txcl2-圖像處理概論-2016

1、txcl2-圖像處理概論-2016第一頁，共65頁。數(shù)字圖像處理概述分類根據(jù)圖像的形式或產(chǎn)生方法分類：可見圖像圖片、照片、圖和畫的子集。不可見圖像不可見光成像、溫度、壓力、人口分布等。單波段每個點只有一個亮度值。多波段每個點不止一個特性。超波段每個點有幾十或幾百個特性。模擬圖像空間坐標和明暗度連續(xù)。數(shù)字圖像空間坐標和明暗度都不連續(xù)。離散性適合計算機處理。數(shù)字圖像處理第二頁，共65頁。數(shù)字圖像處理概述概念數(shù)字圖像處理一幅MN個像素的數(shù)字圖像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩陣G表示： 第三頁，共65頁。數(shù)字圖像處理概述概念數(shù)字圖像處理 在計算機中，圖像被分割成下圖所示的像素（Pixel），各像素

2、的灰度值用整數(shù)表示。數(shù)字圖像第四頁，共65頁。數(shù)字圖像處理概述概念數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像的表示舉例第五頁，共65頁。數(shù)字圖像處理概述概念數(shù)字圖像處理屏幕坐標與圖像坐標的表示第六頁，共65頁。數(shù)字圖像處理概述概念圖像處理圖像信息進行加工處理，以滿足人的視覺心理或?qū)崿F(xiàn)應用要求。進行一系列的操作，達到預期目的。圖像處理分為：模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理模擬圖像處理光學、照像和電子學方法。特點：速度快，信息量大，分辨率高，經(jīng)濟，精度不高，穩(wěn)定性差。數(shù)字圖像處理計算機或數(shù)字硬件對從圖像信息轉(zhuǎn)換來的電信號進行某些數(shù)學運算，提高實用性。特點：大數(shù)據(jù)量不如光學，但精度高，方便靈活，處理方法可變換，再現(xiàn)性好。發(fā)展原

3、因及基礎(chǔ)數(shù)字、微電子、計算機技術(shù)的的發(fā)展更新了圖像處理的手段，形成圖像科學。數(shù)字圖像處理第七頁，共65頁。（1） 處理精度高，再現(xiàn)性好（2）易于控制處理效果（3）處理的多樣性（4） 圖像數(shù)據(jù)量龐大（5） 處理費時（6） 圖像處理技術(shù)綜合性強數(shù)字圖像處理的特點第八頁，共65頁。數(shù)字圖像處理概述概念數(shù)字計算機最擅長的莫過于處理各種數(shù)據(jù)， 數(shù)字化后的圖像可以看成是存儲在計算機中的有序數(shù)據(jù)，可以通過計算機對數(shù)字圖像進行處理。利用計算機對圖像進行去除噪聲、 增強、復原、分割、提取特征等的理論、 方法和技術(shù)稱為數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）。一般， 圖像處理是用計算機和實

4、時硬件實現(xiàn)的， 因此也稱之為計算機圖像處理（Computer Image Processing）。數(shù)字圖像處理第九頁，共65頁。數(shù)字圖像處理研究范圍Image Processing：Capture，Coding，Transmission Storage，Enhancement，Restoration，etc。Image Analysis：Segmentation，Presentation，Description，Measurement，Texture，Motion，etc。Pattern Recognition：Character，Speech，Image，Video，etc。Graphics

5、：Model and generation，Animation and visualization，etc。Others：Computer vision，Multimedia Database，Information，Virtual Reality數(shù)字圖像處理第十頁，共65頁。數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容1. 圖像獲取、表示和表現(xiàn)2. 圖像復原3. 圖像增強4. 圖像分割5. 圖像分析6. 圖像重建7. 圖像壓縮編碼 數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容第十一頁，共65頁。數(shù)字圖像處理概述層次數(shù)字圖像處理圖像處理圖像分析圖像理解低層中層高層語義抽像程度低高像素目標符號數(shù)據(jù)量大小操作對像圖像處理學的三個層次第十二頁

