交叉領(lǐng)域，因此充斥著相互矛盾和不準(zhǔn)確的定義。數(shù)字圖像處理：是指將一幅圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环鶊D像。數(shù)字圖像分析：是指將一幅圖像轉(zhuǎn)換為一種非圖像的表示。但數(shù)字圖像處理通常又包括數(shù)字圖像分析。如天氣預(yù)報(bào)，視頻統(tǒng)計(jì)等。 36第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理的術(shù)語計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：用計(jì)算機(jī)將由概念或數(shù)學(xué)描述所表示的物體圖像（非實(shí)物）進(jìn)行處理和顯示的過程。如機(jī)械圖、建筑圖等，通過建筑圖統(tǒng)計(jì)水泥、鋼筋用量等。計(jì)算機(jī)視覺：用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展能夠理解自然景物的系統(tǒng)。如機(jī)器人足球等。37第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理的術(shù)語數(shù)字化和顯示：將一幅圖像從原有形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形

13、式。顯示是數(shù)字化的逆過程。掃描：對(duì)象素的尋址。采樣、采樣密度：對(duì)應(yīng)象素灰度值的測(cè)量。通常轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷褐怠Ａ炕簩㈦妷褐涤靡粋€(gè)整數(shù)表示。灰度分辨率：圖像中包含的灰度級(jí)數(shù)。對(duì)比度：圖像中灰度反差的大小。噪聲：通常在數(shù)字化過程中引入的誤差。38第1章 數(shù)字圖像處理概述調(diào)色板調(diào)色板（palette）：圖像的色彩索引表。若圖像的色彩數(shù)遠(yuǎn)小于全色彩數(shù)時(shí)，當(dāng)每個(gè)像素的值用色彩索引表的位置表示就可以大大節(jié)約存儲(chǔ)空間。這種技術(shù)長(zhǎng)用于各種圖像的存儲(chǔ)格式中，如bmp,tif,gif等。舉例計(jì)算數(shù)據(jù)量 39第1章 數(shù)字圖像處理概述HSI模型HSI模型 基于人類對(duì)顏色的感覺，HSI模型描述顏色的三個(gè)基本特征。40第1章

14、數(shù)字圖像處理概述HSI模型H：色相是從物體反射或透過物體傳播的顏色。在 0 到 360 度的標(biāo)準(zhǔn)色輪上，色相是按位置度量的。在通常的使用中，色相是由顏色名稱標(biāo)識(shí)的，比如紅、橙或綠色。 S：飽和度，有時(shí)也稱彩度，是指顏色的強(qiáng)度或純度。飽和度表示色相中灰成分所占的比例，用從 0%（灰色）到 100%（完全飽和）的百分比來度量。在標(biāo)準(zhǔn)色輪上，從中心向邊緣飽和度是遞增的。 I：亮度是顏色的相對(duì)明暗程度，通常用從 0%（黑）到 100%（白）的百分比來度量。41第1章 數(shù)字圖像處理概述彩色原圖H分量S分量I分量42第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像的存儲(chǔ)行掃描存儲(chǔ)以行掃描順序，自左向右，從上到下將圖像的每

15、個(gè)像素順序存儲(chǔ)在字節(jié)矩陣中交叉存儲(chǔ)方式即隔行存儲(chǔ)或隔行隔列存儲(chǔ)。前者叫一維交叉，后者叫二維交叉。交叉存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是顯示時(shí)即使沒有讀出全部圖像數(shù)據(jù)，也可構(gòu)成原始圖像的近似輪廓。顯然，這種存儲(chǔ)方式非常適合于強(qiáng)調(diào)傳輸速度、對(duì)圖像精度要求不很苛刻的系統(tǒng)。43第1章 數(shù)字圖像處理概述交叉存儲(chǔ)方式44第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像的存儲(chǔ)有損壓縮存儲(chǔ)方式存儲(chǔ)時(shí)記錄圖像主體特征信息，忽略部分冗余、附屬信息。這種方法存儲(chǔ)的圖像與原始圖像不完全一致，但失真度在允許的范圍內(nèi)矢量存儲(chǔ)方式矢量存儲(chǔ)方式只記錄圖像的輪廓（向量）部分，而不是存儲(chǔ)圖像中每個(gè)點(diǎn)的信息，換句話說，它僅僅存儲(chǔ)原始圖像中的一些比較高級(jí)的圖形結(jié)構(gòu)（如線

