數(shù)字圖像處理與分析概述

數(shù)字圖像處理與分析課程目標(biāo)與安排?

課程目標(biāo)?基本理解數(shù)字圖像處理與分析的基本理論與研究方法，從“數(shù)字化”角度建立圖像處理的基本概念?初步掌握進(jìn)行數(shù)字圖像處理與分析的基本技術(shù)?具備一定的實(shí)際處理能力與技巧?從研究角度，提高處理、分析與理解數(shù)字圖像的能力?奠定開展數(shù)字圖像處理與分析技術(shù)研究的理論與技術(shù)基礎(chǔ)2課程目標(biāo)與安排?

課程特色?多學(xué)科交叉：光學(xué)、電子學(xué)、數(shù)學(xué)、攝影測(cè)量、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，是一個(gè)高度綜合的技術(shù)學(xué)科。?系統(tǒng)性不強(qiáng)，知識(shí)面寬但不很深?需要出色的分析與綜合能力?需要很強(qiáng)的動(dòng)手能力和程序設(shè)計(jì)能力3課程目標(biāo)與安排?

課程內(nèi)容安排?側(cè)重于數(shù)字圖像處理的基本原理與方法?著重講解數(shù)字圖象特征與分析方法?適當(dāng)介紹三維數(shù)字圖像處理與分析的技術(shù)與方法?本課程只講述基本原理和一般方法，不涉及具體領(lǐng)域中的特殊方法，如醫(yī)學(xué)圖象處理、遙感圖像處理等已經(jīng)成為一個(gè)專門的研究領(lǐng)域，有許多特殊的處理方法。4課程目標(biāo)與安排?

教學(xué)大綱安排—兩大部分?上半部分—數(shù)字圖像處理基本原理為主第一章

圖像處理與分析導(dǎo)論第二章

圖像及其數(shù)字處理基本概念第三章

數(shù)字圖像處理基本運(yùn)算第四章

圖像處理中的正交變換第五章

圖像增強(qiáng)第六章

圖像壓縮編碼5課程目標(biāo)與安排?

教學(xué)大綱安排—兩大部分?下半部分—數(shù)字圖像分析為主第七章

圖像復(fù)原第八章

圖像重建第九章

數(shù)字圖像分析基礎(chǔ)第十章

模式識(shí)別的理論與方法概述第十一章

三維圖像處理與分析概述6課程目標(biāo)與安排?

基本教材?

《數(shù)字圖像處理學(xué)》，阮秋琦，電子工業(yè)出版社，2001?

基本參考書?

《數(shù)字圖像處理》（第二版），岡薩雷斯等，電子工業(yè)出版社，2003?

《圖像處理、分析與機(jī)器視覺》（第二版），MilanSonka等，人民郵電出版社，2003?

《圖像處理與分析》，徐建華，科學(xué)出版社，1992?

《數(shù)字圖像處理》，K.R.Castleman，朱志剛等譯，電子工業(yè)出版社，19987課程目標(biāo)與安排?

上課方式?關(guān)鍵知識(shí)講解與廣泛的文獻(xiàn)閱讀相結(jié)合?書本知識(shí)學(xué)習(xí)與上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合?課后思考題、練習(xí)題與課堂互動(dòng)式專題討論相結(jié)合?

上機(jī)實(shí)驗(yàn)方式?利用通用或教學(xué)輔助軟件?自己動(dòng)手編制實(shí)驗(yàn)小程序8課程目標(biāo)與安排?

圖像處理實(shí)驗(yàn)軟件?通用軟件—Photoshop?學(xué)習(xí)軟件—數(shù)字圖像處理演示軟件?

學(xué)習(xí)動(dòng)手編程?Windows環(huán)境下，C++?Matlab軟件9數(shù)字圖像處理與分析第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論10第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論?

數(shù)字圖像處理與分析概述?數(shù)字圖像處理基本概念?數(shù)字圖像處理歷史發(fā)展?理論基礎(chǔ)與學(xué)科關(guān)系11數(shù)字圖像處理與分析概述?

什么是圖像?“圖”是物體投射或反射光的分布，“象”是人的視覺系統(tǒng)對(duì)圖的接受在大腦中形成的印象或反映?“一幅圖像是一個(gè)東西的另一個(gè)表示”，是其所表示物體的信息的一個(gè)濃縮和高度概括?是客觀和主觀的結(jié)合?圖像是對(duì)客觀存在的物體的一種相似性的生動(dòng)模仿或描述。是物體的一種不完全、不精確，但在某種意義上是適當(dāng)?shù)谋硎?。第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論12數(shù)字圖像處理與分析概述?

