數(shù)字圖像 緒論經(jīng)典案例

數(shù)字圖像處理

安玉磊第一章

緒論一、數(shù)字圖像處理的開展概況及應(yīng)用開展：上世紀(jì)20年代Bartlane電纜圖片傳輸系統(tǒng)〔紐約和倫敦之間海底電纜〕傳輸一幅圖片所需的時(shí)間由一周多減少到小于3個(gè)小時(shí)；上世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)的開展，數(shù)字圖像處理才真正地引起人們的巨大興趣；1964年，數(shù)字圖像處理有效地應(yīng)用于美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室〔J.P.L〕對“徘徊者七號〞太空船發(fā)回的大批月球照片的處理；隨后幾年，繼續(xù)用于空間研究方案；同時(shí)，在生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、軍事上得到應(yīng)用；1.2

數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用與趨勢1.2.1數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用1.2.2數(shù)字圖像處理的開展趨勢1.2

數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用與趨勢1.2.1數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用數(shù)字圖像輸入輸出設(shè)備1.3

工程應(yīng)用簡介1.3.1

遙感圖像處理軍事偵察： 戰(zhàn)略目標(biāo)定位、多光譜去偽裝導(dǎo)彈末制導(dǎo)： 紅外、雷達(dá)圖像處理農(nóng)作物估產(chǎn)： 多光譜圖像分析地質(zhì)研究： 宏觀地質(zhì)結(jié)構(gòu)、探礦災(zāi)情估計(jì)： 紅外圖像統(tǒng)計(jì)氣象云圖： 圖像幾何處理與拼接遙感圖像增強(qiáng)前后的

遙感圖像高分辨率遙感圖像1高分辨率遙感圖像2香港新機(jī)場遙感圖像航片地表覆蓋遙感應(yīng)用一例1.3.2工業(yè)與實(shí)驗(yàn)圖像處理自動裝配生產(chǎn)線：實(shí)時(shí)圖像處理機(jī)器人視覺：立體圖像對處理無損探傷： 高能X射線探測金屬內(nèi)部車輛牌照識別： 交通管制流動顯示與測速：PIV粒子圖像測速識別棉花中的雜質(zhì)車牌識別工件裂紋檢測1.3.3醫(yī)學(xué)圖像處理病理圖像分析： 顯微圖像、染色體圖像X射線圖像處理： X射線透視和照片增強(qiáng)超聲圖像處理： 黑白超和彩超、動態(tài)CT圖像重建： 斷層圖像計(jì)算X光圖像增強(qiáng)CT切片圖像CT邊緣提取B超圖像染色體1.3.4辦公圖像處理郵政編碼識別： 手寫數(shù)字圖像處理識別印刷體文字識別： OCR

文字圖像識別機(jī)械圖樣自動錄入： 線條跟蹤、擬合指紋圖像處理： 刑偵、司法鑒定、自動門衛(wèi)槍紋圖像處理： 刑偵、司法鑒定面孔圖像處理： 自動門衛(wèi)印章比對： 司法鑒定、銀行支票筆跡比對： 刑偵、司法鑒定指紋識別1.3.6影視圖像處理由黑白圖像轉(zhuǎn)換的偽彩色圖像圖像校正

在理想情況下，衛(wèi)星圖像上的像素值只依賴于進(jìn)入傳感器的輻射強(qiáng)度；而輻射強(qiáng)度又只與太陽照射到地面的輻射強(qiáng)度和地物的輻射特性〔反射率和發(fā)射率〕有關(guān)，使圖像上灰度值的差異直接反映了地物目標(biāo)光譜輻射特性的差異，從而區(qū)分地物目標(biāo)。而實(shí)際上，由于大氣層的存在，也由于傳感器內(nèi)探測器性能的差異，使得進(jìn)入傳感器的輻射發(fā)生畸變，引起圖形模糊，比照度下降等。另一方面，由于衛(wèi)星飛行時(shí)姿態(tài)變化及地球形狀等因素影響，圖像中地物目標(biāo)的幾何位置也會發(fā)生畸變。為了使圖像更好地滿足使用要求，必須盡可能地通過處理消除畸變，恢復(fù)圖像的本來面目。當(dāng)前精確制導(dǎo)武器所取得的成果還是有限的，最主要的問題是目前主要還是依靠人在導(dǎo)彈發(fā)射前發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，然后人工鎖定首幀目標(biāo)圖像進(jìn)行自動跟蹤，而不能實(shí)現(xiàn)不需人工參與的由導(dǎo)彈自動識別目標(biāo)，做不到“打了不管〞。特別是在復(fù)雜背景下，機(jī)器如何像人一樣自動識別目標(biāo)，目前是相當(dāng)困難的。圖像分割：雖然國內(nèi)外學(xué)者已提出很多種圖像分割算法，但由于背景的多變性和復(fù)雜性，至今為止還沒有一種能適用于各種背景的圖像分割算法。當(dāng)前提出的小波分析、模糊集、分形等新的智能信息處理方法有可能找到新的圖像分割方法。

