數(shù)字圖像處理課件第一章R1

數(shù)字圖像處理單位：西安電子科技大學(xué)模式識別與智能控制研究所主講人：趙亦工電話：136-0915-3607郵件：ygzhao@

數(shù)字圖像處理單位：西安電子科技大學(xué)模式識別與智能控1教學(xué)概況教學(xué)目的理解概念、掌握方法、學(xué)會應(yīng)用教學(xué)安排本課程授課包括考試，48學(xué)時。3次課后上機實驗，每次4學(xué)時。前兩次課統(tǒng)計選課人數(shù)。大作業(yè)占15％，課后實驗、點名和平時作業(yè)占15％，閉卷考試成績占70％。教材和參考書《數(shù)字圖像處理》（第二版），許錄平，科學(xué)出版社。《數(shù)字圖像處理學(xué)習(xí)指導(dǎo)書》，許錄平，科學(xué)出版社?！稊?shù)字圖像處理》，岡薩雷斯?！稊?shù)字圖像處理》，卡斯?fàn)柭?。教學(xué)概況教學(xué)目的2第一章緒論1.1圖像和圖像處理1.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成1.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例1.6課程內(nèi)容簡介第一章緒論1.1圖像和圖像處理31.1圖像和圖像處理什么是圖：物體透射（吸收）或反射能量（光、無線電波、聲波、高能射線等）隨空間的分布，是客觀存在的。來自于自然界，自然形成：動植物、自然環(huán)境等。來自于人類，設(shè)計和創(chuàng)造：繪畫、人造物體等。自然界中存在的圖（某種能量的空間分布），很多不在可見光波段（電磁波、聲波和高能粒子射線），或空間尺度過小，用肉眼無法觀察到，需要借助專門的工具。掃描隧道顯微鏡STM：利用量子隧道效應(yīng)產(chǎn)生隧道電流的原理制作的顯微鏡。其分辨率可達(dá)原子水平，可查看大分子和生物膜分子結(jié)構(gòu)。原子力顯微鏡AFM：通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的?？捎^察大分子在體內(nèi)的活動變化?？梢匀S記錄拍攝。1.1圖像和圖像處理什么是圖：41.1圖像和圖像處理借助工具，“圖”可以轉(zhuǎn)換成可見光的形式，人可以通過肉眼觀察。1.1圖像和圖像處理借助工具，“圖”可以轉(zhuǎn)換成可見光的形51.1圖像和圖像處理什么是像：“像”是人的視覺系統(tǒng)對圖在大腦中形成的印象或認(rèn)識，屬于人的主觀感覺。什么是圖像：圖像（image）是圖和像的有機結(jié)合，既反映物體的客觀存在，又體現(xiàn)人的心理因素；是對客觀存在的物體的一種可視的、具有相似性的描述或映射，它包含了被描述對象的有關(guān)信息。小結(jié)：圖是某種物理客觀存在，像是人對這種客觀存在的主觀感受。人類從外界獲取的信息中有75%來自視覺，即以圖像的形式獲取。1.1圖像和圖像處理什么是像：61.1圖像和圖像處理圖像處理：圖像處理（imageprocessing）就是對包含圖像信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理和分析，以滿足人的視覺心理需要和某種實際應(yīng)用的需求（如圖像色彩增強、機器人視覺系統(tǒng)等）。圖像處理的分類：圖像處理可分為以下3類（按數(shù)據(jù)類型和處理手段）：模擬圖像處理（analogueimageprocessing）數(shù)字圖像處理（digitalimageprocessing）光電結(jié)合處理（optoelectronicimageprocessing）1.1圖像和圖像處理圖像處理：71.1圖像和圖像處理模擬圖像處理：也稱光學(xué)圖像處理，它是利用光學(xué)透鏡或光學(xué)照相方法對模擬圖像進(jìn)行的處理。實時性強、速度快、處理信息量大、分辨率高；處理精度低，功能改變靈活性差，能夠完成的處理功能有限，難以具備智能化功能。數(shù)字圖像處理：利用計算機對數(shù)字化后的圖像進(jìn)行處理。精度高、功能改變靈活性好、能完成復(fù)雜的處理功能、具備智能化功能；處理速度受到計算機和數(shù)字器件的限制，處理流程一般是串行處理，處理速度較慢。光電結(jié)合處理：用光學(xué)方法完成運算量巨大的處理（如頻譜變換等），而用計算機對光學(xué)處理結(jié)果（如頻譜）進(jìn)行分析判斷等處理。該方法是前兩種方法的有機結(jié)合，它集結(jié)了二者的優(yōu)點。光電結(jié)合處理是今后圖像處理的發(fā)展方向，也是一個值得關(guān)注的研究方向。1.1圖像和圖像處理模擬圖像處理：81.1圖像和圖像處理圖像的數(shù)學(xué)表示：一幅圖像所包含的信息首先表現(xiàn)為光（某種物理量）的強度（intensity）,即一幅圖像可看成是空間各個坐標(biāo)點上的光強度I的集合，其普遍數(shù)學(xué)表達(dá)式為：I=f(x，y，z，λ，t)式中(x,y,z)是空間坐標(biāo)，λ是波長，t是時間，I是光點(x,y,z)的強度（幅度）。

