《數(shù)字圖像處理教程（OPENCV版）》 課件 Ch01 緒論、Ch02 數(shù)字圖像的基本概念和運(yùn)算

數(shù)字圖像處理教程第1章緒論數(shù)字圖像與模擬圖像

2024/5/621.1數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成2024/5/63實(shí)際場景在適當(dāng)光源照射下產(chǎn)生反射光波或者物體本身發(fā)射電磁波傳感器接收到反射光波或物體本身發(fā)射的電磁波，并將接收到的信號(hào)數(shù)字化后輸出給圖像處理設(shè)備圖像處理設(shè)備指配置適當(dāng)軟件、硬件的處理設(shè)備，該設(shè)備可根據(jù)指定用途將圖像顯示、存儲(chǔ)或者經(jīng)后期算法處理達(dá)到特定目的1.2電磁波譜與可見光數(shù)字圖像處理主要圖像源是電磁波譜電磁波大致分類如下：無線電波、微波、紅外波段、可見光波段、紫外波段、X射線波段以及伽馬射線等可見光波段人眼可見，呈現(xiàn)色彩，可見光波段波長由長變短依次分為：紅橙黃綠藍(lán)青紫光學(xué)傳感器獲得的非可見光波段信號(hào)無色彩，需要將信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為圖像灰度或者賦予色彩，將信號(hào)用圖像這種直觀的方式表示2024/5/641.2電磁波譜與可見光無線電波波段成像主要用于醫(yī)學(xué)和天文學(xué)在天文觀測中星星和氣體的排放會(huì)發(fā)送無線電波，這種能量最低的射線可以顯示電子和氫氣的分布。醫(yī)學(xué)中無線電波波段用于核磁共振成像（MRI），該技術(shù)是病人放在強(qiáng)磁場中，并讓無線電短脈沖通過病人的身體，脈沖引發(fā)人體組織產(chǎn)生響應(yīng)脈沖，根據(jù)接收到的響應(yīng)脈沖強(qiáng)度繪制出的二維剖面圖像2024/5/651.2電磁波譜與可見光微波是頻率在300MHz~300GHz，用于天文觀測、生物組織成像、遙感等，自動(dòng)駕駛中所用的雷達(dá)波成像就是微波成像與無線電波相比，微波具有頻率高、頻帶寬、信息容量大、波長短、方向性好等特點(diǎn)微波可以穿透冰層，受云雨影響小，能夠穿透煙霧，因而可以探測植被、沙漠、冰層的下方，這使得微波遙感圖像在多云多雨地區(qū)、災(zāi)后生態(tài)環(huán)境較差地區(qū)、森林火災(zāi)地區(qū)具有突出的優(yōu)勢2024/5/661.2電磁波譜與可見光紅外波成像無需外部光或熱源就可獲得完整的熱排放量被動(dòng)影像，用于天文、夜間輔助駕駛、安防監(jiān)控、交通監(jiān)控、軍事設(shè)備全天候全視系統(tǒng)、遙感、生物檢測、地質(zhì)勘探波長由高到低依次可細(xì)分為遠(yuǎn)紅外波、長波紅外波、中波紅外波、短波紅外波和近紅外波紅外熱成像位于長波、中波二個(gè)波段，在這個(gè)波段的感測器不需要外部光或熱源就可獲得完整的熱排放量被動(dòng)影像短波紅外波成像與可見光類似，用于被動(dòng)獲取目標(biāo)信息。短波紅外波用于遙感成像和地面災(zāi)害檢測、礦物質(zhì)勘測、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測等2024/5/671.2電磁波譜與可見光光波段圖像是最常見的，無需處理人眼就可直接看到彩色圖像，這一波段的成像應(yīng)用領(lǐng)域之廣遠(yuǎn)超其它波段，廣泛應(yīng)用于遙感、天文、工業(yè)檢測、娛樂等各個(gè)方面2024/5/681.2電磁波譜與可見光紫外線波長100nm~400nm，應(yīng)用包括平板印刷術(shù)、工業(yè)檢測、顯微鏡方法、激光、生物成像和天文觀測等2024/5/691.2電磁波譜與可見光X射線最早用于成像的電磁波輻射源之一。醫(yī)學(xué)中的血管造影用的就是X射線成像，將顯影劑注入血管里，因?yàn)閄光無法穿透顯影劑，這樣可以消除骨骼和軟組織影像，使血管清晰顯，血管造影正是利用這一特性，通過顯影劑在X光下所顯示的影像來診斷血管病變。如冠狀動(dòng)脈造影圖。CT就是X射線斷層掃描X射線圖像還被廣泛用于工業(yè)檢測和天文研究。x射線波段在天文中用于觀測星際氣體。在安防領(lǐng)域X射線也有很多應(yīng)用，例如地鐵、車站的行李安檢機(jī)用的就是X射線2024/5/6101.2電磁波譜與可見光伽馬射線頻率最高該波段成像的主要用于核醫(yī)學(xué)和天文觀測在核醫(yī)學(xué)中將放射性同位素注射到人體內(nèi)，當(dāng)這種物質(zhì)衰變時(shí)會(huì)釋放出伽馬射線，然后用伽馬射線檢測儀收集到的放射線來產(chǎn)生圖像，主要用于骨骼病變的定位伽馬射線成像在天文觀測中常用，伽馬射線風(fēng)暴代表了黑洞或中子星的誕生2024/5/6111.3電磁波傳感器2024/5/6121.3電磁波傳感器

