第一章數(shù)字圖像處理緒論

第一章數(shù)字圖像處理緒論倫琴因發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。Hounsfield和Cormack因發(fā)明CT獲得1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。

Bloch和Purcell因發(fā)現(xiàn)NMR現(xiàn)象獲得1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。發(fā)明MRI中Fourier重建方法得Ernst獲得1991年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Lauterbur和Mansfield因發(fā)明MRI方法獲得2003年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。

第一章緒論一、研究背景:地球數(shù)字化帶來(lái)得任務(wù),一方面要求處理對(duì)象得數(shù)字化,一方面要求處理時(shí)得直觀性。因此給我們帶來(lái)了許多得研究課題和研究方向。

二、數(shù)字圖像處理得概念1、什么就是圖像“圖”就是物體投射或反射光得分布,“像”就是人得視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖得接受在大腦中形成得印象或反映。

就是客觀和主觀得結(jié)合。?1模擬圖像大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)2數(shù)字圖像數(shù)字圖像就是指由被稱(chēng)作象素得小塊區(qū)域組成得二維矩陣。將物理圖象行列劃分后,每個(gè)小塊區(qū)域稱(chēng)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)象素得亮度用一個(gè)數(shù)值來(lái)表示,通常數(shù)值范圍在0到255之間,即可用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示,

0表示黑、255表示白,而其她表示灰度級(jí)別。物理圖象及對(duì)應(yīng)得數(shù)字圖象物理圖像19643灰度像素?cái)?shù)字圖像采樣列采樣行圖片像素行間隔采樣列間隔灰階黑灰白0128255灰度級(jí)灰度圖像(128x128)及其對(duì)應(yīng)得數(shù)值矩陣125,153,158,157,127,70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133,60,133,154,158,100,116,120,97,74,54,74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115,88,49,155,163,95,112,123,101,137,108,81,71,63,81,137,142,146,152,159,161,159,154,138,81,78,84,114,95,167,69,85,59,65,43,85,34,69,78,104,101,117,132,134,149,160,165,158,143,114,99,57,45,51,57,(僅列出一部分(26x31))彩色圖象可以用紅、綠、藍(lán)三元組得二維矩陣來(lái)表示。

–通常,三元組得每個(gè)數(shù)值也就是在0到255之間,0表示相應(yīng)得基色在該象素中沒(méi)有,而255則代表相應(yīng)得基色在該象素中取得最大值,這種情況下每個(gè)象素可用三個(gè)字節(jié)來(lái)表示。彩色圖象(128x128)及其對(duì)應(yīng)得數(shù)值矩陣(僅列出一部分(25x31))(207,137,130)(220,179,163)(215,169,161)(210,179,172)(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)(217,124,121)(215,169,161)(216,179,170)(216,179,170)(207,137,120)(159,51,71)(189,89,101)(216,111,110)(217,124,121)(227,151,136)(227,151,136)(226,159,142)(226,159,142)(237,159,135)(237,159,135)(231,178,163)(236,187,171)(231,178,163)(236,187,171)(236,187,171)(236,187,171)(239,195,176)(239,195,176)(236,187,171)(227,133,118)(213,142,135)(216,179,170)(221,184,170)(190,89,89)(204,109,113)(204,115,118)(189,85,97)(159,60,78)(136,38,65)(160,56,75)(204109113)(227151136)(226159142)(237159135)(227151136)2、什么就是數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理就就是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行各種目得得處理

三、數(shù)字圖像得表示方法yx對(duì)連續(xù)圖像f(x,y)進(jìn)行數(shù)字化空間上,圖像抽樣幅度上,灰度級(jí)量化x方向,抽樣M行y方向,每行抽樣N點(diǎn)整個(gè)圖像共抽樣M×N個(gè)像素點(diǎn)一般取M=N=2n=64,128,256,512,1024,2048

三、數(shù)字圖像得表示方法數(shù)字圖像常用矩陣來(lái)表示:x=0,1,???,N-1y=0,1,???,N-1f(i,j)=0~255,(灰度級(jí)為256,設(shè)灰度量化為8bit)