上式表示一幅運動的(t)、彩色/多光譜的(λ)、立體的(x,y,z)圖像。圖像種類：靜止圖像，與時間t無關(guān)；單色圖像（也稱灰度圖像），波長λ為一常數(shù)；平面圖像，則與坐標(biāo)z無關(guān)。即在每一種情況下，圖像的表示可省略掉一維（1）靜止圖像：I=f（x，y，z,λ）（2）灰度圖像：I=f（x，y，z，t）（3）平面圖像：I=f（x，y,λ,t）而對于平面上的靜止灰度圖像，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可簡化為：I=f（x，y）1.1圖像和圖像處理圖像的數(shù)學(xué)表示：91.1圖像和圖像處理圖像的分解和組合關(guān)系：

運動圖像可用（靜止）圖像序列表示，彩色圖像可分解成三基色圖像，三維圖像可由二維重建。

本課程主要針對平面上的靜止灰度圖像進(jìn)行論述。

圖像的特點：（1）空間有界：人的視野有限，一幅圖像的大小也有限。（2）幅度（強度）有限：即對于所有的x，y都有0≤f(x,y)≤Bm，其中Bm為有限值。1.1圖像和圖像處理圖像的分解和組合關(guān)系：101.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的目的：一般而言，對圖像進(jìn)行加工和分析主要有如下三方面的目的：提高圖像的視感質(zhì)量，以達(dá)到賞心悅目的目的。如去除圖像中的噪聲，改變圖像的亮度、顏色，增強圖像中的某些成份、抑制某些成份，對圖像進(jìn)行幾何變換等，從而改善圖像的質(zhì)量，以達(dá)到或真實的、或清晰的、或色彩豐富的、或意想不到的藝術(shù)效果。提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于計算機分析，例如，常用作模式識別、計算機視覺的預(yù)處理等。這些特征包括很多方面，如頻域特性、灰度／顏色特性、邊界／區(qū)域特性、紋理特性、形狀／拓?fù)涮匦砸约瓣P(guān)系結(jié)構(gòu)等。對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、編碼和壓縮，以便圖像存儲和傳輸。

