数字图像处理Chap1

第一章绪论1.1图像基本概念1.2图像工程简介1.3图像处理系统1.1图像基本概念1.1.1图像和数字图像1.1.2图像的表达光学图像LenaIKONOS卫星光学图像大脑断层图像•什么是图像？1.1.1图像和数字图像图像：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。1.1.1图像和数字图像百闻不如一见Onepictureisworthmorethantenthousandwords.Anonymous图像和信息：•人类通过眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。•人类从外界（客观世界）获得的信息约有75%来自视觉系统。•数字图像处理是用数字计算机处理所获取视觉信息的技术。1.1.1图像和数字图像图像类型：{广义}图片，动画，绘图，文字/档，...{狭义}单幅序列图像，...静止运动图像（视频）...2-D3-D，彩色，立体对，多光谱,多视场图像...灰度深度，纹理图像...1.1.1图像和数字图像图像是对客观存在的物体的某种属性的描述。光学图像：波长0.38-0.8um其他波段图像：伽玛射线：0.003-0.03nmX射线：0.03-3nm紫外线：3-300nm红外线：0.8-300um微波：0.3-100cm声波图：如B超其他：由感兴趣的物理量转换而成，如密度分布图。1.1.1图像和数字图像abca：假彩色图像b：X光图像c：红外图像1.1.1图像和数字图像黑白图像可用二维函数f(x,y)表示，其中x,y是平面的二维坐标，f(x,y)表示点(x,y)的亮度值(灰度值)。对模拟图像来讲，f(x,y)显然是连续函数。1.1.2图像的表达模拟图像和数字图像为了适应数字计算机的处理，必须对连续图像函数进行空间和幅值数字化。空间坐标(x,y)的数字化称为图像采样，而幅值数字化被称为灰度级量化。经过数字化后的图像称为数字图像(或离散图像)。数字图像1.1.2图像的表达漫画：量化的作用量化的作用：1.1.2图像的表达•像素(pixel)–图像中的每个基本单元–位置(x,y)和幅值f(x,y)•体素(volumeelement)–3-D图像的基本单元1.1.2图像的表达图像表示2-D数组f(x,y)x，y：2-D空间XY中坐标点的位置。f：代表图像在(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，灰度图像里用灰度表示。1.1.2图像的表达图像矩阵表示矩阵矢量MNMMNNfffffffff212222111211FNfffF21NifffMiiii,2,1,T21f1.1.2图像的表达MATLAB练习•练习：在MATLAB中产生一个全黑的图像。1.1.2图像的表达•练习：看看这副图像用数组表示成为什么？?f(x,y)1.1.2图像的表达1.1.2图像的表达数字图像的坐标系1.1.2图像的表达数字图像3D透视法1.1.2图像的表达第1.1节结束1.2图像工程简介1.2.1图像技术和图像工程1.2.2图像工程的三个层次1.2.3图像工程相关学科和领域1.2.4图像工程的技术应用1.2.1图像技术和图像工程图像技术图像技术在广义上是各种与图像有关的技术的总称。主要功能/作用包括：•对图像的各种加工•基于加工结果的判断决策和行为规划•为此进行的硬件设计及制作数字图像处理的发展概况：（1）二十世纪二十年代：图像远距离传输。（2）二十世纪五十年代：数字计算机发展到一定水平，数字图像处理引起巨大关注。（3）1964年：美国喷气推进实验室用计算机对“徘徊者七号”太空船发回的大批月球照片进行处理，成功地绘制出月球表面地图。数字图像处理应用从空间研究计划扩展到生物医学，工业生产，军事侦察等领域。1.2.1图像技术和图像工程（4）二十世纪六十年代末：数字图像处理较完整的理论体系已形成，成为一门新兴的学科。（5）二十世纪六十年代至八十年代：随着离散数学理论的创立和完善，数字图像处理理论和方法进一步完善，应用范围更加广泛。（6）二十世纪八十年代以来：数字图像处理向更高级的方向发展：实时性，智能化，普及化，网络化，低成本。1.2.1图像技术和图像工程图像处理最先应用于空间探索2004年美国勇气号发回的火星表面图像1.2.2图像工程的三个层次图像工程：不同层次图像技术的有机结合及应用。图像工程三层次：图像处理（图像——图像）图像分析（图像——数据）图像理解（图像——解释）图像处理（ImageProcessing）–着重强调在图像之间进行的变换。–广义——泛指各种图像技术。–狭义——对图像进行各种加工（处理），达到：•①改善人的视觉效果•②为自动识别打基础•③压缩编码1.2.2图像工程的三个层次图像处理例子：调整了亮度和对比度。1.2.2图像工程的三个层次1.2.3图像工程相关学科和领域主要相关学科：♦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。♦图像模式识别：试图把图像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像理解相结合。1.2.4图像工程的技术应用应用领域示例(1)视频通信：可视电话，电视会议，按需电视，远程教育；(2)文字档案：文字识别，过期档案复原，邮件分捡，支票，签名辨伪，办公自动化；(3)生物医学：红白学球计数，染色体分析、X光、CT、MRI、PET图像分析，医学手术模拟规划，远程医疗；(4)遥感测绘：巡航导弹制导，无人驾驶飞机飞行，精确制导，矿藏勘探，资源探测，气像预报，自然灾害监测；(5)工业生产：工业检测，工业探伤，自动生产流水线监控，移动机器人，无损探测，金相分析，印刷板质量检验，精细印刷品缺陷检测；(6)军事公安：雷达图像分析、巡航导弹路径规划/制导，罪犯脸形合成、识别，指纹、印章的鉴定识别；(7)交通管理：太空探测、航天飞行、公路交通管理。数字图像处理的应用地球资源勘探遥感图片气象云图气象预报水文和气象的应用环境和农业的应用军事应用军事应用第1.2节结束1.3图像处理系统1.3.1系统构成框图1.3.2图像采集1.3.3图像显示打印1.3.4图像存储1.3.1系统构成框图1.3.1系统构成框图1.3.2图像采集图像采集装置•将客观场景转化为可用计算机加工的图像的设备。•图像数字化设备，包括数码相机、数码摄像机、带照相和/或摄像功能的手机等。1.3.3图像显示打印图像显示打印图像处理的结果多是供观察的。图像数据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1.3.4图像存储图像存储数据量度单位最小单位比特（bit），字节（byte=8bit）千字节（Kbyte）兆（106）字节（Mbyte）吉（109）字节（Gbyte）太（1012）字节（Tbyte）1.3.4图像存储图像存储器(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1.3.4图像存储格式（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像(2)光栅格式用许多图像点的集合来表示图像BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG格式第1章结束