16、段，弧，圓等）。這種文件格式中存儲(chǔ)的圖像內(nèi)容實(shí)際為一系列的繪圖命令，指示應(yīng)用程序如何操作，從而構(gòu)成原始圖45第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像文件組成識(shí)別信息文件識(shí)別-圖像文件識(shí)別碼和版本代號(hào)。文件識(shí)別碼用以判斷文件格式-版本代號(hào)用于指定同類文件屬于第幾代產(chǎn)品，不同版本的同一類圖像文件其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有所區(qū)別圖像識(shí)別圖像識(shí)別信息通常包括圖像的寬度和高度、一個(gè)圖像像素所需的比特?cái)?shù)與彩色位平面數(shù)、數(shù)據(jù)壓縮格式和調(diào)色板個(gè)數(shù)。圖像數(shù)據(jù)46第1章 數(shù)字圖像處理概述常用圖像文件格式GIFCompuserve網(wǎng)上圖像在線傳輸改進(jìn)的LZW壓縮法PNGWWW網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸改進(jìn)的LZ壓縮法BMPWindowsRLE4、RL

17、E8或不壓縮JPEG存儲(chǔ)照片類圖像有損編碼壓縮AVI多媒體（音視頻圖像）數(shù)字化視頻壓縮WMFWindows47第1章 數(shù)字圖像處理概述常用圖像文件格式分類常用圖像文件可分為兩類：位圖文件-TGA、PCX、TIFF、GIF、PNG、BMP、JPEG、AVI矢量文件-WMF、PostScript48第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理的應(yīng)用隨著微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，圖像數(shù)字化設(shè)備如CCD攝像機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、圖像采集卡的成本大大降低，普通的微機(jī)已經(jīng)可以勝任部分圖像處理任務(wù)，使得圖像處理的應(yīng)用越來越廣泛，可以預(yù)見在不久的將來，圖像及視頻處理的應(yīng)用將與目前語音處理的應(yīng)用一樣變得日益普及和重

18、要。49第1章 數(shù)字圖像處理概述主要應(yīng)用航天航空生物醫(yī)學(xué)工程通訊領(lǐng)域工業(yè)軍事公安文化藝術(shù)50第1章 數(shù)字圖像處理概述應(yīng)用1：航空航天登月、火星照片處理飛機(jī)遙感、衛(wèi)星遙感氣象預(yù)報(bào)51第1章 數(shù)字圖像處理概述阿波羅登月52第1章 數(shù)字圖像處理概述應(yīng)用2：生物醫(yī)學(xué)工程CT、MRI（核磁共振）、B超顯微圖像：紅細(xì)胞、白細(xì)胞、染色體的分析X光、心電圖53第1章 數(shù)字圖像處理概述54第1章 數(shù)字圖像處理概述55第1章 數(shù)字圖像處理概述56第1章 數(shù)字圖像處理概述應(yīng)用3：通訊領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)：多媒體通訊電話、電視、計(jì)算機(jī)三網(wǎng)合一57第1章 數(shù)字圖像處理概述應(yīng)用4：工業(yè)印刷電路板機(jī)器人視覺零件檢測(cè)郵政信件的自動(dòng)檢測(cè)58第1章 數(shù)字圖像處理概述應(yīng)用5：軍事公安導(dǎo)彈制導(dǎo)偵察照片的處理指紋識(shí)別、人臉識(shí)別車牌自動(dòng)識(shí)別59第1章 數(shù)字圖像處理概述60第1章 數(shù)字圖像處理概述應(yīng)用6：文化藝術(shù)電視畫面的數(shù)字編輯動(dòng)畫制作游戲紡織工藝品設(shè)計(jì)發(fā)型設(shè)計(jì)文物資料圖片的修復(fù)61第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理的基本方法兩類處理方法：空間域方法變換域方法（即頻率域方法）62第1章 數(shù)字圖像處理概述數(shù)字圖像處理的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)字圖像處理中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括矩陣、鏈碼、屬性圖等63第1章 數(shù)