数字图像处理概述

第一章数字图象处理概论数字图像处理第一章数字图像处理概论课程设置数字图像处理概论图像的基本信息和基本运算图像变换图像增强图像复原图像编码图像分割与边缘检测图象分析与描述第一章数字图像处理概论百闻不如一见Onepictureisworthmorethantenthousandwords.Anonymous第一章数字图像处理概论第一章数字图像处理概论第一章数字图像处理概论•图像的基本概念•数字图像的基本类型•数字图像处理系统•数字图像处理的发展及特点•数字图像处理的主要内容及应用•图像的统计特征第一章数字图像处理概论什么是图像？“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”是客观存在的“像”是人的感觉图像是两者的结合1.1图像的基本概念第一章数字图像处理概论1.1图像的基本概念概念：“图”:是物体投射或反射光的分布，“像”:是人的视觉系统对图的接受在大脑中形成的印象或反映。因此，图像是客观和主观的结合。第一章数字图像处理概论分类：（1）从视觉特点，分为可见图像和不可见图像。（2）从图像空间坐标和明暗程度的连续性，可分为模拟图像和数字图像。图像的分类第一章数字图像处理概论图像的表示方法模拟图像：图像是连续的，即用函数f(x,y)表示的图像。其中x,y:表示空间坐标点的位置；f:表示图像在点（x,y）的某种性质的数值，如亮度、灰度，色度等。f,x,y可以是任意实数。第一章数字图像处理概论OXY.),(yxf第一章数字图像处理概论数字图像：I(r,c)是对f(x,y)的离散化后的结果。r表示图像的行(row)；c表示图像的列(column)；I表示离散后的f；I,r,c的值只能是整数。数字图像可用矩阵或数组进行描述。第一章数字图像处理概论OCR.),(crI第一章数字图像处理概论100220250180501202001500I数字图像的矩阵表示第一章数字图像处理概论第一章数字图像处理概论1.2数字图像的基本类型黑白图像（二值图像）是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。二值图像的像素值为0、1。011100001I第一章数字图像处理概论黑白图像第一章数字图像处理概论灰度图像灰度图像是指各像素信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。灰度取值范围为(0～255),“0”表示纯黑色，“255”表示纯白色，中间的数字表示黑白之间的过渡色。100220250180501202001500I第一章数字图像处理概论第一章数字图像处理概论灰度图像第一章数字图像处理概论索引图像索引图像既包括存放图像数据的二维矩阵，还包括一个颜色索引矩阵（称为MAP），因此称为索引图像，又称为映射图像。MAP矩阵也可以由二维数组表示，矩阵大小由存放图像的矩阵元素的值域（灰度值范围）决定。若矩阵元素值域为0~255，则MAP矩阵的大小为256×3，矩阵的三列分别为R、G、B值。第一章数字图像处理概论图像矩阵的每一个灰度值对应于MAP中的一行，如某一像素的灰度值为64，则表示该像素与MAP矩阵的第64行建立了映射关系，该像素在屏幕上的显示颜色由MAP矩阵第64行的[RGB]叠加而成。第一章数字图像处理概论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。第一章数字图像处理概论3-ColorMixer第一章数字图像处理概论00255800255240240255R02550160255255801600G25525525524000160800B第一章数字图像处理概论彩色图像第一章数字图像处理概论1.3数字图像处理系统图像数字化设备：扫描仪、数码相机、摄像机与图像采集卡等图像处理计算机：PC、工作站等图像存储设备：磁盘、光盘、硬盘等图像输出设备：显示器、打印机等第一章数字图像处理概论图像存储系统图像输入系统图像处理与分析系统图像输出系统第一章数字图像处理概论采集：x光透视成像仪、扫描仪、数码相机等处理和分析：主要是利用计算机运算，还可借助专用硬件存储：磁带，磁盘，光盘显示：电视显示器，打印机采集存储显示处理和分析通信第一章数字图像处理概论图像处理系统示意图图像数字化设备输入图像图像处理计算机输出图像图像输出设备第一章数字图像处理概论1.4数字图像处理的发展1.数字图像计算机图像处理的图像必须以数字格式存储;以数字格式存放的图像称之为数字图像;常见的各种照片、图片、海报、广告画等一般为模拟图像，通过数字化设备可将模拟图像数字化;计算机可以方便地处理各种数字图像，以达到视觉效果和特殊效果。第一章数字图像处理概论在计算机中，图像被分割成像素（Pixel），各像素的灰度值用整数表示。一幅M×N个像素的数字图像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩阵G表示：MNMMNNgggggggggG2122221112111.数字图像第一章数字图像处理概论数字图像灰度信息数字化数字化像素11244211127887211585586116856861168754211584166114831661126111111.数字图像第一章数字图像处理概论第一章数字图像处理概论1.数字图像第一章数字图像处理概论1）数字图像处理数字化后的图像可以看成是存储在计算机中的有序数据，可以通过计算机对数字图像进行处理。利用计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等的理论、方法和技术称为数字图像处理（DigitalImageProcessing）。2.数字图像处理第一章数字图像处理概论图像处理通常是用计算机和实时硬件实现的，因此也称之为计算机图像处理(ComputerImageProcessing）。第一章数字图像处理概论在日常生活中，图像处理已经得到广泛应用。电脑艺术像，影视特技，自动售货的钞票识别，邮政编码自动识别和利用指纹、虹膜、面部等特征的身份识别等。