第1章图像处理课件.ppt

目目 录录第第1 1章章 图像处理的基础知识图像处理的基础知识第第2 2章章 图像的频域变换图像的频域变换第第3 3章章 图像增强与复原技术图像增强与复原技术第第4 4章章 图像的几何变换图像的几何变换 第第5 5章章 图像的压缩编码图像的压缩编码第第6 6章章 数学形态学及其应用数学形态学及其应用 第第7 7章章 图像分割技术图像分割技术 第第8 8章章 图像特征分析图像特征分析第第9 9章章 图像配准及识别图像配准及识别第第1010章章 实用数字图像处理与分析系统实用数字图像处理与分析系统第1章 图像处理的基础知识 1.1 数字图像处理概述数字图像处理概述1.2 图像数字化技术图像数字化技术 1.3 图像获取技术图像获取技术 1.4 图像文件格式及类型图像文件格式及类型 1.5 图像的视觉原理图像的视觉原理1.6 MATLAB图像处理应用举例图像处理应用举例 1.1 数字图像处理概述数字图像处理概述1.1.1 数字图像处理及特点数字图像处理及特点 1. 数字图像数字图像 用用计计算算机机进进行行图图像像处处理理的的前前提提是是图图像像必必须须以以数数字字格格式式存存储储， 把把以以数数字字格格式式存存放放的的图图像像称称为为数数字图像。

字图像 在计算机中，图像被分割成下图所示的像素，各像素的灰度值用整数表示一幅MN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： 2. 数字图像处理数字图像处理 把把利利用用计计算算机机对对图图像像进进行行去去除除噪噪声声、 增增强强、复复原原、分分割割、提取特征等的理论、提取特征等的理论、 方法和技术称为数字图像处理方法和技术称为数字图像处理 (1) (1) 从图像到图像的处理从图像到图像的处理 (2) (2) 从图像到非图像的一种表示从图像到非图像的一种表示 3 数字图像处理的特点数字图像处理的特点 数数字字图图像像处处理理是是利利用用计计算算机机的的计计算算， 实实现现与与光光学学系系统统模模拟拟处处理理相相同同效效果果的的过过程程数数字字图图像像处处理理具具有有如如下下特特点点： （1） 处理精度高，再现性好处理精度高，再现性好 （2）易于控制处理效果易于控制处理效果 （3）处理的多样性处理的多样性 （4） 数字图像中各个像素间的相关性大，易于压缩数字图像中各个像素间的相关性大，易于压缩. ( 5 ) 图像数据量庞大图像数据量庞大 （6） 占用的频带较宽占用的频带较宽 （7） 图像质量评价受主观因素的影响图像质量评价受主观因素的影响 （8） 图像处理技术综合性强图像处理技术综合性强 1.2 数字图像处理研究的主要内容数字图像处理研究的主要内容 1.2.1 数字图像处理的目的数字图像处理的目的 一一般般而而言言， 对对图图像像进进行行加加工工和和分分析析主主要要有有如如下下三三方方面面的的目的：目的： （1） 提高图像的视感质量，提高图像的视感质量， 以达到赏心悦目的目的。

以达到赏心悦目的目的 （2） 提提取取图图像像中中所所包包含含的的某某些些特特征征或或特特殊殊信信息息， 以以便便于于 计算机分析计算机分析 （3） 对对图图像像数数据据进进行行变变换换、 编编码码和和压压缩缩， 以以便便于于图图像像的的存储和传输存储和传输 1.2.2 数字图像处理的主要内容数字图像处理的主要内容 不不管管图图像像处处理理是是何何种种目目的的，都都需需要要用用计计算算机机图图像像处处理理系系统统对对图图像像数数据据进进行行输输入入、加加工工和和输输出出，因因此此数数字字图图像像处处理理研研究的内容主要有以下究的内容主要有以下7个过程 1. 图像数字化图像数字化 图图像像数数字字化化目目的的是是将将一一幅幅图图像像以以数数字字的的形形式式进进行行表表示示，并并且且要要做做到到既既不不失失真真又又便便于于计计算算机机进进行行处处理理换换句句话话说说，图图像像数数字字化化要要达达到到以以最最小小的的数数据据量量来来不不失失真真地地描描述述图图像像信信息息图像数字化包括采样与量化图像数字化包括采样与量化 原图 直方图修正后的图2. 图像增强图像增强 图像几何变换的目的是改变一幅图像的大小或形状。

