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(shí)別的算法實(shí)踐：利用MATLAB、C語言等工具實(shí)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(xué)描述1.5圖像識(shí)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(gè)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(yīng)：基于視覺系統(tǒng)有趨于過高或過低估計(jì)不同亮度區(qū)域邊界值的現(xiàn)象視覺錯(cuò)覺

灰階

距離

馬赫帶效應(yīng)第一章數(shù)字圖像處理綜述2、同時(shí)對(duì)比度：基于人眼對(duì)某個(gè)區(qū)域感覺到的亮度并不僅僅依賴于它的強(qiáng)度當(dāng)背景變亮?xí)r，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(duì)比第一章數(shù)字圖像處理綜述圖像處理與識(shí)別技術(shù)應(yīng)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(yīng)用之一是報(bào)紙業(yè)，在20世紀(jì)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(shí)間是3個(gè)小時(shí)。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(shí)別系統(tǒng)，例如：指紋識(shí)別、

人臉識(shí)別第一章數(shù)字圖像處理綜述4.天氣預(yù)報(bào)第一章數(shù)字圖像處理綜述5.醫(yī)學(xué)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(cè)第一章數(shù)字圖像處理綜述7.月球探測(cè)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(jié)構(gòu)

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(jī)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(xué)描述1.5圖像識(shí)別

第一章數(shù)字圖像處理綜述一、系統(tǒng)構(gòu)成主要由以下三部分構(gòu)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(jī)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(jī)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(xué)描述1.5圖像識(shí)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(diǎn)光的強(qiáng)度不同體現(xiàn)的，而圖片上的光強(qiáng)是一個(gè)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(biāo)點(diǎn)(x,y)處，f表示該點(diǎn)的灰度值（即圖像的濃淡）。要使用計(jì)算機(jī)處理圖像，需要通過抽樣和量化將連續(xù)坐標(biāo)連續(xù)幅值的模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。xy像素點(diǎn)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(biāo)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(biāo)值A(chǔ)BxfABxf等間隔抽樣成離散的抽樣點(diǎn)第一章數(shù)字圖像處理綜述量化：數(shù)字化幅度值A(chǔ)BxfABxf將抽樣灰度值簡單量化成八個(gè)灰度值中的一個(gè)第一章數(shù)字圖像處理綜述構(gòu)建A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的灰度圖AB灰度標(biāo)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(biāo)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(gè)像素點(diǎn)，有唯一的坐標(biāo)(x,y)。第一章數(shù)字圖像處理綜述量化：將圖像每個(gè)像素點(diǎn)的亮度值離散化，限定f(x,y)只能取某個(gè)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(jī)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(xué)描述1.5圖像識(shí)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(gè)二維數(shù)組表示其每個(gè)像素點(diǎn)（坐標(biāo)點(diǎn)）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(gè)灰度層次，圖像處理中常用28（即：256）個(gè)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(chǔ)這幅圖像，需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量為：b:存儲(chǔ)多少位（bit）M:行數(shù)N:列數(shù)K:每個(gè)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(jí)灰度，稱為灰度圖像，0表示黑，255表示白，由黑漸變?yōu)榘?。要存?chǔ)這幅圖像，需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量為：b:存儲(chǔ)多少位（bit）M:行數(shù)N:列數(shù)K:每個(gè)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(lán)三個(gè)分量描述，即RGB圖像。要存儲(chǔ)這幅圖像，需要存儲(chǔ)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?cái)?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(huì)丟失掉一些信息，細(xì)節(jié)不明顯。第一章數(shù)字圖像處理綜述采用插值方案擴(kuò)成同樣大小的圖片將低分辨率圖像放大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致圖像的細(xì)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(jí)數(shù)目，將一個(gè)模擬圖像量化為256種灰度級(jí)，得到的數(shù)字圖像的亮度分辨率就是256級(jí)。第一章數(shù)字圖像處理綜述256灰度級(jí)128灰度級(jí)64灰度級(jí)32灰度級(jí)由高灰度級(jí)分辨率到低灰度級(jí)分辨率16灰度級(jí)8灰度級(jí)4灰度級(jí)2灰度級(jí)顏色數(shù)變少，顏色失真，細(xì)節(jié)受損。第一章數(shù)字圖像處理綜述練習(xí)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(chǎng)形成一幀，每場(chǎng)用一秒鐘的1/60時(shí)間）。圖像寬高的縱橫比是16:9。某公司設(shè)計(jì)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(gè)像素有24bit的強(qiáng)度分辨率。存儲(chǔ)2小時(shí)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(guān)系像素組成，因而具有一些度量和拓?fù)湫再|(zhì)。理解像素間的關(guān)系是學(xué)習(xí)圖像處理的必要準(zhǔn)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(biāo)(x,y)的一個(gè)像素p有4個(gè)水平和垂直的相鄰像素，其坐標(biāo)分別如圖所示，這個(gè)像素集稱為p的4鄰域，用N4(p)表示，每個(gè)鄰域像素距p一個(gè)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(biāo)(x,y)的一個(gè)像素p的四個(gè)對(duì)角相鄰像素和它的4鄰域像素一起構(gòu)成p的8鄰域，用N8(p)表示,四個(gè)對(duì)角像素構(gòu)成p的對(duì)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(gè)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(qǐng)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(gè)像素序列(xp,yp),(xp+1,yp+1),(xp+2,yp+2),...,(xq,yq)。其中任意兩個(gè)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(gè)通路，則稱兩個(gè)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(biāo)為(x,y)，q的坐標(biāo)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