圖像數(shù)字化的途徑：采用圖像掃描儀等將圖像數(shù)字化。對圖像傳感器采集的模擬圖像信號進(jìn)行數(shù)字化。1.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的目的：111.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的基本步驟：圖像信息的獲?。翰捎脠D像掃描儀等將圖像數(shù)字化；使用數(shù)字圖像傳感器。圖像信息的存儲：對獲取的數(shù)字圖像、處理過程中的圖像信息以及處理結(jié)果存儲在計算機等數(shù)字系統(tǒng)中。圖像信息的處理：即數(shù)字圖像處理，它是指用數(shù)字計算機或數(shù)字系統(tǒng)對數(shù)字圖像進(jìn)行的各種處理。圖像信息的傳輸：要解決的主要問題是傳輸信道和數(shù)據(jù)量的矛盾問題，一方面要改善傳輸信道，提高傳輸速率，另外要對傳輸?shù)膱D像信息進(jìn)行壓縮編碼，以減少描述圖像信息的數(shù)據(jù)量。圖像信息的輸出和顯示：用可視的方法進(jìn)行輸出和顯示（考慮人眼視覺模型）。1.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的基本步驟：121.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法：圖像數(shù)字化：將非數(shù)字形式的圖像信號通過數(shù)字化設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，包括采樣和量化。圖像變換：對圖像信息進(jìn)行變換以便于在變換域（頻域）對圖像進(jìn)行更有效的處理。圖像增強：增強圖像中的有用信息，削弱干擾和噪聲，提高圖像的清晰度，突出圖像中所感興趣的部分。圖像恢復(fù)（復(fù)原）：對退化的圖像進(jìn)行處理，使處理后的圖像盡可能地接近原始（清晰）圖像。圖像壓縮編碼：對待處理圖像進(jìn)行壓縮編碼以減少圖像的數(shù)據(jù)量。圖像分割：根據(jù)選定的特征將圖像劃分成若干個有意義的部分，這些選定的特征包括圖像的邊緣、區(qū)域等。圖像分析與描述：主要是對已經(jīng)分割的或正在分割的圖像各部分的屬性及各部分之間的關(guān)系進(jìn)行分析表述。圖像識別分類：根據(jù)從圖像中提取的各目標(biāo)物的特征，與目標(biāo)物固有的特征進(jìn)行匹配、識別，以作出對各目標(biāo)物類屬的判別。1.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法：131.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成基本組成：一個基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像輸入、圖像存儲、圖像通信、圖像處理和分析五個模塊組成。如下圖所示：1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成基本組成：141.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像輸入模塊：也稱圖像采集或圖像數(shù)字化，是利用圖像采集設(shè)備（數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等）來獲取數(shù)字圖像，或通過數(shù)字化設(shè)備（如圖像掃描儀）將要處理的連續(xù)圖像轉(zhuǎn)換成適于計算機處理的數(shù)字圖像。數(shù)字圖像存儲模塊：用于圖像處理和分析的數(shù)字圖像存儲器可分為三類：處理和分析過程中使用的快速存儲器；在線或聯(lián)機存儲器；不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫（檔案庫）存儲器。如計算機內(nèi)存、硬盤、軟盤、閃存盤、CD光盤、DVD光盤等。數(shù)字圖像輸出模塊：在圖像分析、識別和理解中，一般需要將處理前后的圖像顯示出來，或?qū)⑻幚斫Y(jié)果永久保存。前者稱為軟拷貝或顯示，使用設(shè)備包括CRT顯示器、液晶顯示器和投影儀等。后者稱為硬拷貝，使用設(shè)備包括照相機、激光拷貝和打印機等。數(shù)字圖像通信模塊：對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和通信。由于圖像數(shù)據(jù)量很大，而能提供通信的信道傳輸率又有限，因此傳輸前必須對表示圖像信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，以減少圖像數(shù)據(jù)量。1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像輸入模塊：151.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像處理與分析模塊：包括處理算法、實現(xiàn)軟件和計算機，一般包括下面三種形式：通用圖像處理：適用于功能要求靈活，圖像數(shù)據(jù)量大，但實時性要求不高的圖像處理與分析算法，也可輔之于方便靈活的操作界面。專用圖像處理系統(tǒng)：對于象CT、核磁共振、彩色B超、機場安檢等專用影像處理，可采用能滿足實際應(yīng)用的專用計算機和專用圖像處理算法等，來構(gòu)成專用圖像處理系統(tǒng)。圖像處理芯片：將許多圖像處理功能集成在一個很小的芯片上，形成專用或通用的圖像處理芯片。1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像處理與分析模塊：161.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用通信方面的應(yīng)用：圖像信息傳輸、電視電話、衛(wèi)星通信、數(shù)字電話等。主要是壓縮圖像數(shù)據(jù)和動態(tài)圖像（序列）傳送。宇宙探測中的應(yīng)用：主要是星體圖片的獲取、傳送和處理。