图像及其数字处理

1,数字图像处理 Digital Image Processing,2,英国媒体2007年7月7日报道：美国麻省理工学院的神经科学家和英国格拉斯哥大学的专家们利用大脑对清晰和模糊画面的反应差异，制作出神奇的“玛丽莲·爱因斯坦”混合画。,3,据科学家称，这幅画之所以能够产生这种离奇的效果，只不过是利用清晰和粗糙的线条“欺骗”了人类的大脑。科学家称，人类大脑分析清晰图像的速度，要比分析模糊图像的速度更快，这幅画中的爱因斯坦头像已经经过电脑修改，只有一部分面貌仍然保持清晰状态，譬如鼻子皱纹等；但远距离看，这些部分将变得模糊，而玛丽莲·梦露的头像则会显现出来，因为玛丽莲的头像全都采用了粗糙的特征，而本属于爱因斯坦的胡子，在远看时则变成了玛丽莲张口微笑的艳唇。 据专家称，通过这种技术，人们完全可以创造出一些可以根据距离远近而发生改变的广告画面，从而给广告技术带来新的革命。,4,Useful links Digital Image Processing 2nd Edition by Gonzalez and Woods（教材） http:/www.imageprocessingplace.com/ Center for image processing in education http:/www.evisual.org/homepage.html Matlab central for image processing http:/www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/loadCategory.do?objectType=category&objectId=26,5,第1章 图像及其数字处理,1.1 引言,追溯：20世纪20年代，纽约与伦敦通过海底电缆传送数字化新闻图片。 历史：20世纪50年代，美国推出太空探索计划，涉及到许多图像处理技术（标志着数字图像处理技术的开始）。,1964年，喷气推进实验室JPL，（Jet Propulsion Laboratory）正式用计算机对“徘徊者7号”太空船送回的4000多张月球照片进行了处理，得到了清晰的图片。,6,后来，“勘测者”太空船进行了登月飞行，实地采集了大量月球表面的清晰照片，通过对传回的图片资料进行了增强和恢复处理，为阿波罗载人登月飞行提供了重要的参考资料，图像处理技术的重要性依此可见一斑。,7,60年代，美国还发射了一系列“水手号”火星探测飞船。其中“水手4号”飞船在距火星1万公里处拍摄了21幅火星照片，依此发现火星上存在大量的环形山，到1969年“水手5号”、“水手6号”、“水手7号”再次相继掠过火星，并拍摄了300多幅火星照片。1971年11月，“水手9号”飞船进入了火星轨道，成为火星的第一颗人造卫星，成功地拍摄了火星的全貌，发回了7329张照片。 1971年5月19和28日，前苏联的“火星2号”、“火星3号”也相继对火星进行了考察，但“火星2号”的探测器摔毁在火星表面，而“火星3号”的登陆仓在火星表面软着陆后仅工作了22秒就再也没有了消息。,8,1975年美国又相继发射了“海盗1号”、“海盗2号”宇宙飞船，并携带了许多精密仪器。它们的着陆器在火星着陆后，采集了大量的土壤、风速、气压、温度等信息，并确定的火星的大气成分。在今后的几年中几乎拍摄了火星的整个表面，并向地球发回51539张清晰的照片。 1996年11月和12月，美国还先后发射了“火星环球观测者”（mars global surveyor）和“火星探路者”（mars pathfinder），发回了1.6万张地表照片，包括许多特定镜头和360度彩色全景照片。 到2001年4月7日，美国再次发射了“奥德赛”火星探测器，主要任务是在火星上找水。2003年6月10日和7月7日，“火星探测流浪者”分别携带“勇气”号和“机遇”号火星车再次踏上去火星找水和生命的探索之路。,9,“火星环球观测者”,火星南极的奶酪冰山,火星地表,火星外貌,10,另外，数字图像处理技术还用到了生物医学工程、军事侦察等领域，并取得了显著成果。,到了20世纪60年代末，数字图像处理已形成一个比较完整的理论与技术体系，从而构成了一门独立的新兴学科。如此算来，至今也就是40多年的历史。,11,几个主要应用方面： 太空探索、遥感（美国于1972年发射第一颗陆地卫星用于地球资源勘探及气象预测）、生物医学工程（1972年X射线断层摄影技术CT、1977年白血球自动分类仪研究成功）、工业（视觉检验、零部件选取、过程控制）、军事及公安（导向武器、面相指纹识别）、广播影视等。 多种技术的综合： 数字图像处理会聚了光学（成像）、电子学（DSP）、数学（函数、模型、变换）、摄影、计算机、影视艺术学等众多学科。 发展： 图像处理所需的计算机设备不断降价、图像数字化设备和显示设备越来越普及，使得数字图像处理这门技术越来越热、应用领域越来越广。,12,音乐家或头像？,少女或老妇？,数字图像处理后的图像很多情况下是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。,13,14,1.2 数字图像处理概述,计算机不能直接分析图像，只能处理数据，所以，用计算机对图像进行处理前必须数字化。 在每个像素位置，图像的亮度（灰度）被采样、量化，在数字图像中对应点上得到表示其亮暗程度的一个整数值。 对所有像素都完成上述转换后，图像就被表示成一个整数矩阵。