2024/5/6131.4視覺系統(tǒng)特性2024/5/614視網(wǎng)膜中包含大約視錐細(xì)胞（cones)、視桿細(xì)胞（rod）視錐細(xì)胞可以感知色彩，對(duì)紅、綠、藍(lán)光最敏感視桿細(xì)胞僅能分辨明暗不能感知色彩視桿細(xì)胞比視錐細(xì)胞數(shù)量多，因此人眼對(duì)亮度比對(duì)色彩更敏感弱光環(huán)境下僅視桿細(xì)胞起作用，視覺系統(tǒng)無法在暗環(huán)境中辨別色彩視錐細(xì)胞有三種，分別對(duì)波長在570nm紅光、波長535nm綠光、波長445nm藍(lán)光最敏感。三種視錐細(xì)胞有部分重疊的頻率響應(yīng)曲線，但響應(yīng)強(qiáng)度有所不同，它們共同決定了色彩感覺視覺系統(tǒng)對(duì)相同強(qiáng)度、不同波長的光敏感度不同，其中對(duì)綠光最敏感，對(duì)藍(lán)光最不敏感2024/5/6151.4.1視覺適應(yīng)性分為暗適應(yīng)、明適應(yīng)和色適應(yīng)暗適應(yīng)是由視桿細(xì)胞代替視錐細(xì)胞的過程。一般10~30秒明適應(yīng)反之。由于視錐細(xì)胞恢復(fù)工作遠(yuǎn)比視桿細(xì)胞快，因此明適應(yīng)幾秒內(nèi)就可完成色適應(yīng)指視覺系統(tǒng)隨著觀測光譜分布變化，對(duì)顏色刺激靈敏度發(fā)生變化的特性長時(shí)間觀測很鮮艷的物體后感覺色彩沒那么鮮艷了，長時(shí)間看色彩灰暗的物體后感覺色彩變鮮艷了，強(qiáng)藍(lán)光刺激后再看紅色物體，感覺是綠色等2024/5/6161.4.2視覺惰性對(duì)亮度變化反應(yīng)滯后的特性稱為視覺惰性光強(qiáng)度突然劇烈變化時(shí)，不能在瞬間形成穩(wěn)定的主觀亮度感覺，有個(gè)短暫的過渡時(shí)間，隨著時(shí)間增長主觀亮度感覺由小到大，達(dá)到最大值后又降低到正常值光消失時(shí)亮度感覺并不立即消失，而是近似指數(shù)衰減逐漸消失，視覺系統(tǒng)對(duì)消失的光維持大約0.05~0.1秒的感覺。視頻就是利用了這個(gè)特性當(dāng)光閃爍頻率高于46Hz時(shí)，由于視覺惰性人眼無法覺察出閃爍，看到的是穩(wěn)定的光源，電腦顯示器、電視掃描利用此特性，以不低于50Hz的頻率掃描刷新屏幕。2024/5/6171.4.3同時(shí)對(duì)比效應(yīng)與馬赫帶效應(yīng)同時(shí)對(duì)比效應(yīng)：對(duì)某個(gè)區(qū)域的亮度感覺不僅取決于該區(qū)域亮度值本身，還與該區(qū)域周圍的亮度有關(guān)馬赫帶效應(yīng)：在明暗交界處會(huì)感覺亮處更亮、暗處更暗馬赫帶效應(yīng)表明視覺系統(tǒng)有增強(qiáng)邊緣對(duì)比度的機(jī)制2024/5/6181.4.4視覺分辨率在亮度合適情況下視覺分辨率達(dá)到最大相對(duì)對(duì)比度=物體亮度與背景亮度的差值/背景亮度。該比值越小，表示物體亮度與背景亮度越接近，此時(shí)分辨率下降運(yùn)動(dòng)速度越快視覺分辨率越低2024/5/6191.4.4視覺分辨率視覺系統(tǒng)對(duì)亮度的分辨力比對(duì)色彩分辨率更強(qiáng)，對(duì)不同色彩的分辨能力不同視覺系統(tǒng)對(duì)不同色彩的分辨能力不同，例如對(duì)波長380nm~430nm的光基本感覺不出色彩差別，對(duì)655nm~740nm的光也是如此，但在480nm~640nm波段即使波長只有1nm變化也能辨別出色彩差異視覺系統(tǒng)對(duì)亮度光強(qiáng)變化的響應(yīng)是非線性。亮度掩蔽特性當(dāng)光強(qiáng)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)視覺系統(tǒng)感知不到亮度變化，只有當(dāng)光強(qiáng)變化超過一定閾值時(shí)視覺系統(tǒng)才能感覺到變化2024/5/6201.4.5視覺錯(cuò)覺只有接近視覺中心才能看到物體的細(xì)節(jié)，越偏離視覺中心對(duì)細(xì)節(jié)的分辨能力越差視覺系統(tǒng)利用知識(shí)經(jīng)驗(yàn)填補(bǔ)降低的分辨能力，有時(shí)這種填補(bǔ)造成錯(cuò)覺2024/5/6211.5數(shù)字圖像處理應(yīng)用2024/5/6221.5數(shù)字圖像處理應(yīng)用物理、天文等研究領(lǐng)域生物檢測工業(yè)檢測遙感、軍事安檢智能交通2024/5/623OPENCVOPENCV安裝用編譯好的OPENCV直接安裝（簡單，推薦）

