第1章数字图像处理绪论.

数字图像处理电子与信息工程学院第1章绪论1.1图像信息和图像技术1.2人眼视觉特性和图像质量评价1.3图像系统的构成1.4图像处理的应用图像处理的发展1839年－－照相术发明1865年－－法国巴黎和里昂之间文字图形传真1876年－－美国贝尔发明电话，语音通信1895年－－发明电影1925年－－发明电视1954年－－NTSC彩色电视开播1964年－－JPL月球表面照片处理•本世纪20年代，纽约－伦敦海底电缆传输数字化的新闻图片。传递时间从一个多星期减少到3个小时；数字图像处理发展用15种色调的设备，从伦敦到纽约，用电缆进行传送的Perihing和Fozh两将军未经修饰的图片•五十年代中期开始数字图像处理技术研究。重要标志是1964年JPL正式使用数字计算机对“徘徊者7号”太空船送回的四千多张月球照片进行了处理；•60年代末，数字图像处理形成一个比较完整的理论与技术体系；•70年代，CT的发明，血球自动分类仪的商业化•70年代以来迅猛发展。图像处理的应用航空航天领域的应用生物医学工程领域的应用通信工程领域的应用工业和工程方面的应用军事公安方面的应用文化艺术方面的应用1、从可见光谱扩展到各波段2、从静止图像到运动图像的处理3、从物体的外部到物体的内部图像的处理4、从整体到局部图像的处理5、提取图像中特征的处理6、人工智能化的图像处理数字图像处理的成就：未来的发展趋势：•与网络、Internet技术需求相结合•结合最新的数学进展•智能化什么是图像？“图”是物体投射光或反射光的分布“像”是人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识“图”是客观存在“像”是人的感觉图像是两者的结合1.1图像信息和图像技术一、什么是图像？“图”是物体透射或反射光的分布，是客观存在。“像”是人的视觉系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识，是人的感觉。“图像”是两者的结合。可以将图像看作二维平面或三维立体空间中具有暗亮或色彩变换的光强分布。二、图像分类按亮度：二值和灰度图像按色调：黑白和彩色图像按内容变化：静止和运动图像按维数：二维和三维图像按成像方式：微波、红外、CT三维图像4级灰度3级灰度2级灰度即二值化三、图像信号的表示I＝f(x,y,z,λ,t)1、黑白图像•黑白图像是指图像的每个像素只能是黑或白，没有中间的过渡，又称为2值图像。•2值图像的像素值为0、1。2、灰度图像•灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。100220250180501202001500I3、彩色图像•彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像，其中RGB是由不同的灰度级来描述的。彩色图像不能用一个矩阵来描述，一般是用三个矩阵同时来描述。00255800255240240255R02550160255255801600G25525525524000160800B四、视频信号Y=0.3R+0.59G+0.11BU=B-YV=R-Y对色度信号进行正交幅度调制，得到色度信号)](sin[)()()()(tttCtvtutcsc色度信号插在亮度信号的高频端形成全电视信号(视频信号))](sin[)()()()()(tttCtYtctYtesc五、图像处理内容图像变换：利用正交变换的性质和特点将图像转换到变换域中进行处理以改善图像质量或进行快速运算；图像增强：利用各种数学方法和变换手段提高图像中人们感兴趣部分的清晰度；图像复原：把降质图像尽可能恢复成或尽可能接近原来的图像；图像分割：根据图像各种特征或属性按照具体要求将图像中有意义或人们感兴趣的部分分离或提取出来；图像重建：对一些三维物体，应用X射线、超声波等方法获取物体内部的结构数据，再将此数据进行运算处理而成物体内部某些部位的图像；图像压缩：指在满足一定图像质量要求的前提下，最大程度地减少图像的数据量，以存储更多图像或节省更多传输带宽。