圖像處理實(shí)踐教程1課件

第1章數(shù)字圖像處理概述1.1圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)1.2數(shù)字圖像處理術(shù)語1.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容1.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用1.5數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)1.6圖像處理工程簡述2022/12/17第1章數(shù)字圖像處理概述

1.1圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)1.數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成

圖1.1數(shù)字圖像處理系統(tǒng)組成框圖2022/12/17

1.1圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)2.數(shù)字圖像的基本概念圖像不能直接由計(jì)算機(jī)處理和分析。計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字文件，而不是圖片，一幅圖像在用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理前必須先轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式。物理圖像被劃分為稱作圖像元素的小區(qū)域，圖像元素簡稱為像素。將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像的過程稱為數(shù)字化。在每個(gè)像素位置上，圖像的亮度被采樣和量化，得到圖像的對(duì)應(yīng)點(diǎn)上表示其亮暗程度的一個(gè)整數(shù)值。在對(duì)所有的像素都完成上述轉(zhuǎn)化后，圖像被表示成一個(gè)整數(shù)矩陣。每個(gè)像素具有兩個(gè)屬性：位置和灰度。位置（或稱為地址）由掃描線內(nèi)采樣點(diǎn)的兩個(gè)坐標(biāo)決定，它們又稱為行和列。表示該像素位置上亮暗程度的整數(shù)稱為灰度。2022/12/171.2數(shù)字圖像處理術(shù)語數(shù)字圖像處理：將一幅圖像變?yōu)榱硪环?jīng)過修改的圖像，數(shù)字圖像處理是一個(gè)由圖像到圖像的過程。數(shù)字圖像分析則是指將一幅圖像轉(zhuǎn)化為一種非圖像的表示方法。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：一門涉及用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理和顯示的學(xué)科。計(jì)算機(jī)視覺：使計(jì)算機(jī)能夠觀察和理解自然景物的系統(tǒng)。在更廣泛的意義上，使用數(shù)字圖像涵蓋任何用計(jì)算機(jī)來操作與圖像有關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺，以及數(shù)字圖像處理和分析。2022/12/17數(shù)字化：將一幅圖像從原來的形式轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的處理過程。掃描：對(duì)一幅圖像內(nèi)的給定位置尋址。在掃描過程中被尋址的最小單元是圖像元素，即像素，對(duì)攝影圖像的數(shù)字化就是對(duì)膠片上一個(gè)個(gè)小斑點(diǎn)的順序掃描。采樣：在一幅圖像的每個(gè)像素位置上測量灰度值。量化：將測量的灰度值用一個(gè)整數(shù)表示。1.2數(shù)字圖像處理術(shù)語2022/12/171.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容1.3.1數(shù)字圖像處理的方法1.空域法空域法把圖像看作關(guān)于x,y坐標(biāo)位置的像素的集合，直接對(duì)二維函數(shù)的集合進(jìn)行相應(yīng)的處理?？沼蛱幚矸ㄖ饕袃纱箢悾?）鄰域處理法——

梯度運(yùn)算，平滑算子運(yùn)算和卷積運(yùn)算2）點(diǎn)處理法——

灰度處理，面積、周長、體積運(yùn)算等。2022/12/171.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容2.變換域法數(shù)字圖像的變換域處理方法是對(duì)圖像進(jìn)行正交變換，得到變換域系數(shù)陣列，然后再對(duì)系數(shù)陣列進(jìn)行處理，反變換到空間域最后得到處理結(jié)果的顯示。2022/12/173.數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理多采用計(jì)算機(jī)處理，主要內(nèi)容為幾何處理、算術(shù)處理、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像編碼、圖像重建、圖像識(shí)別和圖像理解。1）幾何處理幾何處理主要包括坐標(biāo)變換，圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，多個(gè)圖像配準(zhǔn)，圖像的校正，圖像周長、面積、體積的計(jì)算等。