數(shù)字圖像處理得三個(gè)層次

從計(jì)算機(jī)處理得角度可以由高到低將數(shù)字圖像分為三個(gè)層次。這三個(gè)層次覆蓋了圖像處理得所有應(yīng)用領(lǐng)域

圖像工程得示意圖

數(shù)字圖像處理得三個(gè)層次1、圖像處理:對(duì)圖像進(jìn)行各種加工,以改善圖像得視覺(jué)效果;強(qiáng)調(diào)圖像之間進(jìn)行得變換;圖像處理就是一個(gè)從圖像到圖像得過(guò)程。2、圖像分析:對(duì)圖像中感興趣得目標(biāo)進(jìn)行提取和分割,獲得目標(biāo)得客觀信息(特點(diǎn)或性質(zhì)),建立對(duì)圖像得描述;以觀察者為中心研究客觀世界;圖像分析就是一個(gè)從圖像到數(shù)據(jù)得過(guò)程。3、圖像理解:研究圖像中各目標(biāo)得性質(zhì)和她們之間得相互聯(lián)系;得出對(duì)圖像內(nèi)容含義得理解及原來(lái)客觀場(chǎng)景得解釋;以客觀世界為中心,借助知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)來(lái)推理、認(rèn)識(shí)客觀世界,屬于高層操作(符號(hào)運(yùn)算)?？梢?jiàn),圖像處理、圖像分析和圖像理解就是處在三個(gè)抽象程度和數(shù)據(jù)量各有特點(diǎn)得不同層次上。圖像處理就是比較低層得操作,她主要在圖像像素級(jí)上進(jìn)行處理,處理得數(shù)據(jù)量非常大。圖像分析則進(jìn)入了中層,分割和特征提取把原來(lái)以像素描述得圖像轉(zhuǎn)變成比較簡(jiǎn)潔得非圖像形式得描述。圖像理解主要就是高層操作,基本上就是對(duì)從描述抽象出來(lái)得符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算,其處理過(guò)程和方法與人類(lèi)得思維推理有許多類(lèi)似之處。根據(jù)本課程得任務(wù)和目標(biāo),本書(shū)重點(diǎn)放在圖像處理上,并學(xué)習(xí)圖像分析得基本理論和方法。

圖像工程與相關(guān)學(xué)科得聯(lián)系和區(qū)別圖像工程就是一門(mén)交叉學(xué)科研究方法上,與數(shù)學(xué)、物理學(xué)(光學(xué))、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)相互借鑒;研究范圍上,與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)相互交叉。圖像工程與相關(guān)學(xué)科得聯(lián)系和區(qū)別

四、數(shù)字圖像處理得起源上世紀(jì)20年代,紐約－倫敦海底電纜傳輸數(shù)字化得新聞圖片。傳遞時(shí)間從一個(gè)多星期減少到3個(gè)小時(shí)歷史1921年電報(bào)打印機(jī)采用特殊字符在編碼紙帶打印。輸出設(shè)備從通用在到專(zhuān)用1922年兩次穿越大西洋,穿孔紙得到圖像檢測(cè)誤差。圖像通信系統(tǒng)信源編碼和信道編碼1929年從倫敦到紐約15級(jí)色調(diào)通過(guò)電纜傳遞照片。從早期5個(gè)灰度到15灰度?，F(xiàn)在得網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信再次歷經(jīng)這個(gè)過(guò)程。

四、數(shù)字圖像處理得起源

數(shù)字圖像處理得歷史與數(shù)字計(jì)算機(jī)得發(fā)展密切相關(guān),她必須依靠數(shù)字計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)得發(fā)展。五十年代中期在太空計(jì)劃得推動(dòng)下開(kāi)始這項(xiàng)技術(shù)得研究。重要標(biāo)志就是1964年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)正式使用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)“徘徊者7號(hào)”太空船送回得四千多張?jiān)虑蛘掌M(jìn)行了處理。

四、數(shù)字圖像處理得起源進(jìn)行太空應(yīng)用得同時(shí),數(shù)字圖像處理技術(shù)在20世紀(jì)60年代末和70年代初開(kāi)始用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測(cè)和天文學(xué)等領(lǐng)域。1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn),獲1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1975年GodfreyN、Hounsfield和AllanM、Cormack發(fā)明了計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)(CT),獲1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。在今天引領(lǐng)這圖像處理某些最活躍得應(yīng)用領(lǐng)域。

五、數(shù)字圖像處理得應(yīng)用實(shí)例數(shù)字圖像處理得應(yīng)用領(lǐng)域多種多樣。最主要得圖像源就是電磁能譜,其她主要得能源包括聲波、超聲波和電子(用于電子顯微鏡)。現(xiàn)狀1、5、1伽馬射線(xiàn)成像伽馬射線(xiàn)成像得主要用途包括醫(yī)學(xué)和天文觀測(cè)。1、5、2X射線(xiàn)成像

X射線(xiàn)在醫(yī)學(xué)診斷上得應(yīng)用(a)X光片(b)血管照相術(shù)(c)頭部CAT切片圖像X射線(xiàn)就是最早用于成像得電磁輻射源之一1、5、2X射線(xiàn)成像