6、，共65頁。數(shù)字圖像處理概述與相關(guān)學科的關(guān)系數(shù)字圖像處理 相關(guān)學科：計算機圖形學；模式識別；計算機視覺等 。圖像圖像（人）符號數(shù)據(jù)計算機圖形學圖像理解圖像處理圖像理解（轉(zhuǎn)換）模式識別計算機視覺新 新 新理 工 技論 具 術(shù)客觀世界圖像分析第十三頁，共65頁。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述數(shù)字圖像處理第十四頁，共65頁。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述圖像采集敏感的物理器件，電信號；數(shù)字化器件圖，模擬轉(zhuǎn)化到數(shù)字離散。圖像顯示結(jié)果用于顯示，電視，CRT，膠片，照片，打印機等。圖像存儲數(shù)據(jù)量大，需要大量的存儲空間。內(nèi)存，硬盤，磁帶，光介質(zhì)（CD，DVD，）。圖像通信借助綜合業(yè)務網(wǎng)，局域網(wǎng)，和普通電話網(wǎng)完成圖像傳輸。處理分

7、析算法形式描述，用軟件和硬件電路實現(xiàn)。數(shù)字圖像處理第十五頁，共65頁。具體應用領(lǐng)域可粗略概括如下： 物理、化學: 結(jié)晶分析、譜分析； 生物、醫(yī)學: 細胞分析、染色體分類、血球分類、X射 線照片分析、CT； 環(huán)境保護: 水質(zhì)及大氣污染調(diào)查； 地質(zhì): 資源勘探、地圖繪制、GIS； 農(nóng)林: 植被分布調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)； 海洋: 魚群探查、海洋污染監(jiān)測； 水利: 河流分布、水利及水害調(diào)查； 氣像: 云圖分析等； 通信: 傳真、電視、多媒體通信； 工業(yè)一交通: 工業(yè)探傷、鐵路選線、機器人、產(chǎn)品質(zhì) 量監(jiān)測； 經(jīng)濟: 電子商務、身份認證、防偽； 軍事: 軍事偵察、導彈制導、電子抄盤、軍事 訓練等； 法律: 指

8、紋識別等；數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理系統(tǒng)應用第十六頁，共65頁。醫(yī)學：圖像處理在醫(yī)學界的應用非常廣泛，無論是在臨床診斷還是病理研究都大量采用圖像處理技術(shù)。它的直觀、無創(chuàng)傷、安全方便的憂點受到普遍的歡迎與接受。其主要應用如X射線照片的分析，血球計數(shù)與染色體分類等。目前廣泛應用于臨床診斷和治療的各種成像技術(shù)，如超聲波診斷等都用到圖像處理技術(shù)。有人認為計算機圖像處理在醫(yī)學上應用最成功的例子就是X射線CT（X-ray Computed Tomography）。1968-1972年英國的EMI公司的Hounsfeld研制了頭部CT，1975年又研制了全身CT。其中主要研制者Hounsfeld（英）和Com

9、mack(美）獲得了1979年的諾貝爾生理醫(yī)學獎。類似的設(shè)備目前已有多種，如核磁共振CT（NMRI，Nuclear Magnetic Resonance Imaging），電阻抗斷層圖像技術(shù)（EIT，Electrical Impedance Tomography）和阻抗成像（Impedance Imaging），這是一種利用人體組織的電特性（阻抗、導納、介電常數(shù)）形成人體內(nèi)部圖像的技術(shù)。數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理系統(tǒng)應用第十七頁，共65頁。利用電磁波譜成像分析系統(tǒng)診斷病情。如顯微鏡圖像分析，DNA成像分析等。一、生物醫(yī)學中的應用第十八頁，共65頁。CT及核磁共振、超聲波、 X射線成像分析等。如三

