第一章 數(shù)字圖像處理綜述課件

第一章數(shù)字圖像處理綜述周紅第一章數(shù)字圖像處理綜述本課程的主要內(nèi)容理論：圖像處理、圖像識別的算法實踐：利用MATLAB、C語言等工具實現(xiàn)算法第一章數(shù)字圖像處理綜述參考書第一章數(shù)字圖像處理綜述主要內(nèi)容1.1概述1.2數(shù)字圖像處理系統(tǒng)1.3數(shù)字圖像的形成1.4數(shù)字圖像的數(shù)學描述1.5圖像識別

第一章數(shù)字圖像處理綜述圖像：能為人的視覺系統(tǒng)所感受的信息形式。人類傳遞信息的三個主要渠道：第一章數(shù)字圖像處理綜述人眼中的圖像第一章數(shù)字圖像處理綜述光和電磁波譜第一章數(shù)字圖像處理綜述1、馬赫帶效應：基于視覺系統(tǒng)有趨于過高或過低估計不同亮度區(qū)域邊界值的現(xiàn)象視覺錯覺

灰階

距離

馬赫帶效應第一章數(shù)字圖像處理綜述2、同時對比度：基于人眼對某個區(qū)域感覺到的亮度并不僅僅依賴于它的強度當背景變亮時，中心方塊就逐漸變暗第一章數(shù)字圖像處理綜述3.形狀、大小、方向的對比第一章數(shù)字圖像處理綜述圖像處理與識別技術應用極為廣泛第一章數(shù)字圖像處理綜述數(shù)字圖像處理最早的應用之一是報紙業(yè)，在20世紀20年代圖像第一次通過海底電纜從倫敦傳往紐約，這幅橫跨大西洋的圖片需要的時間是3個小時。第一章數(shù)字圖像處理綜述1.圖片處理軟件，例如：PhotoShop第一章數(shù)字圖像處理綜述第一章數(shù)字圖像處理綜述第一章數(shù)字圖像處理綜述2.智能監(jiān)控系統(tǒng)，

例如：視頻監(jiān)控、交通監(jiān)控等第一章數(shù)字圖像處理綜述3.識別系統(tǒng)，例如：指紋識別、

人臉識別第一章數(shù)字圖像處理綜述4.天氣預報第一章數(shù)字圖像處理綜述5.醫(yī)學圖象分析，例如：B超、透視第一章數(shù)字圖像處理綜述6.遙感探測第一章數(shù)字圖像處理綜述7.月球探測第一章數(shù)字圖像處理綜述8.巖心掃描系統(tǒng)第一章數(shù)字圖像處理綜述

巖芯三維結構

第一章數(shù)字圖像處理綜述巖芯內(nèi)部三維分析第一章數(shù)字圖像處理綜述主要內(nèi)容1.1概述1.2微機圖像處理系統(tǒng)1.3數(shù)字圖像的形成1.4數(shù)字圖像的數(shù)學描述1.5圖像識別

第一章數(shù)字圖像處理綜述一、系統(tǒng)構成主要由以下三部分構成圖像采集部件圖像處理部件圖像輸出部件例如：圖像采集卡攝像機掃描儀例如：屏幕輸出打印輸出視頻硬拷貝輸出第一章數(shù)字圖像處理綜述主要內(nèi)容1.1概述1.2微機圖像處理系統(tǒng)1.3數(shù)字圖像的形成1.4數(shù)字圖像的數(shù)學描述1.5圖像識別

