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章毓晋清华大学电子工程系100084北京图象工程第2页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)教材和主要参考书图象工程（第2版）上册：图象处理中册：图象分析下册：图象理解第3页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)第1章绪论1.1图象和图象工程1.2图象分析概论1.3主要内容和安排第4页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.1图象和图象工程1.1.1图象基础知识1.1.2图象工程概述第5页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.1.1图象基础知识图象：用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体图象（广义/抽象）图像（狭义/具体）图象和信息：人类从外界（客观世界）获得的信息约有75%来自视觉系统第6页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.1.1图象基础知识图象类型{广义}图片，动画，绘图，文字/档，...{狭义}单幅序列图象，...静止运动图象（视频），...2-D3-D，彩色，立体对，多光谱,多视场图象，...灰度深度，纹理图象，...第7页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)图象表示2-D数组f(x,y)x，y：2-D空间XY中坐标点的位置f：代表图象在(x,y)的性质F的数值f，x，y的值可以是任意实数性质F:可对应不同物理量灰度图象里用灰度表示1.1.1图象基础知识第8页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.1.1图象基础知识图象单元一幅图象是许多图象单元的集合体2-D图象：象素（pictureelement）英文里常用pixel表示3-D图象：体素（volumeelement）英文里常用voxel表示f(x,y)f(x,y,z),f(x,y,t)第9页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.2图象工程概述图象工程：不同层次图象技术的有机结合及应用图象工程三层次：图象处理（图象——图象）图象分析（图象——数据）图象理解（图象——解释）第10页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.2图象工程概述第11页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.2图象工程概述第12页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)主要相关学科：♦图形学：原指用图形、图表、绘图等形式表达数据信息的科学，而计算机图形学研究的就是如何利用计算机技术来产生这些形式♦图象模式识别：试图把图象分解成可用符号较抽象地描述的类别♦计算机视觉：主要强调用计算机实现人的视觉功能，目前的研究内容主要与图象理解相结合1.2.2图象工程概述第13页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)中国图象工程综述（中国图象图形学报,5月期）文献统计分类共统计15种刊物已进行10年（1996-2005）涉及到18819篇论文选取了4032篇论文1.2.2图象工程概述第14页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)图象工程期刊（1）[CT]：《CT理论与应用研究》（2）[CX]：《测绘学报》（3）[DC]：《电子测量与仪器学报》（4）[DK]：《电子科学学刊》（5）[DX]：《电子学报》（6）[JX]：《计算机学报》（7）[MR]：《模式识别与人工智能》（8）[SC]：《数据采集与处理》（9）[TX]：《通信学报》（10）[XC]：《信号处理》（11）[YX]：《遥感学报》（12）[ZS]：《中国生物医学工程学报》（13）[Zti]：《中国体视学和图象分析》（14）[Ztu]：《中国图象图形学报》（15）[ZX]：《自动化学报》1.2.2图象工程概述第15页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.2图象工程概述第16页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.2图象工程概述第17页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2图象分析概论1.2.1图象分析定义和研究内容1.2.2图象分析系统第18页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.1图象分析定义和研究内容1.图象分析的定义•图象分析的目的是基于从图象或图象序列中提取的信息构建对场景的描述•图象分析常指利用计算机处理图象以发现图象中有哪些目标•图象分析考虑如何从多维信号中提取有意义的测量数据•图象分析对图象和图象中的目标进行量化和分类第19页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.1图象分析定义和研究内容1.图象分析的定义•图象分析的中心问题是将具有若干兆字节的灰度图象或彩色图象简化成只有若干个有意义和有用的数字从图象出发，对其中感兴趣目标进行检测、提取、表达、描述和测量，从而获取客观信息，输出数据结果的过程和技术第20页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.1图象分析定义和研究内容2.图象处理和图象分析的区别和联系•图象处理是一种重组（rearrangement）科学对一个象素来说，它的属性值有可能根据其相邻象素的值而改变，或它本身被移动到图象中的其他地方，但整幅图象中象素的绝对数量（sheerquantity）不会变食品处理：重组各种成分（ingredient）以产生美味（palatable）组合，不是提炼各种成分的精华（essence）•图象分析的目标则是试图找出那些精练地表达图象重要信息的描述系数第21页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.1图象分析定义和研究内容2.图象处理和图象分析的区别和联系(1)图象采集：由景物到图象(2)预处理：校正图象处理过程中产生的（可反转的reversible）失真数据(3)恢复：对数据进行过滤以减少噪声的影响和（不可反转的）失真(4)分割：将图象分解成需要分析的目标和其它背景(5)测量：从数字化的数据测量“模拟”的性质(6)可视化：将测量的结果以一种对用户有用且容易理解的方式表示出来第22页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.1图象分析定义和研究内容3.