特征提?。河?jì)算描述目標(biāo)的特征，如目標(biāo)的幾何形狀特征、統(tǒng)計(jì)特征、矩特征、紋理特征等

圖像識別：統(tǒng)計(jì)模式識別、模糊模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等

圖像跟蹤

數(shù)字圖像處理的主要研究內(nèi)容圖像增強(qiáng)

數(shù)字圖像處理的主要研究內(nèi)容圖像復(fù)原二、圖像與數(shù)字圖像1、“圖〞與“像〞的定義：“圖〞是物體透射或反射光的分布；“像〞是人的視覺系統(tǒng)對圖的接收在大腦中形成的印象或認(rèn)識。2、模擬圖像的表示〔物理圖像，人眼能看到的圖像〕?圖像處理圖像處理〔imageprocessing〕就是對圖像信息進(jìn)行加工處理和分析，以滿足人的視覺心理需要和實(shí)際應(yīng)用或某種目的〔如壓縮編碼或機(jī)器識別〕的要求。圖像處理可分為以下3類：▓模擬圖像處理〔analogueimageprocessing〕；▓數(shù)字圖像處理〔digitalimageprocessing〕；▓光電結(jié)合處理〔optoelectronicprocessing〕。模擬圖像處理：也稱光學(xué)圖像處理，它是利用光學(xué)透鏡或光學(xué)照相方法對模擬圖像進(jìn)行的處理，其實(shí)時(shí)性強(qiáng)、速度快、處理信息量大、分辨率高，但是處理精度低，靈活度差，難有判斷功能。1.1圖像和圖像處理1.1圖像和圖像處理數(shù)字圖像處理：即利用計(jì)算機(jī)對數(shù)字圖像進(jìn)行處理，它具有精度高、處理內(nèi)容豐富、方法易變、靈活度高等優(yōu)點(diǎn)。但是它的處理速度受到計(jì)算機(jī)和數(shù)字器件的限制，一般也是串行處理，因此處理速度較慢。光電結(jié)合處理：用光學(xué)方法完成運(yùn)算量巨大的處理〔如頻譜變換等〕，而用計(jì)算機(jī)對光學(xué)處理結(jié)果〔如頻譜〕進(jìn)行分析判斷等處理。該方法是前兩種方法的有機(jī)結(jié)合，它集結(jié)了二者的優(yōu)點(diǎn)。光電結(jié)合處理是今后圖像處理的開展方向，也是一個(gè)值得關(guān)注的研究方向。?圖像的表示圖像的數(shù)學(xué)表示：一幅圖像所包含的信息首先表現(xiàn)為光的強(qiáng)度〔intensity〕,即一幅圖像可看成是空間各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)上的光強(qiáng)度I的集合，其普遍數(shù)學(xué)表達(dá)式為：I=f(x，y，z，λ，t)式中(x,y,z)是空間坐標(biāo)，λ是波長，t是時(shí)間，I是光點(diǎn)(x,y,z)的強(qiáng)度〔幅度〕。上式表示一幅運(yùn)動的(t)、彩色/多光譜的(λ)、立體的(x,y,z)圖像。1.1圖像和圖像處理1.1圖像和圖像處理靜止圖像，與時(shí)間t無關(guān)；單色圖像〔也稱灰度圖像〕，波長λ為一常數(shù)；平面圖像，那么與坐標(biāo)z無關(guān)。即在每一種情況下，圖像的表示可省略掉一維，即〔1〕靜止圖像：I=f〔x，y，z,λ〕〔2〕灰度圖像：I=f〔x，y，z，t〕〔3〕平面圖像：I=f〔x，y,λ,t〕而對于平面上的靜止灰度圖像，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可簡化為：I=f〔x，y〕1.1圖像和圖像處理