第一章数字图像处理概论在医学领域，X射线透视、显微镜照片诊断疾病。计算机图像处理已成为疾病诊断的重要手段，用一般摄影方法不能获取的身体内部状况，可由特殊的图像处理装置获取，最具有代表性的就是X射线CT（ComputedTomograph，计算机断层摄像）。第一章数字图像处理概论2)数字图像处理的产生及发展一、发展过程早期的计算机满足不了图像处理的要求，没有IP（imageprocessing)。第一章数字图像处理概论1921年用电报打印机采用特殊字符在编码纸带中产生的图像第一章数字图像处理概论1922年在信号两次穿越大西洋后，从穿孔纸带得到的数字图像第一章数字图像处理概论1929年从伦敦到纽约用15级色调设备传送的照片第一章数字图像处理概论20世纪60年代，FFT的出现；NASA（美国国家航空和航天管理局）开始处理从月球发回的照片；--图像复原和图像增强的研究和发展。第一章数字图像处理概论1964年：美国喷气推进实验室(JPL)用计算机对“徘徊者七号”太空船发回的大批月球照片进行处理。第一章数字图像处理概论美国航天器传送的第一张月球照片，“旅行者7号”卫星1964年7月31日9点09分（东部白天时间）在光线影响月球表面17分钟时摄取的图像第一章数字图像处理概论图像处理最先应用于空间探索第一章数字图像处理概论图像处理最先应用于空间探索第一章数字图像处理概论70年代,IP有了较大的发展，1976年出版了第一本图像处理的专著。70年代处理地球卫星获取的遥感图片，进行地质资源探测，农作物估产，水文气象监测等;第一章数字图象处理概论空间探索第一章数字图象处理概论地球资源勘探第一章数字图象处理概论遥感图片第一章数字图象处理概论气象云图气象预报第一章数字图像处理概论80年代随着高速计算机和大规模集成电路的发展，使图象处理技术更趋成熟，得到了广泛应用。从2D图像发展到3D图像处理，第一章数字图象处理概论计算机绘画第一章数字图象处理概论计算机合成图像第一章数字图象处理概论计算机合成图像第一章数字图象处理概论广告设计第一章数字图像处理概论90年代，以多媒体技术为代表，IP的应用涉及到人类生活的各个方面。图像压缩和多媒体技术的突破和发展；文本图像的分析和理解，文字的识别取得重大的进展；全球通讯技术的蓬勃发展，使图像通讯和传输的广泛应用，各数字图像处理技术取得广泛的开拓性的发展，进入成熟应用阶段。21世纪，IP将改变人们的生活方式。第一章数字图象处理概论动画动画第一章数字图象处理概论网页设计第一章数字图象处理概论网页设计点击图片播放FLASH第一章数字图像处理概论娱乐第一章数字图像处理概论数字图像处理的未来发展方向（1）在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。如在航天遥感、气象云图处理方面，巨大的数据量和处理速度仍然是主要矛盾之一。（2）加强软件研究、开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法。第一章数字图像处理概论（3）加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展。如人的视觉特性、心理学特性等的研究，如果有所突破，将对图像处理技术的发展起到极大的促进作用。（4）加强理论研究，逐步完善图像处理学科的理论体系。第一章数字图像处理概论（5）图像处理领域的标准化。图像的信息量大、数据量大，因而图像信息的建库、检索和交流是一个重要的问题。目前的情况是:软件、硬件种类繁多，交流和使用极为不便，成为资源共享的严重障碍。应建立图像信息库，统一存放格式，建立标准子程序，统一检索方法。第一章数字图像处理概论图像处理技术未来发展大致可归纳为：（1）图像处理的发展将围绕HDTV（高清晰度电视）的研制，开展实时图像处理的理论及技术研究，向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化方向发展。第一章数字图像处理概论（2）图像图形相结合，向三维成像或多维成像方向发展。（3）硬件芯片研究。把图像处理的众多功能固化在芯片上，使之更便于应用。第一章数字图像处理概论（4）新理论与新算法研究。在图像处理领域，近几年来，引入了一些新的理论并提出了一些新的算法，如小波分析(Wavelet)、分形几何(Fractal)、形态学(Morphology)、遗传算法(GA，GeneticAlgorithms)、人工神经网络等(Artificialneuralnetworks)。这些理论及建立在其上的算法，将会成为今后图像处理理论与技术的研究热点。。第一章数字图像处理概论数字图像处理是利用计算机实现与光学系统模拟处理相同效果的过程。一般具有如下特点：（1）处理精度高，再现性好计算机图像处理，其实质是对图像数据进行运算。由于计算机技术的飞速发展，计算精度和准确性不断提高；另外，用相同的方法对同一图像进行多次处理，其再现性好。3.数字图像处理的特点第一章数字图像处理概论（2）处理方法的多样性由于图像处理是通过程序实现的，因此，设计不同的图像处理程序，可以实现各种不同的处理目的。（3）图像数据量庞大数字图像的数据量巨大。数字图像由图像矩阵中的像素（Pixel）组成，每个像素用红、绿、蓝三种颜色表示，每种颜色用8bit表示灰度级。第一章数字图像处理概论一幅1024×1024不经压缩的真彩色图像，数据量达3MB（即1024×1024×8bit×3=24Mb）。X射线照片一般用64～256Kb的数据量，一幅遥感图像为3240×2340×4＝30Mb。如此庞大的数据量给存储、传输和处理都带来巨大的困难。如果精度及分辨率再提高，所需处理时间将大幅度增加。第一章数字图像处理概论（4）处理费时由于图像数据量大，因此处理比较费时。特别是处理结果与中心像素邻域有关的处理过程花费时间更多。第一章数字图像处理概论（5）图像处理技术综合性强数字图像处理涉及的技术领域相当广泛，如通信技术、计算机技术、电子技术、电视技术等，当然，数学、物理学