圖像的分類圖像可見圖象物光圖像數(shù)學(xué)函數(shù)不可見的物理圖像照片、圖、畫第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論13數(shù)字圖像處理與分析概述?

什么是數(shù)字圖像?模擬圖像

——I=f(x,y,z,λ,t)9三維空間連續(xù)9時(shí)間上連續(xù)9波譜上連續(xù)9不可見物理圖像9想象中的虛擬圖像第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論14數(shù)字圖像處理與分析概述?

什么是數(shù)字圖像?什么是圖像？95thCenturyB.C.–ChineseandGreeks?

Inthewallofadarkenedroom,aninvertedimageoftheoutsideisprojectedfromthepinholetothewalloppositethesmallhole.9Aristotle（384-322B.C.）?

-eclispses?Onedaystandingunderatree,Aristotleunderstoodtheopticalprincipleduetothepartiallyeclipsedsunprojectedonthegroundthroughthegapsbetweentheleavesofthetree.9LeonardodaVinci（1490）?

Suggestedtheuseforartstudents?Theimagesareverylifelike.第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論15數(shù)字圖像處理與分析概述?

什么是數(shù)字圖像?單幅圖像—平面、單色、靜止：I=f(x,y)?數(shù)字圖像—單幅圖像的數(shù)字表示I=f[x,y]第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論16數(shù)字圖像處理與分析概述?

形成數(shù)字圖像的基本過程光源光A/D轉(zhuǎn)換單元圖像存儲(chǔ)單元計(jì)算機(jī)對(duì)象物攝像單元第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論17數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析基本系統(tǒng)第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論18數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像的表示——二維矩陣x0101100101968967566556543445110988776676556541019589787876564598898785747673659995938983787468103999591868279731231109792678656836779y5675第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論19數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像的基本要素—像素第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論20數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像的基本要素?像素坐標(biāo)系—對(duì)圖像分布進(jìn)行二維空間采樣第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論21數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像的基本要素255?像數(shù)值—對(duì)單個(gè)像素灰度值進(jìn)行數(shù)字化采樣4bits/pixel6bits/pixel8bits/pixel12bits/pixel16bits/pixel:0?不同灰度圖像的比較第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論22數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像的基本要素?圖像尺寸——一幅數(shù)字圖像矩陣的大小932X32、64X64、128X128、256X256、512X512、1024X1024、

…

…95280X6940、6000X6000、10000X10000、……9

…

…

…

…?不同尺寸圖像的比較第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論23數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析定義？?利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行各種目的的處理?

數(shù)字圖像處理方式：?將一幅圖像變?yōu)榱硪环?jīng)過加工的圖像，圖像到圖像的過程?將一幅圖像轉(zhuǎn)化為一種非圖像的表示，分析、識(shí)別與理解的過程第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論24數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析研究的實(shí)質(zhì)?研究如何對(duì)一幅連續(xù)圖像取樣、量化以產(chǎn)生包含全部或所需信息的數(shù)字圖像?如何對(duì)數(shù)字圖像做各種變換以方便處理?如何濾去圖像中的無用噪聲?如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲(chǔ)和傳輸?如何從圖像中提取所需信息，從而形成對(duì)圖像所含信息的的理解與識(shí)別?如何形成抽象事物的模擬圖像，從而幫助人類更好地認(rèn)識(shí)客觀事物第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論25數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析研究的內(nèi)容（一）?圖像變換9改變圖像的空間或頻譜分布，獲取或突出感興趣信息9空域變換：放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、……9空域—頻域變換：傅立葉變換、Walsh變換、離散余弦變換、小波變換、……?圖像編碼9減少描述圖像的數(shù)據(jù)量，節(jié)省圖像傳輸、處理時(shí)間，減少存儲(chǔ)空間9熵編碼、預(yù)測(cè)法編碼、變換編碼、分形編碼……第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論26數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析研究的內(nèi)容（二）?圖像增強(qiáng)和恢復(fù)9提高圖像質(zhì)量（去除噪聲、提高圖像的清晰度）9灰度修正、平滑、幾何校正、圖像銳化、頻域增強(qiáng)、維納濾波、卡爾曼濾波、……?圖像分割9提取出感興趣的對(duì)象，為進(jìn)一步的理解和識(shí)別做準(zhǔn)備9灰度閥值分割、基于紋理的分割、區(qū)域生長(zhǎng)法……?圖像的理解和識(shí)別9從圖像中提取抽象化的特定信息9統(tǒng)計(jì)模式分類和句法模式分類第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論27數(shù)字圖像處理與分析概述?

