数字图像处理课件第1章概述

数字图像处理,主讲：李金萍,第一章 概 论,1.1 数字图像与数字图像处理 1.2 数字图像处理的主要内容 1.3 数字图像处理的应用 1.4 图像工程与相关学科 1.5 数字图像处理系统 1.6 数字图像处理的发展动向 1.7 图像通讯,第一章 概论,自20世纪20年代，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量以来，经过几十年的研究与发展，数字图像处理的理论和方法进一步完善，应用范围更加广阔，已经成为一门新兴的学科，近几年来， 随着计算机和各个相关领域研究的迅速发展， 科学计算可视化、 多媒体技术等研究和应用的兴起， 数字图像处理从一个专门领域的学科， 变成了一种新型的科学研究和人机界面的工具。,图像,图像是对客观存在的物体的一种相似性的生动模仿或描述。是物体的一种不完全、不精确，但在某种意义上是适当的表示。,1.1 数字图像与数字图像处理,图像的类型,2维条码,1.1 数字图像与数字图像处理,数字图像,数字图像是图像的数字表示，我们把这种以数字格式存放的图像称之为数字图像，像素是其最小的单位。 数字图像的描述有： 1）无彩色图像 2）彩色图像,1.1 数字图像与数字图像处理,数字图像,以数字格式存放的图像,计算机方便处理,像素,用二维矩阵表示,灰度信息数字化,将模拟图像数字化的主要设备是扫描仪。 将视频画面数字化的设备有图像采集卡。,数码照相机、数码摄像机。,1.1 数字图像与数字图像处理,数字图像处理,利用计算机,进行去除噪声、 增强、复原、分割、提取特征 等理论、 方法和技术称为数字图像处理 （Digital Image Processing）,1.1 数字图像与数字图像处理,日常应用：电脑人像艺术、电视特效、 自动售货机钞票识别、邮政编码自动识别、 利用指纹、虹膜等特征的身份识别等,计算机的发展 （容量大，处理速度快）,数字图像处理的产生和发展,数学的发展 （离散数学理论）,军事、医学和工业等方面的需求,1.1 数字图像与数字图像处理,经过几十年的研究与发展，数字图像处理的理论和 方法进一步完善，应用范围更加广阔，已经成为一 门新兴的学科，并在向更高级的方向发展。如图像 处理已由二维处理发展到三维理解或解释。,1.1 数字图像与数字图像处理,数字图像处理的特点,易于控制处理效果,处理精度高，再现性好,处理的多样性,图像数据量庞大,处理费时,图像处理技术综合性强,特点,1.1 数字图像与数字图像处理,数字图像处理的目的,1.提高图像的视感质量， 以达到赏心悦目的目的。 2.提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，便于计算机分析。 3.对图像数据进行变换、编码和压缩，便于图像的存储和传输。,1.1 数字图像与数字图像处理,1.2 数字图像处理的主要内容,图像获取、表示,图像复原,图像增强,图像分割,图像分析,内 容,图像重建,压缩编码,1. 图像的数字化 如何将一幅光学图像表示成一组数字，既不失真又便于计算机分析处理。 主要包括的是图像的采样与量化。,1.2 数字图像处理的主要内容,2*. 图像的增强 加强图像的有用信息，消弱干扰和噪声。,1.2 数字图像处理的主要内容,3. 图像的恢复 把退化、模糊了的图像复原。模糊的原因有许多种，最常见的有运动模糊，散焦模糊等等。,1.2 数字图像处理的主要内容,4*. 图像的编码 简化图像的表示，压缩表示图像的数据，以便于存储和传输。,1.2 数字图像处理的主要内容,5. 图像的重建 由二维图像重建三维图像。 6. 图像的分析 对图像中的不同对象进行分割、分类、识别和描述、解释。,1.2 数字图像处理的主要内容,7. 图像分割与特征提取 图像分割是指将一幅图像的区域根据分析对象进行分割。 图像的特征提取包括了形状特征、纹理特征、颜色特征等等。,1.2 数字图像处理的主要内容,8. 图像隐藏 是指媒体信息的相互隐藏。 1）数字水印 2）图像的信息伪装,1.2 数字图像处理的主要内容,1.3 数字图像处理的应用,应用,宇宙探测,遥感,生物医学,工业生产,军事、公安,机器人视觉,视频和多媒体系统,科学可视化,电子商务,通迅,如今数字图像处理主要应用于以下几个领域。 1） 通讯 通讯包括图像传输、电视电话、 电视会议等， 主要是进行图像压缩甚至理解基础上的压缩。 2）宇宙探测 由于太空技术的发展，需要用数字图像处理技术处理大量的星体照片。,1.3 数字图像处理的应用,3） 遥感 航空遥感和卫星遥感图像需要用数字技术加工处理，并提取有用的信息。主要用于地形地质，矿藏探查， 森林、 水利、 海洋、 农业等资源调查， 自然灾害预测预报，环境污染监测， 气象卫星云图处理以及地面军事目标的识别。,1.3 数字图像处理的应用,4） 生物医学领域中的应用。 图像处理在医学界的应用非常广泛，无论是临床诊断还是病理研究都大量采用图像处理技术。它的直观、无创伤、安全方便等优点备受青睐。图像处理首先应用于细胞分类、染色体分类和放射图像等。70年代数字图像处理在医学上的应用有了重大突破， 1972年X射线断层扫描CT得到实用；1977年白血球自动分类仪问世；1980实现了CT的立体重建。有人认为计算机图像处理在医学上应用最成功的例子就是X射线CT， 其中主要研制者Hounsfeld(英)和Commack(美)获得了1979年的诺贝尔生理医学奖。,1.3 数字图像处理的应用,5） 工业生产中的应用 在生产线中对产品及部件进行无损检测是图像处理技术的重要应用领域。