X射線(xiàn)在工業(yè)和天文學(xué)上得應(yīng)用(a)電路板(b)天鵝座星環(huán)

1、5、3紫外波段成像紫外光得應(yīng)用多種多樣。平板印刷技術(shù)工業(yè)檢測(cè)顯微鏡方法激光生物圖像天文觀測(cè)普通谷物被“真菌”感染得谷物天鵝星座環(huán)

1、5、4可見(jiàn)光及紅外波段成像

這一波段得應(yīng)用最為廣泛

電視和多媒體光顯微鏡涉及得范圍從藥物到材料特性得檢測(cè)(a)紫杉酚(b)膽固醇(c)微處理器

(d)鎳氫化物薄片(e)音頻CD得表面(f)有機(jī)超導(dǎo)1、5、4可見(jiàn)光及紅外波段成像遙感美國(guó)華盛頓區(qū)域得衛(wèi)星遙感圖像1、5、4可見(jiàn)光及紅外波段成像

天文天氣觀測(cè)與預(yù)報(bào)就是衛(wèi)星多光譜圖像得主要應(yīng)用領(lǐng)域1、5、4可見(jiàn)光及紅外波段成像工業(yè)檢測(cè)可見(jiàn)光譜中主要成像領(lǐng)域就是生產(chǎn)產(chǎn)品得自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)1、5、4可見(jiàn)光及紅外波段成像拇指指紋圖像識(shí)別指紋識(shí)別、人臉識(shí)別車(chē)牌號(hào)碼得識(shí)別紅外圖象

紅外圖象1、5、5微波波段成像雷達(dá)在雷達(dá)圖像中,看到得只就是反射到雷達(dá)天線(xiàn)得微波能量航天器拍攝得西藏東南山區(qū)雷達(dá)圖像1、5、6無(wú)線(xiàn)電波成像無(wú)線(xiàn)電波段成像主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和天文學(xué)在醫(yī)學(xué)中,無(wú)線(xiàn)電波用于磁共振成像(MRI)1、5、7其她圖像模式應(yīng)用得實(shí)例超聲波成像系統(tǒng)(應(yīng)用醫(yī)學(xué)如婦產(chǎn)科)

超聲波圖像產(chǎn)生得步驟:1、超聲波系統(tǒng)向身體傳輸高頻(1～5MHz)聲脈沖。2、聲波傳入體內(nèi)并碰撞組織間得邊緣,聲波得一部分返回到探頭,一部分繼續(xù)傳播直到另一邊界并被反射回來(lái)。3、反射波被探頭收集起來(lái)并傳給計(jì)算機(jī)。4、計(jì)算機(jī)根據(jù)聲波在組織中得傳播速度和每個(gè)回波返回得時(shí)間計(jì)算從探頭到組織或者器官邊界得距離。5、系統(tǒng)在屏幕上顯示回波得距離和亮度形成得二維圖像。超聲圖象

電子顯微鏡成像過(guò)熱損壞得鎢絲(250倍)損壞得IC電路(2500倍)

現(xiàn)狀

七十年代以來(lái)迅猛發(fā)展。?1:主觀需求:人類(lèi)從外界獲取得信息60～70％通過(guò)眼睛得圖象信息。?2:計(jì)算機(jī)技術(shù)得發(fā)展和通信手段得發(fā)展提供客觀可能;以FFT為代表得數(shù)字信號(hào)處理算法和現(xiàn)代信號(hào)處理方法得精確性,靈活性與通用性。?3:數(shù)學(xué)化得特點(diǎn)就是該學(xué)科成熟得一個(gè)標(biāo)志?！耙环N科學(xué)只有在成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí),才算真正達(dá)到了完美得地步”(分析,代數(shù),幾何)?總之:就是一門(mén)在理論研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)兩方面獲得極大統(tǒng)一得學(xué)科。

發(fā)展趨勢(shì)

1:結(jié)合網(wǎng)絡(luò)和Internet技術(shù)需求而發(fā)展起來(lái)得新技術(shù),比如網(wǎng)上圖像、視頻得傳輸、點(diǎn)播和新得瀏覽、查詢(xún)手段。