歷史發(fā)展?二十世紀(jì)二十年代：壓縮圖像以傳輸?五十年代：開始利用計(jì)算機(jī)處理圖像?六十年代：阿波羅登月計(jì)劃實(shí)施過程中發(fā)揮巨大作用，初步形成數(shù)字圖像處理與分析學(xué)科?七十年代：醫(yī)學(xué)X射線圖像處理、

CT圖像處理上的成功應(yīng)用，帶動(dòng)數(shù)字圖像處理與分析技術(shù)的深入發(fā)展?八十年代：普及?九十年代：多媒體?二十一世紀(jì)：……第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論28數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析的哲學(xué)觀點(diǎn)（一）?連續(xù)與離散9物理圖像—時(shí)、空與輻射強(qiáng)度均連續(xù)的自然物體的表示——I=f(x,y,z,λ,t)9數(shù)字圖像—物理圖象某一時(shí)刻二維空間離散采樣點(diǎn)的集合——I=f[x,y]?表示與處理9物理圖像—可用連續(xù)函數(shù)進(jìn)行較好地描述、分析與處理9數(shù)字圖像—時(shí)空與幅度均為離散的數(shù)據(jù)矩陣，常借助于連續(xù)函數(shù)的分析結(jié)果與處理方法進(jìn)行離散處理第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論29數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析的哲學(xué)觀點(diǎn)（二）?結(jié)果與效應(yīng)9結(jié)果一致—進(jìn)行連續(xù)處理和離散處理的結(jié)果相一致9顯著不同—采樣效應(yīng)?不同觀點(diǎn)9以連續(xù)的觀點(diǎn)看待數(shù)字圖像處理與分析—危險(xiǎn)9局限于離散數(shù)學(xué)與邏輯運(yùn)算—不明智基本出發(fā)點(diǎn)：用離散技術(shù)處理連續(xù)世界的圖像，處理的結(jié)果一般地也要以連續(xù)的形式演繹“數(shù)字圖像處理”不是指“處理數(shù)字圖像”，而是指“圖像的數(shù)字處理”第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論30數(shù)字圖像處理與分析概述?

總結(jié)?方法前提9能夠刻畫對(duì)連續(xù)形式的圖像進(jìn)行離散化后的影響9尋求從模擬到數(shù)字、再由數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換過程中，保證我們感興趣內(nèi)容不丟失或不明顯損失的方法9能夠預(yù)測(cè)采樣效應(yīng)，并能采取有效措施消除它們的影響，或降低到可以容忍的地步?我們所處理的數(shù)字圖像在本質(zhì)上等價(jià)于它所表示的連續(xù)圖像?本課程中對(duì)數(shù)字圖像處理與分析的定義：對(duì)一個(gè)物體的數(shù)字表示——二維矩陣——施加一系列的操作，以得到所期望的結(jié)果第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論31數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理過程中的退化?

圖像處理流程中的對(duì)應(yīng)——每一步中可能產(chǎn)生的誤差數(shù)字圖像處理與分析概述?

基礎(chǔ)理論與技術(shù)沿襲?信息與通訊理論9Shannon“通信中的數(shù)學(xué)理論”（AMathematicalTheoryofCommunication）的發(fā)表9圖像信息論屬于信息論科學(xué)中的一個(gè)分支9圖像處理理論將通信理論中的一維問題推廣到二維空間9通信理論研究一維空間的信息，圖像理論則研究二維空間的信息9通信中的一維問題大都可以推廣到二維，盡管有些地方還不是很貼切，但對(duì)于圖像處理理論體系的新詞句有極大的借鑒意義第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論33數(shù)字圖像處理與分析概述?

基礎(chǔ)理論與技術(shù)沿襲?色彩學(xué)—色彩理論、色彩構(gòu)成、色彩應(yīng)用9認(rèn)識(shí)色彩、色彩體系、色彩混合與原色、色彩對(duì)比、色彩感覺、色彩應(yīng)用?圖形學(xué)?獨(dú)有技術(shù)第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論34數(shù)字圖像處理與分析概述?