遙感方面的應(yīng)用：（航空遙感和衛(wèi)星遙感），地形、地質(zhì)、資源的勘測，自然災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報和調(diào)查，環(huán)境監(jiān)測、調(diào)查等。生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用：細(xì)胞分析、染色體分類、放射圖像處理、血球分類、各種CT、核磁共振圖像分析、DNA顯示分析、顯微圖像處理、癌細(xì)胞識別、心臟活動的動態(tài)分析、超聲圖像成像、生物進(jìn)化的圖像分析等等。軍事公安方面的應(yīng)用：軍事：軍事目標(biāo)的偵察和探測、導(dǎo)彈制導(dǎo)、各種偵察圖像的判讀和識別，雷達(dá)、聲納圖像處理、指揮自動化系統(tǒng)等。公安：現(xiàn)場實景照片、指紋、足跡的分析與鑒別，人像、印章、手跡的識別與分析，集裝箱內(nèi)物品的核輻射成像檢測，人隨身攜帶物品的X射線檢查等。1.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用通信方面的應(yīng)用：圖像信息傳輸171.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用：將CAD和CAM技術(shù)應(yīng)用于磨具和零件優(yōu)化設(shè)計和制造、印制板質(zhì)量和缺陷的檢測、無損探傷、石油氣勘測、交通管制和機場監(jiān)控、紡織物的圖案設(shè)計、光的彈性場分析、運動工具的視覺反饋控制、流水線零件的自動監(jiān)測識別、郵件自動分揀和包裹的自動分揀識別等。天氣預(yù)報：天氣云圖測繪、傳輸，氣象衛(wèi)星云圖的處理和識別等?？脊牛赫滟F文物圖片、名畫、壁畫的展示與輔助恢復(fù)。新領(lǐng)域：信息安全：信息隱藏與數(shù)字水印(數(shù)字水印數(shù)碼相機)，指紋識別、虹膜識別和面部識別等。圖像檢索：基于內(nèi)容的圖像檢測、識別與檢索。體育運動：運動員動作的分析、評測及優(yōu)化設(shè)計。1.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用：將CAD和C181.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例裝甲車輛遙控武器站1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例裝甲車輛遙控武器站191.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例視頻圖像目標(biāo)自動跟蹤與火控系統(tǒng)1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例視頻圖像目標(biāo)自動跟蹤與火控系統(tǒng)201.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例視頻圖像目標(biāo)自動跟蹤與火控系統(tǒng)－硬件結(jié)構(gòu)輸入模擬電路和ADC輸出模擬電路和DAC以太網(wǎng)接口串行接口模擬電源時鐘數(shù)字電源同步分離DSPFPGA數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器復(fù)位調(diào)試接口電源接口1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例視頻圖像目標(biāo)自動跟蹤與火控系統(tǒng)211.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例視頻圖像目標(biāo)自動跟蹤與火控系統(tǒng)－原理框圖1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例視頻圖像目標(biāo)自動跟蹤與火控系統(tǒng)221.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例231.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例241.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例251.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例261.5課程內(nèi)容簡介圖像處理基礎(chǔ)第一章緒論第二章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)第三章圖像變換圖像處理技術(shù)圖像增強圖像恢復(fù)圖像壓縮編碼圖像分析方法圖像分割圖像描述圖像分類識別1.5課程內(nèi)容簡介圖像處理基礎(chǔ)27第一章習(xí)題1.1什么是圖像？如何區(qū)分?jǐn)?shù)字圖像和模擬圖像？☆1.2一般的數(shù)字圖像處理要經(jīng)過幾個步驟？由哪些內(nèi)容組成？1.3圖像處理的目的是什么？針對每個目的請舉出實際生活中的一個例子。☆1.4說明圖像數(shù)學(xué)表達(dá)式中各參數(shù)的含義，該表達(dá)式代表哪幾種不同種類的圖像？☆1.5說明表示的圖像類型及其之間的關(guān)系?！?.6一個數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由哪幾個模塊組成？試說明各模塊的作用。1.7數(shù)字圖像處理主要應(yīng)用在哪些方面？試舉例說明。第一章習(xí)題1.1什么是圖像？如何區(qū)分?jǐn)?shù)字圖像和28本章要求及作業(yè)本章要求：了解圖像及圖像處理的概念、圖像的表達(dá)方法、圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成及數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用。本章作業(yè)：（1）思考：1.1，1.3，1.7。（2）必做：1.2，1.4，1.5，1.6。本章要求及作業(yè)本章要求：29數(shù)字圖像處理單位：西安電子科技大學(xué)模式識別與智能控制研究所主講人：趙亦工電話：136-0915-3607郵件：ygzhao@