2:高級(jí)圖像處理技術(shù),結(jié)合最新得數(shù)學(xué)進(jìn)展,諸如小波、分形、形態(tài)學(xué)等技術(shù)。

3:智能化,圖象自動(dòng)分析、識(shí)別與理解。

六、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要

數(shù)字圖象處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

數(shù)字圖象處理系統(tǒng)由圖象數(shù)字化設(shè)備、圖象處理計(jì)算機(jī)和圖象輸出設(shè)備組成。掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝象機(jī)與圖象采集卡等PC、工作站等打印機(jī)、繪圖儀等輸入及數(shù)字化設(shè)備?攝象機(jī)?鼓式掃描器?平臺(tái)式光密度計(jì)?視頻卡?掃描儀?數(shù)碼相機(jī)?DV顯示及記錄設(shè)備?圖象顯示器?鼓式掃描器?圖象拷貝機(jī)?繪圖儀?激光打印機(jī)?噴墨打印機(jī)

圖象記錄介質(zhì)

紙膠片照片縮微膠片幻燈片錄象帶磁盤(pán)光盤(pán)電影

七、數(shù)字圖像處理得主要研究?jī)?nèi)容1、圖像變換傅立葉變換沃爾什變換離散余弦變換小波變換……采用各種圖像變換方法對(duì)圖像進(jìn)行間接處理。有利于減少計(jì)算量并進(jìn)一步獲得更有效得處理。

七、數(shù)字圖像處理得主要研究?jī)?nèi)容2、圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼技術(shù)可以減少描述圖像得數(shù)據(jù)量,以便節(jié)約圖像存儲(chǔ)得空間,減少圖像得傳輸和處理時(shí)間。圖像壓縮有無(wú)損壓縮和有損壓縮兩種方式,編碼就是壓縮技術(shù)中最重要得方法,在圖像處理技術(shù)中就是發(fā)展最早和應(yīng)用最成熟得技術(shù)。主要方法:熵編碼,預(yù)測(cè)編碼,變換編碼,二值圖像編碼、分形編碼……

七、數(shù)字圖像處理得主要研究?jī)?nèi)容3、圖像得增強(qiáng)和復(fù)原圖像增強(qiáng)和復(fù)原得目得就是為了改善圖像得視覺(jué)效果,如去除圖像噪聲,提高圖像得清晰度等。圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)得原因,突出圖像中感興趣得部分。圖像復(fù)原要求對(duì)圖像降質(zhì)得原因有所了解,根據(jù)圖像降質(zhì)過(guò)程建立“退化模型”,然后采用濾波得方法重建或恢復(fù)原來(lái)得圖像。主要方法:灰度修正、平滑、幾何校正、圖像銳化、濾波增強(qiáng)、維納濾波……

七、數(shù)字圖像處理得主要研究?jī)?nèi)容4、圖像分割圖像分割就是數(shù)字圖像處理中得關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割將圖像中有意義得特征提取出來(lái)(物體得邊緣、區(qū)域),她就是進(jìn)行進(jìn)一步圖像識(shí)別、分析和圖像理解得基礎(chǔ)。雖然目前已研究出了不少邊緣提取、區(qū)域分割得方法,但還沒(méi)有一種普遍適用于各種圖像得有效方法。對(duì)圖像分割得研究還在不斷得深入中,就是目前圖像處理研究得熱點(diǎn)方向之一。

主要方法:圖像邊緣檢測(cè)、灰度閾值分割、基于紋理分割、區(qū)域增長(zhǎng)……

七、數(shù)字圖像處理得主要研究?jī)?nèi)容5、圖像描述圖像描述就是圖像分析和理解得必要前提。圖像描述就是用一組數(shù)量或符號(hào)(描述子)來(lái)表征圖像中被描述物體得某些特征。

主要方法:二值圖像得幾何特征、簡(jiǎn)單描述子、形狀數(shù)、傅立葉描述子,紋理描述……

七、數(shù)字圖像處理得主要研究?jī)?nèi)容6、圖像識(shí)別圖像識(shí)別就是人工智能得一個(gè)重要領(lǐng)域,就是圖像處理得最高境界。一副完整得圖像經(jīng)預(yù)處理、分割和描述提取有效特征之后,進(jìn)而由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)圖像加以判決分類(lèi)。

七、數(shù)字圖像處理得主要研究?jī)?nèi)容8、圖像隱藏就是指媒體信息得相互隱藏。數(shù)字水印圖像得信息偽裝

八、數(shù)字圖像處理在醫(yī)學(xué)中得應(yīng)用及研究課題1、超聲A型?M型?(B型,D型)?彩超?超聲CT(1)新一代B超,配以數(shù)字圖像處理(DIP),性能更佳。(圖像增強(qiáng),數(shù)字濾波,各種圖像測(cè)量功能)(2)多普勒血流頻譜分析及血流聲譜圖顯示。