與圖形學(xué)的關(guān)系?

圖像處理——重點(diǎn)研究自然圖像的處理?

圖形學(xué)——重點(diǎn)研究怎樣用數(shù)字計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形?

發(fā)展特點(diǎn):交叉、界線模糊、相互滲透圖像生成（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型模型變換（計(jì)算幾何）圖像變換（圖像處理）模型（特征）提取（計(jì)算機(jī)視覺，模式識(shí)別）第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論35數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析特點(diǎn)?

圖像中信息量大：“一幅圖像勝過1000個(gè)單詞”?

圖像處理數(shù)據(jù)量大512±512=256KB1024±1024=1MB：一景TM圖像≈260MB一幅QuickBird圖像≈700MB~1.4GB?

處理過程重復(fù)性運(yùn)算量大?

處理技術(shù)綜合性強(qiáng)第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論36數(shù)字圖像處理與分析概述?

數(shù)字圖像處理與分析發(fā)展趨勢(shì)?

高速度、高分辨率、立體化、多媒體化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化?

三維與多維圖像的成像與處理?

與圖形學(xué)研究、人工智能研究等相結(jié)合，形成新的研究領(lǐng)域和開拓新的應(yīng)用9

圖像處理：圖像進(jìn)

?

圖像出9

圖像分析：圖像進(jìn)

?

測(cè)量結(jié)果出9

圖像理解：圖像進(jìn)

?

高級(jí)描述出9

虛擬景觀、智能機(jī)器人、……?

軟件固化、高速處理芯片化?

新理論與新算法研究第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論37數(shù)字圖像處理與分析應(yīng)用概述?

遙感?

醫(yī)療診斷?

工業(yè)檢測(cè)與測(cè)量?

視覺監(jiān)視、保安?

宇宙探險(xiǎn)、軍事國(guó)防?

通訊廣播?

影視業(yè)、娛樂、公眾服務(wù)?

……第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論38數(shù)字圖像處理與分析應(yīng)用概述數(shù)字圖像處理與分析在遙感領(lǐng)域的應(yīng)用概述第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論39遙感圖像處理概述?

歷史發(fā)展?

1839—第一架照相機(jī)誕生?

1858—從氣球上首次獲得80米空中的照片?

1903—第一架飛機(jī)誕生?

1906—利用風(fēng)箏首次獲得2000英尺高空大面積照片?

19世紀(jì)末最新奇的遙感平臺(tái)—?dú)W洲著名的鴿子飛行隊(duì)?

1910~45—第一、二次世界大戰(zhàn)中，利用航空照片解譯進(jìn)行空中偵察?

1957—前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星上天?

1960—第一顆氣象衛(wèi)星上天?

1972—美國(guó)

Landsat-1上天第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論40遙感圖像處理概述?

遙感系統(tǒng)組成的三要素?目標(biāo)物體?從目標(biāo)物體傳過來的光線?感受光線的傳感器第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論41遙感圖像處理概述?

光——可看作為自由空間中的電磁波y?波——可由其波長(zhǎng)或頻率來描述第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論42遙感圖像處理概述?

電磁波譜范圍第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論遙感圖像處理概述?

遙感圖像的波譜范圍紫外(0.3-0.4mm)可見光(0.4-0.7mm)反射紅外(0.7-3mm)近紅外(0.7-1.3mm)短波紅外(1.3-3mm)紅外(0.7-14mm)中紅外(3-6mm)遠(yuǎn)紅外(6-15mm)熱紅外(8-14mm)微波(0.1-100cm)第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論44遙感圖像處理概述?

光學(xué)遙感數(shù)據(jù)獲取第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論45遙感圖像處理概述?

大氣層對(duì)遙感數(shù)據(jù)獲取的影響?分為4層9對(duì)流層—troposphere9平流層—stratosphere9中間層—mesosphere9熱電離層—thermosphere?對(duì)數(shù)據(jù)獲取的影響9大氣吸收9大氣散射9大氣噪聲第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論46遙感圖像處理概述?

遙感過程A/D轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換大氣傳輸?shù)孛娣瓷浠蜉椛涔鈱W(xué)攝影衛(wèi)星返回信息編碼數(shù)字傳輸?shù)孛娼獯a信息提取幾何糾正輻射糾正大氣訂正遙感模型反演第一章：圖像處理與分析導(dǎo)論