數(shù)字圖像處理單位：西安電子科技大學(xué)模式識別與智能控30教學(xué)概況教學(xué)目的理解概念、掌握方法、學(xué)會應(yīng)用教學(xué)安排本課程授課包括考試，48學(xué)時。3次課后上機實驗，每次4學(xué)時。前兩次課統(tǒng)計選課人數(shù)。大作業(yè)占15％，課后實驗、點名和平時作業(yè)占15％，閉卷考試成績占70％。教材和參考書《數(shù)字圖像處理》（第二版），許錄平，科學(xué)出版社?！稊?shù)字圖像處理學(xué)習(xí)指導(dǎo)書》，許錄平，科學(xué)出版社?！稊?shù)字圖像處理》，岡薩雷斯?！稊?shù)字圖像處理》，卡斯?fàn)柭?。教學(xué)概況教學(xué)目的31第一章緒論1.1圖像和圖像處理1.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成1.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用1.5數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實例1.6課程內(nèi)容簡介第一章緒論1.1圖像和圖像處理321.1圖像和圖像處理什么是圖：物體透射（吸收）或反射能量（光、無線電波、聲波、高能射線等）隨空間的分布，是客觀存在的。來自于自然界，自然形成：動植物、自然環(huán)境等。來自于人類，設(shè)計和創(chuàng)造：繪畫、人造物體等。自然界中存在的圖（某種能量的空間分布），很多不在可見光波段（電磁波、聲波和高能粒子射線），或空間尺度過小，用肉眼無法觀察到，需要借助專門的工具。掃描隧道顯微鏡STM：利用量子隧道效應(yīng)產(chǎn)生隧道電流的原理制作的顯微鏡。其分辨率可達(dá)原子水平，可查看大分子和生物膜分子結(jié)構(gòu)。原子力顯微鏡AFM：通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的?？捎^察大分子在體內(nèi)的活動變化?？梢匀S記錄拍攝。1.1圖像和圖像處理什么是圖：331.1圖像和圖像處理借助工具，“圖”可以轉(zhuǎn)換成可見光的形式，人可以通過肉眼觀察。1.1圖像和圖像處理借助工具，“圖”可以轉(zhuǎn)換成可見光的形341.1圖像和圖像處理什么是像：“像”是人的視覺系統(tǒng)對圖在大腦中形成的印象或認(rèn)識，屬于人的主觀感覺。什么是圖像：圖像（image）是圖和像的有機結(jié)合，既反映物體的客觀存在，又體現(xiàn)人的心理因素；是對客觀存在的物體的一種可視的、具有相似性的描述或映射，它包含了被描述對象的有關(guān)信息。小結(jié)：圖是某種物理客觀存在，像是人對這種客觀存在的主觀感受。人類從外界獲取的信息中有75%來自視覺，即以圖像的形式獲取。1.1圖像和圖像處理什么是像：351.1圖像和圖像處理圖像處理：圖像處理（imageprocessing）就是對包含圖像信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理和分析，以滿足人的視覺心理需要和某種實際應(yīng)用的需求（如圖像色彩增強、機器人視覺系統(tǒng)等）。圖像處理的分類：圖像處理可分為以下3類（按數(shù)據(jù)類型和處理手段）：模擬圖像處理（analogueimageprocessing）數(shù)字圖像處理（digitalimageprocessing）光電結(jié)合處理（optoelectronicimageprocessing）1.1圖像和圖像處理圖像處理：361.1圖像和圖像處理模擬圖像處理：也稱光學(xué)圖像處理，它是利用光學(xué)透鏡或光學(xué)照相方法對模擬圖像進(jìn)行的處理。實時性強、速度快、處理信息量大、分辨率高；處理精度低，功能改變靈活性差，能夠完成的處理功能有限，難以具備智能化功能。數(shù)字圖像處理：利用計算機對數(shù)字化后的圖像進(jìn)行處理。精度高、功能改變靈活性好、能完成復(fù)雜的處理功能、具備智能化功能；處理速度受到計算機和數(shù)字器件的限制，處理流程一般是串行處理，處理速度較慢。光電結(jié)合處理：用光學(xué)方法完成運算量巨大的處理（如頻譜變換等），而用計算機對光學(xué)處理結(jié)果（如頻譜）進(jìn)行分析判斷等處理。該方法是前兩種方法的有機結(jié)合，它集結(jié)了二者的優(yōu)點。光電結(jié)合處理是今后圖像處理的發(fā)展方向，也是一個值得關(guān)注的研究方向。1.1圖像和圖像處理模擬圖像處理：371.1圖像和圖像處理圖像的數(shù)學(xué)表示：一幅圖像所包含的信息首先表現(xiàn)為光（某種物理量）的強度（intensity）,即一幅圖像可看成是空間各個坐標(biāo)點上的光強度I的集合，其普遍數(shù)學(xué)表達(dá)式為：I=f(x，y，z，λ，t)式中(x,y,z)是空間坐標(biāo)，λ是波長，t是時間，I是光點(x,y,z)的強度（幅度）。