主要有产品质量检测、生产过程的自动控制等；在产品质量检测方面，如食品、水果质量检查；在电子工业中，可以用来检验印刷电路板的质量、监测零件部件的装配等。在工业自动控制中，主要使用机器视觉系统对生产过程进行监视和控制， 如港口的监测调度、交通管理、流水生产线的自动控制等。在计算机辅助设计和辅助制造方面，已获得越来越广泛的应用，并和基于图形学的模具、机械零件、服装、印染花型CAD结合。目前二维图纸自动输入和理解，根据3D实物建立CAD模型等越来越引起重视。,1.3 数字图像处理的应用,6） 军事、 公安等方面的应用 军事目标的侦察、 制导和警戒系统、 自动灭火器的控制及反伪装； 公安部门的现场照片、指纹、手迹、印章、人像等的处理和辨识； 历史文字和图片档案的修复和管理等。 7） 机器人视觉 机器视觉作为智能机器人的重要感觉器官， 主要进行三维景物理解和识别，是目前处于研究之中的开放课题。机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人，邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件识别、定位，太空机器人的自动操作等。,1.3 数字图像处理的应用,8） 视频和多媒体系统 目前， 电视制作系统广泛使用的图像处理、变换、合成， 多媒体系统中静止图像和动态图像的采集、压缩、处理、存贮和传输等。 9） 科学可视化HTSS 图像处理和图形学紧密结合， 形成了科学研究各个领域新型的研究工具。,1.3 数字图像处理的应用,10） 电子商务 在当前呼声甚高的电子商务中，图像处理技术也大有可为， 如身份认证、 产品防伪、水印技术等。 总之，图像处理技术已成为计算机科学、信息科学、生物学、医学等学科研究的热点，其应用领域相当广泛，在国家安全、 经济发展、日常生活中充当越来越重要的角色，对国计民生的作用不可低估。,1.3 数字图像处理的应用,1.4 图像工程与相关学科,图像工程的内涵,重点,相关学科和领域,研究方法,数学,物理学,生理学,心理学,电子学,计算机科学,研究范围,模式识别,计 算 机 视 觉,计 算 机 图 形 学,1.4 图像工程与相关学科,研究进展,人工智能,神经网络,遗传算法,模糊逻辑,发展 应用,医学,遥感,通信,文档处理,工业自动化,1.4 图像工程与相关学科,相关研究领域,1.数字图像处理 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（Digital Image Processing） 1）将一幅图像变为另一幅经过加工的图像，是图像到图像的过程。 2）将一幅图像转化为一种非图像的表示，如一个决策等。,相关研究领域,2. 计算机图形学 用计算机将由概念所表示的物体（不是实物）图像进行处理和显示。侧重于根据给定的物体描述模型、光照及想象中的摄像机的成像几何，生成一幅图像。 包括称之为 “计算机艺术”的艺术创作。,相关研究领域,3. 计算机视觉 计算机视觉的目的是发展出能够理解自然景物的系统。在机器人领域中，计算机视觉为机器人提供眼睛的功能。,1.5 数字图像处理系统,数字图像处理系统硬件,电视摄像机 扫描仪 数码照相机 遥感图像获取设备,计算机 图像输入卡（采集卡) 显示卡 图像存贮装置,图像数字化设备,输入图像,输出图像,打印机 绘图仪,图像处理计算机,图像输出设备,图像处理系统平台多为 Microsoft Windows，开发的主流工具为Microsoft公司的 VC+。这是因为VC+是一种具有高度综合性能的软件开发 工具， 用它开发出来的程序有着运行速度快、 可移植能力强等优点。,1.5 数字图像处理系统,MATLAB具有相当强大的矩阵 运算和操作功能， MATLAB图像处理工具箱提供了丰富 的图像处理函数，灵活运用这些函数几乎可以完成所有的 图像处理工作，大大节省编写低层算法代码的时间， 避免程序设计中的重复劳动， 达到事半功倍的效果。,1.5 数字图像处理系统,1.6 数字图像处理的发展动向,（1） 在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。,（2） 加强软件研究、开发新的处理方法。,（3） 加强边缘学科的研究工作。,（4） 加强理论研究，形成图像处理科学自身的理论体系,（5） 图像处理领域的标准化。,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。 （2）图像、图形相结合，朝着三维成像或多维成像的方向发展。 （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。 （4） 新理论与新算法研究。,1.6 数字图像处理的发展动向,1.7 图像通信,数字图像传输的优点： 1）可以多次中继而不致引起噪声的严重积 累。 2）有利于采用压缩编码技术。 3）可采用数字通信中的抗干扰编码技术。 4）易于实现保密通信。 5）易于计算机联网，便于综合业务的应用。,作 业（2题）,1.数字图像处理主要应用在哪些方面？ 2.数字图像处理的主要研究内容包括哪几个方面？,96级学生的毕业设计,返回,数字图像,返回,图、画,返回,返回,返回,条码,返回,图像隐藏例图,返回,图像隐藏例图,返回,计算机图形学操作示意图,返回,数字图像处理操作示意图,返回,数字图像处理操作示意图,这是一辆敞车,这是一辆罐车,返回,计算机视觉操作示意图,返回,图像增强示意图,返回,返回,图像恢复示意图,返回,