第一章數(shù)字圖像處理綜述一般圖像都是模擬圖像，即圖像上的信息是連續(xù)變化的模擬量。

黑白灰度圖片上的物體是通過圖上各點光的強度不同體現(xiàn)的，而圖片上的光強是一個連續(xù)變化的量。第一章數(shù)字圖像處理綜述獲取數(shù)字圖像的過程第一章數(shù)字圖像處理綜述用f(x,y)二維函數(shù)形式表示單色灰度圖像，在坐標點(x,y)處，f表示該點的灰度值（即圖像的濃淡）。要使用計算機處理圖像，需要通過抽樣和量化將連續(xù)坐標連續(xù)幅值的模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。xy像素點灰度值f(x,y)第一章數(shù)字圖像處理綜述抽樣：數(shù)字化坐標值xyABABxf:灰度值,代表亮度大小A到B是一條掃描線第一章數(shù)字圖像處理綜述抽樣：數(shù)字化坐標值ABxfABxf等間隔抽樣成離散的抽樣點第一章數(shù)字圖像處理綜述量化：數(shù)字化幅度值ABxfABxf將抽樣灰度值簡單量化成八個灰度值中的一個第一章數(shù)字圖像處理綜述構建A點與B點之間的灰度圖AB灰度標尺第一章數(shù)字圖像處理綜述將圖像y軸上所有掃描線A-B作抽樣、量化...A......B...第一章數(shù)字圖像處理綜述產(chǎn)生了一幅二維數(shù)字化圖像連續(xù)圖像投影到傳感器上采樣和量化后的數(shù)字化圖像第一章數(shù)字圖像處理綜述第一章數(shù)字圖像處理綜述抽樣：將圖像在橫向上和縱向上的坐標值離散化，限定x和y只能取整數(shù)值，即將圖像劃分為一小塊一小塊，每塊稱為一個像素點，有唯一的坐標(x,y)。第一章數(shù)字圖像處理綜述量化：將圖像每個像素點的亮度值離散化，限定f(x,y)只能取某個范圍內(nèi)的整數(shù)值，例如：0-7,這些整數(shù)值代表不同的亮度。001121331234534444344444134444410

34434441033322211111111第一章數(shù)字圖像處理綜述主要內(nèi)容1.1概述1.2微機圖像處理系統(tǒng)1.3數(shù)字圖像的形成1.4數(shù)字圖像的數(shù)學描述1.5圖像識別

第一章數(shù)字圖像處理綜述抽樣量化后的圖像可以用一個二維數(shù)組表示其每個像素點（坐標點）的灰度值（幅度值）。

M行N列的圖像矩陣：第一章數(shù)字圖像處理綜述灰度值f(x,y)的取值：一般人眼可以分辨出8個灰度層次，圖像處理中常用28（即：256）個灰度層次。f(x,y)xy第一章數(shù)字圖像處理綜述若只有白和黑兩種顏色，稱為二值圖像，0表示黑，1表示白。要存儲這幅圖像，需要存儲的數(shù)據(jù)量為：b:存儲多少位（bit）M:行數(shù)N:列數(shù)K:每個像素需要的位數(shù)b=MXNXK=512X512X1第一章數(shù)字圖像處理綜述若在白和黑之間有256級灰度，稱為灰度圖像，0表示黑，255表示白，由黑漸變?yōu)榘?。要存儲這幅圖像，需要存儲的數(shù)據(jù)量為：b:存儲多少位（bit）M:行數(shù)N:列數(shù)K:每個像素需要的位數(shù)b=MXNXK=512X512X8第一章數(shù)字圖像處理綜述若是彩色圖像，一般由三原色組成，用紅、綠、藍三個分量描述，即RGB圖像。要存儲這幅圖像，需要存儲的數(shù)據(jù)量為：b=512X512X8X3第一章數(shù)字圖像處理綜述空間分辨率：

圖像中每單位長度所包含的像素數(shù)目，通常稱一幅MXN大小的數(shù)字圖像的空間分辨率為MXN像素。第一章數(shù)字圖像處理綜述一幅分辨率為512x512的圖像逐次減

少到32X32的分辨率空間分辨率低，圖像的尺寸變小，會丟失掉一些信息，細節(jié)不明顯。第一章數(shù)字圖像處理綜述采用插值方案擴成同樣大小的圖片將低分辨率圖像放大時，會導致圖像的細節(jié)模糊，只是尺寸變大。第一章數(shù)字圖像處理綜述亮度分辨率:

指圖像中可分辨的灰度級數(shù)目，將一個模擬圖像量化為256種灰度級，得到的數(shù)字圖像的亮度分辨率就是256級。第一章數(shù)字圖像處理綜述256灰度級128灰度級64灰度級32灰度級由高灰度級分辨率到低灰度級分辨率16灰度級8灰度級4灰度級2灰度級顏色數(shù)變少，顏色失真，細節(jié)受損。第一章數(shù)字圖像處理綜述練習高清晰度電視用1125水平電視線的分辨率隔行掃描產(chǎn)生圖像（每隔一行在顯像管表面畫一條線，每兩場形成一幀，每場用一秒鐘的1/60時間）。圖像寬高的縱橫比是16:9。某公司設計了一種圖像獲取系統(tǒng)，可以從高清晰圖像產(chǎn)生數(shù)字圖像。該系統(tǒng)中每條水平線和垂直分辨率的比例與圖像寬高比相等。彩色RGB圖像的每個像素有24bit的強度分辨率。存儲2小時的高清晰電視節(jié)目將使用多少比特？第一章數(shù)字圖像處理綜述像素間的鄰接性和連通性數(shù)字圖像是由一組具有一定空間位置關系像素組成，因而具有一些度量和拓撲性質(zhì)。理解像素間的關系是學習圖像處理的必要準備。第一章數(shù)字圖像處理綜述相鄰像素的4鄰域位于坐標(x,y)的一個像素p有4個水平和垂直的相鄰像素，其坐標分別如圖所示，這個像素集稱為p的4鄰域，用N4(p)表示，每個鄰域像素距p一個單位距離。(x,y)(x,y-1)(x-1,y)(x,y+1)(x+1,y)yx第一章數(shù)字圖像處理綜述相鄰像素的8鄰域位于坐標(x,y)的一個像素p的四個對角相鄰像素和它的4鄰域像素一起構成p的8鄰域，用N8(p)表示,四個對角像素構成p的對角鄰域ND(p)。(x,y)(x,y-1)(x-1,y)(x,y+1)(x+1,y)yx(x,y+1)(x-1,y-1)(x+1,y-1)(x-1,y+1)第一章數(shù)字圖像處理綜述鄰接性V:定義鄰接性的灰度值集合。例如：V={1}p和q是兩個像素，具有V集合中的數(shù)值1。(1)4鄰接：若q在N4(p)中，p和q是4鄰接的。(2)8鄰接：若q在N8(p)中，p和q是8鄰接的。(3)m鄰接（混合鄰接）：若q在N4(p)中或者q在ND(p)中且集合N4(p)和N4(q)的交集沒有V中的像素值，則p和q是m鄰接的。第一章數(shù)字圖像處理綜述例如：V={1}，請找出中心像素的各鄰接像素。0110100010110104鄰接0010110108鄰接001歧義性011010m鄰接001無歧義第一章數(shù)字圖像處理綜述連通性通路：指像素p到像素q的一個像素序列(xp,yp),(xp+1,yp+1),(xp+2,yp+2),...,(xq,yq)。其中任意兩個相鄰像素(xi,yi)和(xi+1,yi+1)是鄰接的。連通性：令S表示一幅圖像中的像素子集，若在S中的全部像素之間存在一個通路，則稱兩個像素p和q在S中是連通的。連通到p的像素集稱為連通分量。若通路唯一，S稱為區(qū)域。第一章數(shù)字圖像處理綜述第一章數(shù)字圖像處理綜述像素間的距離度量像素p的坐標為(x,y)，q的坐標為(s,t),D(p,q)表示p和q的距離函數(shù)。（1）歐式距離：De(p,q)=[(x-s)2+(y-t)2]1/2（2）城市街區(qū)距離：D4(p,q)=|x-s|+|y-t|（3）棋盤距離：D8(p,q)=max(|x-s|,|y-t|)第一章數(shù)字圖像處理綜述歐氏距離平方街區(qū)距離棋盤距離

33333333

52532332222235

212532123321112321012

321012332101235

2125321233211123525323