上式表示一幅運動的(t)、彩色/多光譜的(λ)、立體的(x,y,z)圖像。圖像種類：靜止圖像，與時間t無關(guān)；單色圖像（也稱灰度圖像），波長λ為一常數(shù)；平面圖像，則與坐標(biāo)z無關(guān)。即在每一種情況下，圖像的表示可省略掉一維（1）靜止圖像：I=f（x，y，z,λ）（2）灰度圖像：I=f（x，y，z，t）（3）平面圖像：I=f（x，y,λ,t）而對于平面上的靜止灰度圖像，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可簡化為：I=f（x，y）1.1圖像和圖像處理圖像的數(shù)學(xué)表示：381.1圖像和圖像處理圖像的分解和組合關(guān)系：

運動圖像可用（靜止）圖像序列表示，彩色圖像可分解成三基色圖像，三維圖像可由二維重建。

本課程主要針對平面上的靜止灰度圖像進(jìn)行論述。

圖像的特點：（1）空間有界：人的視野有限，一幅圖像的大小也有限。（2）幅度（強度）有限：即對于所有的x，y都有0≤f(x,y)≤Bm，其中Bm為有限值。1.1圖像和圖像處理圖像的分解和組合關(guān)系：391.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的目的：一般而言，對圖像進(jìn)行加工和分析主要有如下三方面的目的：提高圖像的視感質(zhì)量，以達(dá)到賞心悅目的目的。如去除圖像中的噪聲，改變圖像的亮度、顏色，增強圖像中的某些成份、抑制某些成份，對圖像進(jìn)行幾何變換等，從而改善圖像的質(zhì)量，以達(dá)到或真實的、或清晰的、或色彩豐富的、或意想不到的藝術(shù)效果。提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于計算機分析，例如，常用作模式識別、計算機視覺的預(yù)處理等。這些特征包括很多方面，如頻域特性、灰度／顏色特性、邊界／區(qū)域特性、紋理特性、形狀／拓?fù)涮匦砸约瓣P(guān)系結(jié)構(gòu)等。對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、編碼和壓縮，以便圖像存儲和傳輸。