五、图像处理内容图像处理典型的三个过程低级处理中级处理高级处理图像预处理如图像增强、图像复原等图像分割、特征提取和图像描述等图像识别、图像分析和图像理解等六、图像信息的特点直观性强信息量大并行接受方式确切性差海量数据相关性强，冗余度大采样列采样行图片像素行间隔采样列间隔灰阶黑灰白01282556183灰度值像素数字图像相关概念•矩阵是按照行列的顺序来定位数据的，但图像是在平面上定位数据的，所以有一个坐标系定义上的特殊性。•为了编程方便，常以矩阵坐标系来定义图像的坐标。行（j）列（i）矩阵A(i,j)矩阵坐标系X轴（i）Y轴（j）图像f(i,j)直角坐标系1.2人眼视觉特性和图像质量评价一、人眼构造•杆状细胞主要来分辨明暗，对彩色不敏感（夜晚视觉，由杆状细胞起作用）•锥状细胞既能辨别光的强弱，又能分辨颜色（白天视觉过程主要由锥状细胞起作用）。二、视觉特性1、亮度适应能力包括暗光适应能力(10~30s)和亮光适应能力(1~2s)；2、同时对比度：相同的亮度刺激，不同的背景亮度，人眼会有不同的主观亮度感觉2、同时对比度：相同的亮度刺激，不同的背景亮度，人眼会有不同的主观亮度感觉3、对比灵敏度⊿I/I称为韦伯比；I是背景光强，I是光强的变化4、分辨率对于空间上或时间上两相邻的视觉信号，人们刚能分辨二者存在的能力称为视觉系统的分辨率。5、Mach带观察均匀黑和白区域边界，在亮度变化部位附近的暗区和亮区中分别存在一条更亮和更暗的条带，称为Mach带。6、视觉暂留时间当一定强度的光突然作用于视网膜时，人眼不能立即获得稳定的亮度感觉，而需经过一个短暂的变化过程才能达到稳定的亮度感觉三、人眼的视觉错觉现象1：弗雷泽螺旋现象2：长度AB不等CD,ABCD现象3：谢泼德桌面现象4：闪烁的网格现象5：两个内部圆大小不等现象6：竖线是弯曲的现象7：不可能的盒子四、图像质量评价(一)、图像质量含义图像逼真度：被评价图像与原标准图像的偏离程度。图像可懂度：图像能向人或机器提供信息的能力。(二)、评价方法1.主观评价：质量尺度和妨碍尺度相对评价（妨碍/群优度尺度）得分绝对评价(质量/全优度尺度)无觉察5非常好刚觉察4好觉察但不讨厌3一般讨厌2差难以观看1非常差2.客观评价被评价图像与标准图像之间的均方根误差或被评价图像的均方根信噪比设标准图像为f(i,j)，被评价图像为其误差为e(i,j)=f(i,j)-1010222),(ˆ),(1NjMkkjfkjfNe2eerms均方根误差为：),(ˆjif),(ˆjif(1)归一化均方误差NMSE1010210102),(),(ˆ),(NjMkNjMkkjfkjfkjfNMSE1010210102),(ˆ),(),(ˆNjMkNjMkmskjfkjfkjfSNR(2)信噪比SNRmsrmsSNRSNR均方信噪比SNR(3)峰值信噪比PSNR101022)],(ˆ),([log10NjMkkjfkjfANMPSNR基于感兴趣区的质量评价基于感觉的质量评价基于任务的质量评价1.3图像系统的构成一、图像处理系统主图像处理设备(计算机/硬件/软件)图像输出设备图像输入设备存取/分布式设备控制、储存根据处理的目的，数字图像处理可分为两类：一类目的是改善图像的质量，以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。另一类目的是识别目标或对图像对象的分类，以机器为对象，处理的目的是使机器或计算机能自动识别目标。图像输入设备数字化图像预处理（增强、复原）图像分割特征提取图像分类三维图像恢复图像描述图像分析与理解数字图像二维连续图像三维场景识别、分类结果图像理解计算机视觉图像识别数字图像处理的基本特点：对计算机的处理速度、存储容量等要求高图像信息处理的必要性很大图像信息处理的可能性（潜力）很大从实际场景到二维图像获取，是病态过程结果是由人来评价，受人的因素影响较大二、图像通信系统信源编码信道编码调制数字图像后处理信源解码信道解码解调图像显示网络噪声源预处理图像的频率特性图像增强图像复原图像压缩图像分割1.4图像处理的应用•图像处理软件1.4图像处理的应用1.4图像处理的应用视频处理：数码大师会声会影MovieMaker：谢谢大家！