/projects/opencvlibrary/files/

或者/releases/

選擇OPENCV版本下載

進(jìn)入版本對(duì)應(yīng)目錄，查看編譯用的visualstudio版本，如果文件名為OPENCV-版本號(hào)-vc14-vc15.exe，說明編譯好的OPENCV支持visualstudio2014、2015登錄到https:///vs/older-downloads/下載對(duì)應(yīng)的visualstudiocommunity并安裝安裝下載的OPENCV，不妨設(shè)安裝在c:\OPENCV目錄下用OPENCV源代碼自己編譯安裝見https:///4.x/dd/d6e/tutorial_windows_visual_studio_opencv.html2024/5/624OPENCV在visualstudio中的配置設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量路徑Windows左下角“開始”—“設(shè)置”—“系統(tǒng)”—“關(guān)于”—“高級(jí)系統(tǒng)設(shè)置”中，點(diǎn)擊“環(huán)境變量…”選擇“系統(tǒng)變量”，點(diǎn)擊“新建”，新建變量“OPENCV”,路徑為OPENCV安裝路徑下的bin目錄，例如C:\opencv\build\x64\vc14\bin打開visualstudio，創(chuàng)建新項(xiàng)目在visualstudio中選擇x64版本修改項(xiàng)目屬性C/C++>General