圖像數(shù)字化的途徑：采用圖像掃描儀等將圖像數(shù)字化。對圖像傳感器采集的模擬圖像信號進(jìn)行數(shù)字化。1.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的目的：401.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的基本步驟：圖像信息的獲?。翰捎脠D像掃描儀等將圖像數(shù)字化；使用數(shù)字圖像傳感器。圖像信息的存儲：對獲取的數(shù)字圖像、處理過程中的圖像信息以及處理結(jié)果存儲在計算機等數(shù)字系統(tǒng)中。圖像信息的處理：即數(shù)字圖像處理，它是指用數(shù)字計算機或數(shù)字系統(tǒng)對數(shù)字圖像進(jìn)行的各種處理。圖像信息的傳輸：要解決的主要問題是傳輸信道和數(shù)據(jù)量的矛盾問題，一方面要改善傳輸信道，提高傳輸速率，另外要對傳輸?shù)膱D像信息進(jìn)行壓縮編碼，以減少描述圖像信息的數(shù)據(jù)量。圖像信息的輸出和顯示：用可視的方法進(jìn)行輸出和顯示（考慮人眼視覺模型）。1.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的基本步驟：411.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法：圖像數(shù)字化：將非數(shù)字形式的圖像信號通過數(shù)字化設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，包括采樣和量化。圖像變換：對圖像信息進(jìn)行變換以便于在變換域（頻域）對圖像進(jìn)行更有效的處理。圖像增強：增強圖像中的有用信息，削弱干擾和噪聲，提高圖像的清晰度，突出圖像中所感興趣的部分。圖像恢復(fù)（復(fù)原）：對退化的圖像進(jìn)行處理，使處理后的圖像盡可能地接近原始（清晰）圖像。圖像壓縮編碼：對待處理圖像進(jìn)行壓縮編碼以減少圖像的數(shù)據(jù)量。圖像分割：根據(jù)選定的特征將圖像劃分成若干個有意義的部分，這些選定的特征包括圖像的邊緣、區(qū)域等。圖像分析與描述：主要是對已經(jīng)分割的或正在分割的圖像各部分的屬性及各部分之間的關(guān)系進(jìn)行分析表述。圖像識別分類：根據(jù)從圖像中提取的各目標(biāo)物的特征，與目標(biāo)物固有的特征進(jìn)行匹配、識別，以作出對各目標(biāo)物類屬的判別。1.2數(shù)字圖像處理的步驟和方法數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法：421.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成基本組成：一個基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像輸入、圖像存儲、圖像通信、圖像處理和分析五個模塊組成。如下圖所示：1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成基本組成：431.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像輸入模塊：也稱圖像采集或圖像數(shù)字化，是利用圖像采集設(shè)備（數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等）來獲取數(shù)字圖像，或通過數(shù)字化設(shè)備（如圖像掃描儀）將要處理的連續(xù)圖像轉(zhuǎn)換成適于計算機處理的數(shù)字圖像。數(shù)字圖像存儲模塊：用于圖像處理和分析的數(shù)字圖像存儲器可分為三類：處理和分析過程中使用的快速存儲器；在線或聯(lián)機存儲器；不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫（檔案庫）存儲器。如計算機內(nèi)存、硬盤、軟盤、閃存盤、CD光盤、DVD光盤等。數(shù)字圖像輸出模塊：在圖像分析、識別和理解中，一般需要將處理前后的圖像顯示出來，或?qū)⑻幚斫Y(jié)果永久保存。前者稱為軟拷貝或顯示，使用設(shè)備包括CRT顯示器、液晶顯示器和投影儀等。后者稱為硬拷貝，使用設(shè)備包括照相機、激光拷貝和打印機等。數(shù)字圖像通信模塊：對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和通信。由于圖像數(shù)據(jù)量很大，而能提供通信的信道傳輸率又有限，因此傳輸前必須對表示圖像信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，以減少圖像數(shù)據(jù)量。1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像輸入模塊：441.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像處理與分析模塊：包括處理算法、實現(xiàn)軟件和計算機，一般包括下面三種形式：通用圖像處理：適用于功能要求靈活，圖像數(shù)據(jù)量大，但實時性要求不高的圖像處理與分析算法，也可輔之于方便靈活的操作界面。專用圖像處理系統(tǒng)：對于象CT、核磁共振、彩色B超、機場安檢等專用影像處理，可采用能滿足實際應(yīng)用的專用計算機和專用圖像處理算法等，來構(gòu)成專用圖像處理系統(tǒng)。圖像處理芯片：將許多圖像處理功能集成在一個很小的芯片上，形成專用或通用的圖像處理芯片。1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成數(shù)字圖像處理與分析模塊：451.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用通信方面的應(yīng)用：圖像信息傳輸、電視電話、衛(wèi)星通信、數(shù)字電話等。主要是壓縮圖像數(shù)據(jù)和動態(tài)圖像（序列）傳送。宇宙探測中的應(yīng)用：主要是星體圖片的獲取、傳送和處理。遙感方面的應(yīng)用：（航空遙感和衛(wèi)星遙感），地形、地質(zhì)、資源的勘測，自然災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報和調(diào)查，環(huán)境監(jiān)測、調(diào)查等。生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用：細(xì)胞分析、染色體分類、放射圖像處理、血球分類、各種CT、核磁共振圖像分析、DNA顯示分析、顯微圖像處理、癌細(xì)胞識別、心臟活動的動態(tài)分析、超聲圖像成像、生物進(jìn)化的圖像分析等等。軍事公安方面的應(yīng)用：軍事：軍事目標(biāo)的偵察和探測、導(dǎo)彈制導(dǎo)、各種偵察圖像的判讀和識別，雷達(dá)、聲納圖像處理、指揮自動化系統(tǒng)等。公安：現(xiàn)場實景照片、指紋、足跡的分析與鑒別，人像、印章、手跡的識別與分析，集裝箱內(nèi)物品的核輻射成像檢測，人隨身攜帶物品的X射線檢查等。1.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用通信方面的應(yīng)用：圖像信息傳輸461.4數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用：將CAD和CAM技術(shù)應(yīng)用于磨具和零件優(yōu)化設(shè)計和制造、印制板質(zhì)量和缺陷的檢測、無損探傷、石油氣勘測、交通管制和機場監(jiān)控、紡織物的圖案設(shè)計、光的彈性