10、維測量可視化軟件系統(tǒng)可對各類醫(yī)學斷層圖像進行分析處理，提供診斷依據(jù)。一、生物醫(yī)學中的應用第十九頁，共65頁。CT stands for computerized tomography. In this procedure, a thin X-ray beam rotates around the area of the body to be visualized, generating a 3-D image of the internal structures. Using very complicated mathematical processes called algorithms,

11、the computer is able to generate a 3-D image of a section through the body. CT scans are very detailed and provide excellent information for the physician. 一、生物醫(yī)學中的應用第二十頁，共65頁。數(shù)字圖像處理一、生物醫(yī)學中的應用第二十一頁，共65頁。數(shù)字圖像處理一、生物醫(yī)學中的應用第二十二頁，共65頁。數(shù)字圖像處理一、生物醫(yī)學中的應用第二十三頁，共65頁。遙感：在遙感應用中，我們可以看到大量的與圖像處理密切相關(guān)的技術(shù)。從世界上出現(xiàn)第一幅照片

12、(1839年）、意大利人乘飛機拍攝了第一張照片(1909年）、前蘇聯(lián)（1957年）及美國（1958年）發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星等都為遙感技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。1962年國際上正式使用遙感一詞（Remote Sensing）。此后，美國相繼發(fā)射多顆陸地資源探測衛(wèi)星（1972年，LANDSAT-I四個波段，地面分辨率59m79m；1975年，LANDSAT-；1978年，LANDSAT-，分辨率40m40m；1982年，LANDSAT-，分辨率30m30m，在這顆衛(wèi)星上配置了GPS系統(tǒng)（Global Positioning System），定位精度在地心坐標系中為土10m。 遙感圖像處理的用處

13、越來越大，效率及分辨率也越來越高。如：土地測繪、資源調(diào)查、氣象監(jiān)測，環(huán)境污染監(jiān)測、農(nóng)作物估產(chǎn)、軍事偵察等。當前，在遙感圖像處理中主要解決數(shù)據(jù)量大和處理速度慢的矛盾。數(shù)字圖像處理二、遙感航天及其它測繪領(lǐng)域中的應用第二十四頁，共65頁。數(shù)字圖像處理二、遙感航天及其它測繪領(lǐng)域中的應用第二十五頁，共65頁。 二、遙感航天及其它測繪領(lǐng)域中的應用 第二十六頁，共65頁。 二、遙感航天及其它測繪領(lǐng)域中的應用 第二十七頁，共65頁。農(nóng)、林等資源的調(diào)查，農(nóng)作物長勢監(jiān)測，自然災害監(jiān)測、預報，地勢、地貌測繪以及地質(zhì)構(gòu)造解譯、找礦，環(huán)境污染檢測等等。 二、遙感航天及其它測繪領(lǐng)域中的應用 第二十八頁，共65頁。氣象預報

14、：獲取氣象云圖進行測繪、判讀等。風云1號風云2號 二、遙感航天及其它測繪領(lǐng)域中的應用 第二十九頁，共65頁。1998年長江（枝城-岳陽）洪澇災害監(jiān)測 二、遙感航天及其它測繪領(lǐng)域中的應用 第三十頁，共65頁。 二、遙感航天及其它測繪領(lǐng)域中的應用 第三十一頁，共65頁。全景影像采集車采集城市街道全景影像建立街道全景影像服務站應用領(lǐng)域：資產(chǎn)管理地產(chǎn)展示旅游規(guī)劃及景點展示學校虛擬校園展示、虛擬博物館展示水利、交通、工程的可視化應用 第三十二頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.033街頭全景采集車A型B型C型D型第三十三頁，共65頁。Finding Whoa at Offic