選項(xiàng)中，在AdditionalIncludeDirectories項(xiàng)中將OPENCV的安裝目錄下的include加上，例如C:\opencv\build\includelinker>General

選項(xiàng)中，

AdditionalLibraryDirectories項(xiàng)中添加OPECV鏈接庫目錄，例如

C:\opencv\build\x64\vc14\lib

在linker>Input的AdditionalDependencies中，添加文件名opencv＿world數(shù)字.lib（如果生成release版），添加文件名opencv＿world數(shù)字d.lib（如果生成debug版）。其中數(shù)字與版本有關(guān)2024/5/625數(shù)字圖像處理教程第2章數(shù)字圖像的基本概念和運(yùn)算2024/5/6262.1圖像成像模型2024/5/6272.1圖像成像模型

2024/5/6282.2圖像中的基本概念2024/5/6292.2.1采樣和量化

模擬量難以存儲(chǔ)，例如膠卷照片、老電影拷貝首先對(duì)空間坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)字化，稱之為采樣對(duì)所對(duì)應(yīng)的圖像值進(jìn)行數(shù)字化，稱之為量化2024/5/6302.2.2數(shù)字圖像表示

2024/5/6312.2.3空間分辨率與灰度級(jí)分辨率

2024/5/6322.3像素間的基本關(guān)系2024/5/6332.3.1相鄰像素

2024/5/6342.3.2連通性、區(qū)域和邊界

2024/5/6352.3.2連通性、區(qū)域和邊界連通分量（區(qū)域）與連通性有關(guān)邊界與連通性有關(guān)2024/5/636

2024/5/637

2024/5/6382.4數(shù)字圖像的基本操作2024/5/6392.4.1圖像間算術(shù)操作

圖像算術(shù)操作是二幅圖像中相同坐標(biāo)的一對(duì)像素之間運(yùn)算

常用的圖像算術(shù)操作有圖像加、減、乘、除等

算術(shù)操作要求參與運(yùn)算的圖像尺寸相同，圖像深度相同，圖像

通道數(shù)相同，即二幅都是灰度圖像或者都是彩色圖像圖像

矩陣相同位置的元素進(jìn)行算術(shù)操作2024/5/6402.4.1圖像間算術(shù)操作

2024/5/641

單張圖片32張相同場景圖片平均的結(jié)果2.4.1圖像間算術(shù)操作

2024/5/642

注射介質(zhì)前注射介質(zhì)后前兩張圖相減2.4.1圖像間算術(shù)操作

圖像乘法和除法通常用于校正陰影2024/5/6432.4.2圖像邏輯運(yùn)算

邏輯運(yùn)算是將一幅或二幅圖像通過對(duì)應(yīng)像素間的邏輯與、或、非等運(yùn)算獲得輸出圖像邏輯與運(yùn)算主要用于提取圖像中感興趣區(qū)域的內(nèi)容并屏蔽其它區(qū)域。參與圖像中至少一幅為二值圖像邏輯或、異或運(yùn)算通常在二幅二值圖像間進(jìn)行，結(jié)果仍是二值圖像邏輯非運(yùn)算只需一副圖像，對(duì)圖像中各個(gè)像素值取反2024/5/6442.4.3圖像空間幾何變換

2024/5/6452.4.3圖像空間幾何變換

2024/5/6462.4.3圖像空間幾何變換

2024/5/6472.4.3圖像空間幾何變換