,15,125,153,158,157,127, 70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133, 60, 133,154,158,100,116,120, 97, 74, 54, 74, 118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115, 88, 49, 155,163, 95,112,123,101,137,108, 81, 71, 63, 81, 137,142,146,152,159,161,159,154,138, 81, 78, 84, 114, 95, 167, 69, 85, 59, 65, 43, 85, 34, 69, 78, 104,101,117,132,134,149,160,165,158,143,114, 99, 57, 45, 51, 57, 54, 46, 38, 44, 38, 36, 44, 36, 25, 48, 115,113,114,124,135,152,168,169,156, 75, 43, 39, 41, 38, 42, 41, 58, 30, 44, 35, 28, 69,144,147, 57, 60, 93, 106,119,124,131,144,175,177, 63, 30, 30, 124,139, 65, 31, 39, 61, 35, 75, 51, 66, 58,167,177,153, 58, 80, 95, 108,120,133,155,182,137, 84, 74, 54, 61, 149, 96, 36, 29, 115, 71, 84,105, 86,136,172,175,128,126,114,106,109,115,127,169,187,105,102, 95, 66, 135,145, 87, 38, 38, 124,120,106, 93, 95, 117,120,131,148,144,113,112,109,115,128,162,193,143,132,124,110,131, 97, 53, 66, 47, 129,123,128,114,108,115,102,121,129,125,113,112,111,111,127,162,192,150,129,117,112,107, 64, 67, 73, 48, 133,139,132,127,128,134,136,144,140,141,113,120,114,115,122,154,188,159,143,131,125,112,105, 95, 88, 52, 136,138,143,145,138,143,143,141,144,129,118,119,115,112,120,152,186,165,150,139,128,117,109,104, 93, 58, 140,146,147,145,150,154,147,149,143,132,127,124,117,112,117,142,184,171,144,139,129,119,114,112,100, 58, 135,143,145,151,150,143,146,142,139,131,131,127,119,115,114,140,190,177,141,135,133,121,120,115,102, 48, 128,137,141,149,150,148,143,141,136,128,120,122,116,109,116,136,182,182,140,135,130,124,116,109,100, 45, 131,132,141,143,148,147,143,140,134,125,116,117,108,109,120,130,171,185,133,132,127,120,117,110, 90, 42, 136,131,139,136,140,141,140,136,132,121,114,117,109,106,112,130,163,192,130,131,127,119,116,110, 81, 26, 126,131,132,132,136,140,134,135,128,117,110,113,111,110,112,129,151,196,155,130,127,120,115,103, 64, 28, 127,132,130,128,134,134,140,132,126,110,102,117,118,114,112,121,152,195,165,123,128,117,115, 96, 36, 28, 123,131,127,129,132,133,134,131,127,112,109,117,114,116,107,116,145,172,136,123,122,116,107, 72, 27, 28, 127,128,129,130,133,135,132,134,130,120,108,110, 48, 79, 76, 103,128,165,137,127,118,115,105, 34, 31, 28, 123,124,127,128,132,129,134,131,131,124,114,109,115,117,106,120,151,149,134,126,118,114, 85, 30, 36, 29, 122,122,123,128,132,133,134,133,132,127,128,125,120,138,130,158,162,149,130,123,115,106, 36, 34, 29, 29, 124,124,122,124,129,130,126,134,130,130,124,123,127,164,155,162,163,144,128,128,117, 97, 37, 29, 29, 41, 122,124,121,123,124,127,128,125,126,124,125,129,137,178,164,152,163,146,122,119,114, 34, 33, 32, 29, 51, 120,123,119,120,123,121,120,118,123,125,126,136,138,148,165,157,147,152,115,118,104, 27, 32, 34, 35, 44