15、e 2.034*7臺相機-6臺水平360布置，1臺頂部布置*3個Sick LMS291激光掃描儀 1臺水平前掃，2臺垂直側(cè)掃*1臺GPS/Gyros組合導航儀*內(nèi)部儀器不詳A型街頭全景采集車已有安裝第三十四頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.035A型街頭全景采集車已有安裝第三十五頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.036*相機-相機數(shù)目7*Topcon GPS*內(nèi)部LCD顯示器*手機上網(wǎng)B型街頭全景采集車批量安裝第三十六頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.037B型街頭全景采集車批量安裝第三十七頁，共65頁。

16、Finding Whoa at Office 2.038*11個相機-圓球狀布置*GPS*數(shù)據(jù)采集機C型街頭全景采集車成品第三十八頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.039C型街頭全景采集車*Immersive Media公司*Dodeca 2360 Camera 30幀每秒（NTSC相機）*2400*1200拼接像素*數(shù)據(jù)采集機成品第三十九頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.040D型街頭全景采集車*4臺 Nikon DSLR相機試驗車第四十頁，共65頁。谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 街道全景影像采集車第四十一頁，共65頁。

17、谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 街道全景影像采集車第四十二頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.043谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第四十三頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.044谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第四十四頁，共65頁。45谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第四十五頁，共65頁。北京四維圖新導航技術(shù)有限公司全景影像采集車第四十六頁，共65頁。開發(fā)項目北京四維圖新導航技術(shù)有限公司第四十七頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.048第四十八頁，共65頁。Findi

18、ng Whoa at Office 2.049谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第四十九頁，共65頁。Finding Whoa at Office 2.050谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第五十頁，共65頁。51谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第五十一頁，共65頁。52第五十二頁，共65頁。53谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第五十三頁，共65頁。54谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第五十四頁，共65頁。55谷歌計劃拍下全球每家照片 建街頭景象網(wǎng)站 第五十五頁，共65頁。無損探傷，石油勘探，生產(chǎn)過程自動化（識別零件，裝配質(zhì)量檢查），工業(yè)機器人研

19、制等。三、工業(yè)中的應用第五十六頁，共65頁。軍事：航空及衛(wèi)星偵察照片的測繪、判讀，雷達、 聲納圖像處理，導彈制導，軍事仿真等。公安：指紋識別，印簽、偽鈔識別，安檢，手跡、印記鑒別分析等。四、軍事公安領(lǐng)域中的應用第五十七頁，共65頁。通信：圖像傳真，可視電話，衛(wèi)星通訊，數(shù)字電視等。五、其它應用第五十八頁，共65頁。數(shù)字圖像處理五、其它應用第五十九頁，共65頁。 （1） 在進一步提高精度的同時著重解決處理速度問題。如， 在航天遙感、氣象云圖處理方面，巨大的數(shù)據(jù)量和處理速度仍然是主要矛盾之一。 （2）加強軟件研究、開發(fā)新的處理方法，特別要注意移植和借鑒其他學科的技術(shù)和研究成果，創(chuàng)造新的處理方法。 （

20、3） 加強邊緣學科的研究工作，促進圖像處理技術(shù)的發(fā)展。如，人的視覺特性、心理學特性等的研究，如果有所突破，將對圖像處理技術(shù)的發(fā)展起到極大的促進作用。 數(shù)字圖像處理的發(fā)展動向第六十頁，共65頁。 （4） 加強理論研究， 逐步形成圖像處理科學自身的理論體系。 （5） 圖像處理領(lǐng)域的標準化。圖像的信息量大、數(shù)據(jù)量大， 因而圖像信息的建庫、檢索和交流是一個重要的問題。就現(xiàn)有的情況看， 軟件、硬件種類繁多， 交流和使用極為不便，成為資源共享的嚴重障礙。應建立圖像信息庫， 統(tǒng)一存放格式，建立標準子程序，統(tǒng)一檢索方法。 數(shù)字圖像處理的發(fā)展動向第六十一頁，共65頁。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)應用計算機圖像生成科學計算的可視化。傳輸通信及高清晰度電視機器人視覺及圖像測量圖像跟蹤及光學制導辦公自動化醫(yī)用圖像處理，材