图象分析和模式识别语义（抽象程度），操作对象（数据量）第23页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)3.图象分析和模式识别模式识别的目的是将不同的模式分类分类的基础是特征测量数据图象分析对象素间的联系和关系（例如邻域和连通等）更为重视1.2.1图象分析定义和研究内容第24页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.2.2图象分析系统分析系统框图各模块都有特定的功能第25页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3主要内容和安排课程内容结构15章正文和1个附录各章自成体系“总结与复习”思考题和练习题第26页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3主要内容和安排学习/教学使用建议第27页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)通信地址：北京清华大学电子工程系邮政编码：100084办公地址：清华大学东主楼，9区307室办公电话：[phone]传真号码：[phone]电子邮件：[e-mail]个人主页：~zhangyujin/实验室网：image.ee.tsinghua.edu.cn联系信息第28页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3图象处理系统1.3.1系统构成框图1.3.2图象采集1.3.3图象显示打印1.3.4图象存储1.3.5图象处理第29页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.1系统构成框图第30页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.2图象采集图象采集装置为采集数字图象，需要两种装置（器件）：(1)对某个电磁能量谱波段（如X射线、紫外线、可见光、红外线等）敏感的物理器件，它能产生与所接受到的电磁能量成正比的（模拟）电信号；(2)数字化器，它能将上述（模拟）电信号转化为数字（离散）的形式。第31页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.3图象显示打印图象显示图象处理的结果多是供观察的图象数据亮度模式显示显示设备电视显示器，液晶显示器阴极射线管（CRT)打印设备转换到幻灯片、照片或透明胶片上第32页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.3图象显示打印半调（halptone）输出多数打印设备仅能直接显示输出二值图半调技术：利用人眼的集成特性，通过控制二值点模式的形式（包括数量，尺寸，形状等）来获得视觉上不同的灰度感觉一种将灰度图象转化为二值图象的技术输出二值图象，看到灰度图象第33页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.3图象显示打印幅度调制（AM）通过调整输出黑点的尺寸来显示不同的灰度例如，早期报纸上的图片在每个空间位置打印一个其尺寸反比于该处灰度的黑圆点二值点是规则的排成网格的点点的形状并不是决定性的因素第34页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.3图象显示打印频率调制（FM）输出黑点的尺寸是固定的其在空间的分布（点间的间隔或一定区域内点出现的频率）取决于所需表示的灰度缺点：点增益（打印单元尺寸相对于原始单元尺寸的增加量）增加导致打印图灰度范围的减少或压缩第35页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.3图象显示打印调制模板每个输出单元内包含若干个基本二值点每个模板对应一个输出单元225种灰度第36页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.3图象显示打印调制模板3310种灰度第37页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.3图象显示打印抖动（dithering）输出技术利用随机变化-2(6-b)-2(5-b)f(x,y)+02(5-b)2(6-b)半调技术牺牲图象的空间点数而增加图象的灰度级数要保持细节，灰度级数就有限第38页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.4图象存储图象存储数据量度单位比特（bit），字节（byte=8bit）千字节（Kbyte）兆（106）字节（Mbyte）吉（109）字节（Gbyte）太（1012）字节（Tbyte）第39页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.4图象存储图象存储器(1)处理过程中使用的快速存储器计算机内存，帧缓存(2)较快重新调用的在线或联机存储器磁盘，磁光盘(3)不经常使用的数据库（档案库）存储器磁带，光盘，光盘塔第40页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.4图象存储格式（表示格式和文件格式）(1)矢量格式用线段或线段的组合体来表示图象(2)光栅格式用许多图象点的集合来表示图象BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG格式第41页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)1.3.5图象处理图象处理对图象的增强以改善图象视觉质量对退化图象的恢复以消除各种干扰的影响根据对场景的多个投影来重建场景的图象对图象进行编码以减少表达图象的数据量，从而有利于存储和传输给图象加入数字水印以保护图象的所有权第42页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)课程介绍授课进度和安排小测验小测验第43页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)课程介绍总结和复习1.各节小结和文献介绍每节主要内容的概况进一步深入学习的参考（近200篇文献）2.思考题和练习题共260个，对其中137个提供了参考答案第44页第1讲章毓晋(TH-EE-IE)通信地址：北京清华大学电子工程系邮政编码：100084办公地址：清华大学东主楼，9区307室办公电话：[phone]传真号码：[phone]电子邮件：[e-mail]个人主页：~zhangyujin/实验室网：image.ee.tsinghua.edu.cn联系信息