運(yùn)動圖像可用〔靜止〕圖像序列表示，彩色圖像可分解成三基色圖像，三維圖像可由二維重建。因此本課程主要針對平面上的靜止灰度圖像進(jìn)行論述。圖像的特點(diǎn)：〔1〕空間有界:人的視野有限，一幅圖像的大小也有限?！?〕幅度〔強(qiáng)度〕有限：即對于所有的x，y都有0≤f(x,y)≤Bm其中Bm為有限值。數(shù)字圖像一般用可用矩陣或數(shù)組來描述像素或像元的屬性：空間位置和灰度?數(shù)字圖像處理的根本步驟▓圖像信息的獲?。翰捎脠D像掃描儀等將圖像數(shù)字化。▓圖像信息的存儲：對獲取的數(shù)字圖像、處理過程中的圖像信息以及處理結(jié)果存儲在計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)中。▓圖像信息的處理：即數(shù)字圖像處理，它是指用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字系統(tǒng)對數(shù)字圖像進(jìn)行的各種處理。▓圖像信息的傳輸：要解決的主要問題是傳輸信道和數(shù)據(jù)量的矛盾問題，一方面要改善傳輸信道，提高傳輸速率，另外要對傳輸?shù)膱D像信息進(jìn)行壓縮編碼，以減少描述圖像信息的數(shù)據(jù)量。▓圖像信息的輸出和顯示：用可視的方法進(jìn)行輸出和顯示。1.2數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法?數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法▓圖像數(shù)字化：將非數(shù)字形式的圖像信號通過數(shù)字化設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，包括采樣和量化。▓圖像變換：對圖像信息進(jìn)行變換以便于在頻域?qū)D像進(jìn)行更有效的處理。▓圖像增強(qiáng)：增強(qiáng)圖像中的有用信息，削弱干擾和噪聲，提高圖像的清晰度，突出圖像中所感興趣的局部。▓圖像恢復(fù)〔復(fù)原〕：對退化的圖像進(jìn)行處理，使處理后的圖像盡可能地接近原始〔清晰〕圖像。

1.2數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法▓圖像壓縮編碼：對待處理圖像進(jìn)行壓縮編碼以減少描述圖像的數(shù)據(jù)量。▓圖像分割：根據(jù)選定的特征將圖像劃分成假設(shè)干個(gè)有意義的局部，這些選定的特征包括圖像的邊緣、區(qū)域等。▓圖像分析與描述：主要是對已經(jīng)分割的或正在分割的圖像各局部的屬性及各局部之間的關(guān)系進(jìn)行分析表述。▓圖像識別分類：根據(jù)從圖像中提取的各目標(biāo)物的特征，與目標(biāo)物固有的特征進(jìn)行匹配、識別，以作出對各目標(biāo)物類屬的判別。1.2數(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法一個(gè)根本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像輸入、圖像存儲、圖像通信、圖像處理和分析五個(gè)模塊組成。如以下圖所示：1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成▓數(shù)字圖像輸入模塊：也稱圖像采集或圖像數(shù)字化，是利用圖像采集設(shè)備〔數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等〕來獲取數(shù)字圖像，或通過數(shù)字化設(shè)備〔如圖像掃描儀〕將要處理的連續(xù)圖像轉(zhuǎn)換成適于計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字圖像。▓數(shù)字圖像存儲模塊：用于圖像處理和分析的數(shù)字圖像存儲器可分為三類：處理和分析過程中使用的快速存儲器；在線或聯(lián)機(jī)存儲器；不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫〔檔案庫〕存儲器。如計(jì)算機(jī)內(nèi)存、硬盤、軟盤、閃存盤、CD光盤、DVD光盤等。1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成

1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成▓數(shù)字圖像輸出模塊：在圖像分析、識別和理解中，一般需要將處理前后的圖像顯示出來，或?qū)⑻幚斫Y(jié)果永久保存。前者稱為軟拷貝或顯示，使用設(shè)備包括CRT顯示器、液晶顯示器和投影儀等。后者稱為硬拷貝，使用設(shè)備包括照相機(jī)、激光拷貝和打印機(jī)等。▓

數(shù)字圖像通信模塊：對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和通信。由于圖像數(shù)據(jù)量很大，而能提供通信的信道傳輸率又有限，因此傳輸前必須對表示圖像信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，以減少圖像數(shù)據(jù)量。▓

數(shù)字圖像處理與分析模塊：包括處理算法、實(shí)現(xiàn)軟件和計(jì)算機(jī)，一般包括下面三種形式：通用圖像處理：適用于功能要求靈活，圖像數(shù)據(jù)量大，但實(shí)時(shí)性要求不高的圖像處理與分析算法，也可輔之于方便靈活的操作界面。專用圖像處理系統(tǒng)：對于象CT、核磁共振、彩色B超、機(jī)場安檢等專用影像處理，可采用能滿足實(shí)際應(yīng)用的專用計(jì)算機(jī)和專用圖像處理算法等，來構(gòu)成專用圖像處理系統(tǒng)。圖像處理芯片：將許多圖像處理功能集成在一個(gè)很小的芯片上，形成專用或通用的圖像處理芯片。

1.3數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成

1.5課程內(nèi)容簡介本章要求及作業(yè)四、數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)：處理信息量大；512×512×8bit＝256KB256KB×25幀/s＝6400KB=6.25MB占用的頻帶較寬〔圖像帶寬5.6MHZ，語音僅4KHZ〕；像素不獨(dú)立、相關(guān)性強(qiáng)；壓縮潛力大；處理結(jié)果如果給人評價(jià)，受人的因素影響大。

主