2）算術(shù)處理算術(shù)處理主要對(duì)圖像施以加、減、乘、除等運(yùn)算。1.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容2022/12/174）圖像編碼壓縮圖像編碼是利用圖像信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性及人類視覺的生理學(xué)及心理學(xué)特性對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行編碼，圖像編碼的目的：（1）減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量；（2）降低碼流以減少傳輸帶寬；（3）壓縮信息量，便于識(shí)別和理解。圖像編碼壓縮技術(shù)可以減少描述圖像的數(shù)據(jù)量，以節(jié)省圖像傳輸、處理的時(shí)間和減少所占用的存儲(chǔ)器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。1.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容2022/12/171.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容6）圖像分割圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。將圖像中有意義的特征部分提取出來，有意義的特征包括圖像中的邊緣、區(qū)域等，是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法，但是還沒有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。對(duì)圖像分割的研究還在不斷深入之中，是目前圖像處理中研究的熱點(diǎn)之一。2022/12/177）圖像描述圖像描述是圖像識(shí)別和理解的必要前提。作為最簡單的二值圖像可以采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。對(duì)于特殊的紋理圖像可以采用二維紋理特征描述。隨著圖像處理技術(shù)研究的深入發(fā)展，已經(jīng)開始進(jìn)行三維物體描述的研究，提出了體積描述、表面描述、廣義圓柱體描述等方法。1.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容2022/12/178）圖像識(shí)別圖像分類識(shí)別屬于模式識(shí)別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預(yù)處理（如增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類。圖像分類常采用經(jīng)典的模式識(shí)別方法，有統(tǒng)計(jì)模式分類和句法結(jié)構(gòu)模式分類，近年來新發(fā)展起來的模糊模式識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式分類在圖像識(shí)別中也越來越受到重視。1.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容2022/12/179）圖像理解圖像理解是由模式識(shí)別發(fā)展起來的方法。這種處理過程的輸入是圖像，輸出是一種描述。這種描述并不僅是單純的用符號(hào)做出詳細(xì)的描繪，而且要根據(jù)客觀世界的知識(shí)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)想、思考及推論，從而理解圖像所表現(xiàn)的內(nèi)容。圖像理解有時(shí)也稱為景物理解。在這一領(lǐng)域還有相當(dāng)多的問題需要進(jìn)行深入研究。1.3數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容2022/12/171.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用1.工業(yè)應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)用于模具、零件制造、服裝、印染業(yè)，產(chǎn)品無損檢測、焊縫及內(nèi)部缺陷檢查，裝配流水線零件自動(dòng)檢測，郵件、包裹自動(dòng)分檢、識(shí)別，印刷板質(zhì)量、缺陷檢出，生產(chǎn)過程的監(jiān)測、監(jiān)控，形狀相同批量產(chǎn)品的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，金相分析，密封元器件內(nèi)部的質(zhì)量檢查等。2022/12/174.生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用顯微圖像處理，DNA（脫氧核糖核酸）顯示分析，紅、白血球分析計(jì)數(shù)，蟲卵及組織切片的分析，細(xì)胞識(shí)別，染色體分析，DSA（心血管數(shù)字減影）以及其他減影技術(shù)，內(nèi)臟大小形狀及異常檢出，心臟活動(dòng)三維圖像動(dòng)態(tài)分析，熱像分析、紅外圖像分析，X光照片增強(qiáng)、凍結(jié)、以及偽彩色增強(qiáng)，超聲圖像成像、凍結(jié)、增強(qiáng)及偽彩色處理，CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描）圖像處理，專家系統(tǒng)手術(shù)規(guī)劃的應(yīng)用，生物進(jìn)化的圖像分析等。1.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用2022/12/17

5.遙感航天領(lǐng)域的應(yīng)用多光譜衛(wèi)星圖像分析，地形、地貌、國土普查，地質(zhì)、礦藏勘探，森林資源探查、分類、防火，水利資源探查，洪水泛濫監(jiān)測，海洋、漁業(yè)方面如溫度、魚群的監(jiān)測、預(yù)報(bào)，農(nóng)業(yè)方面如糧食估產(chǎn)、病蟲害調(diào)查，自然災(zāi)害、環(huán)境污染的監(jiān)測，氣象、天氣預(yù)報(bào)圖的合成分析預(yù)報(bào)，天文、太空星體的探測及分析。1.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用2022/12/177.通信工程方面的應(yīng)用當(dāng)前通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)合的多媒體通信。將電話、電視和計(jì)算機(jī)以三網(wǎng)合一的方式在數(shù)字通信網(wǎng)上傳輸。其中以視頻通信最為復(fù)雜和困難，圖像的數(shù)據(jù)量十分巨大，傳送彩色電視信號(hào)的速率達(dá)100Mbps以上。要將高速率的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送出去，必須采用編碼技術(shù)來壓縮信息的比特量。編碼壓縮是這些技術(shù)成敗的關(guān)鍵。除了已應(yīng)用較廣泛的熵編碼、差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）編碼、變換編碼外，目前國內(nèi)外正在大力開發(fā)研究新的編碼方法，如分行編碼、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼、小波變換圖像壓縮編碼等。1.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用2022/12/17

8.其他應(yīng)用領(lǐng)域服裝試穿效果顯示，理發(fā)發(fā)型預(yù)測顯示，電視會(huì)議，辦公自動(dòng)化、現(xiàn)場視頻管理，文字圖像電視廣告等。1.4數(shù)字圖像處理的應(yīng)用2022/12/17

2.處理精度高

按目前的技術(shù)，幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組，這主要取決于圖像數(shù)字化設(shè)備的能力?，F(xiàn)代掃描儀可以把每個(gè)像素的灰度等級(jí)量化為16位甚至更高，這意味著圖像的數(shù)字化精度可以達(dá)到滿足任一應(yīng)用需求。對(duì)計(jì)算機(jī)而言，不論數(shù)組大小，也不論每個(gè)像素的位數(shù)多少，其處理程序幾乎是一樣的。從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實(shí)現(xiàn)的，只要在處理時(shí)改變程序中的數(shù)組參數(shù)就可以了。1.5數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)2022/12/17

3.適用領(lǐng)域廣泛

圖像可以來自多種信息源，可以是可見光圖像，也可以是不可見的波譜圖像（如X射線圖像、射線圖像、超聲波圖像或紅外圖像等）。從圖像反映的客觀實(shí)體尺度看，可以小到電子顯微鏡圖像，大到航空照片、遙感圖像，甚至天文望遠(yuǎn)鏡圖像。這些來自不同信息源的圖像只要被變換為數(shù)字編碼形式后，均是用二維數(shù)組表示的灰度圖像。彩色圖像也是由灰度圖像組合而成的，如RGB圖像由紅、綠、藍(lán)三個(gè)灰度圖像組合而成，因而均可用計(jì)算機(jī)來處理。只要針對(duì)不同的圖像信息源，采取相應(yīng)的圖像信息采集措施，圖像的數(shù)字處理方法適用于任何一種圖像。1.5數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)2022/12/17

4.靈活性高圖像處理大體上可分為圖像的像質(zhì)改善、圖像分析和圖像重建三大部分，每一部分均包含豐富的內(nèi)容。由于圖像的光學(xué)處理從原理上講只能進(jìn)行線性運(yùn)算，極大地限制了光學(xué)圖像處理能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。而數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達(dá)的一切運(yùn)算均可用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)。

1.5數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)2022/12/171.6圖像處理工程簡述

圖1.2圖像工程三個(gè)層次圖像處理圖像分析圖像理解像素目標(biāo)符號(hào)操作對(duì)象大小數(shù)據(jù)量低層中層高層語義抽象程度低高2022/12/17