例如通过进行平移、旋转、放大、缩小、镜像等，可以进行两幅以上图像内容的配准，以便于进行图像之间内容的对比检测 4. 图像复原图像复原 图像复原的目的是将退化了的以及模糊了的图像的原有信息进行恢复，以达到清晰化的目的 3. 图像几何变换图像几何变换 原图 经过复原的图 (5) 图像重建图像重建 图像重建是指从数据到图像的处理，即输入的是某种数据，而经过处理后得到的结果是图像， （6）图像隐藏）图像隐藏 图像隐藏的目的是将一幅图像或者某些可数字化的媒体信息隐藏在幅图像中，在保密通信中，将需要保密的图像在不增加数据量的前提下，隐藏在一幅可公开的图像之中同时要求达到不可见性及抗干扰性 （7）图像变换 图像变换是指通过一种数学映射的办法，将空域中的图像信息转换到如频域、时频域等空间上进行分析的数学手段最常采用的变换有傅里叶变换、小波变换等通过二维傅立叶变换可以进行图像的频率特性的分析 （8）图像编码 图像编码的目的是简化图像的表示方式，压缩表示图像的数据，以便于存储和传输图像编码主要是对图像数据进行压缩因为图像信息具有较强的相关特性，因此通过改变图像数据的表示方法，可对图像的数据冗余进行压缩 （9）图像分析 所谓图像分析是指通过对图像中各种不同的物体特征进行定量化描述之后，将所期望获得的目标物进行提取，并且对所提出的目标物进行一定的定量分析。

要达到这个目的，实际上就是要实现对图像内容的理解，达到对特定目标的一个识别 1. 数字图像处理的发展现状及发展趋势数字图像处理的发展现状及发展趋势 （1）高分辨率、高速度图像处理技术发展的最终目标是要实现图像的实时处理，移动目标的生成、识别和跟踪； （2）立体化立体化所包括的信息最为完整和丰富，未来采用数字全息技术将有利于达到这个目的； （3）智能化：其目的是实现图像的智能生成、处理、识别和理解1.1.3 数字图像处理的发展与应用数字图像处理的发展与应用 2. 数字图像处理的应用数字图像处理的应用 （1）生物医学领域中的应用）生物医学领域中的应用 (a) 显微图像处理；(b) DNA(脱氧核糖核酸)显示分析；(c) 红、白血球分析计数；(d) 虫卵及组织切片的分析；(e) 癌细胞识别；(f) 染色体分析；(g) DSA(心血管数字减影)及其他减影技术；(h) 内脏大小形状及异常检查；(i) 微循环的分析判断；(j) 心肌活动的动态分析；(l) 热像分析，红外像分析；(m) X光照片增强、冻结及伪彩色增强；(n) 超声图像成像、冻结、增强及伪彩色处理；(o) CT，MRI、射线线照相机，正电了和质子CT的应用；(p) 专家系统如手术PLANNING规划的应用；(q) 生物进化的图像分析。

（2）工业应用）工业应用(a) CAD和CAM技术用于模具、零件制造、服装、印染业；(b) 零件、产品无损检测，焊缝及内部缺陷检查；(c) 流水线零件自动检测识别(供装配流水线用)；(d) 邮件自动分拣、包裹分拣识别；(e) 印制板质量、缺陷的检查；(f) 生产过程的监控；(g) 交通管制、机场监控；(h) 纺织物花型、图案设计；(i) 密封元器件内部质量检查；(j) 光弹性场分析；(k) 标识、符号识别如超级市场算帐、火车车皮识别；(l) 支票、签名、文件识别及辨伪；(m) 运动车、船的视觉反馈控制 （3）遥感航天中的应用）遥感航天中的应用(a) 军事侦察、定位、引导、指挥等应用；(b) 多光谱卫星图像分析；(c) 地形、地图、国土普查；(d) 地质、矿藏勘探；(e) 森林资源探查、分类、防火；(f) 水利资源探查，洪水泛滥监测；(g) 海洋、渔业方面如温度、渔群的监测、预报；(h) 农业方面如谷物估产、病虫害调查；(i) 自然灾害、环境污染的监测；(j) 气象、天气预报图的合成分析预报；(k) 天文、太空星体的探测及分析；(l) 交通、空中管理、铁路选线等 （4）军事、公安领域中的应用）军事、公安领域中的应用 (a) 巡航导弹地形识别； (b) 指纹自动识别； (c) 犯罪脸形的合成； (d) 雷达地形侦察； (e) 遥控飞行器的引导； (f) 目标的识别与制导； (g) 警戒系统及自动火炮控制； (h) 反伪装侦察； (i) 手迹、人像、印章的鉴定识别； (j) 过期档案文字的复原； (l) 集装箱的不开箱检查。

（5）其他应用）其他应用(a) 图像的远距离通信；(b) 多媒体计算机系统及应用；(c) 电视；(d) 服装试穿显示；(e) 电视会议；(f) 办公自动化、现场视频管理；(g) 文字、图像电视广播 灰度图像 遥感图像 医学图像 指纹图像 1.2 图像数字化技术图像数字化技术 图像的数字化是将连续图像离散化，包括采样和量化两个过程 1.2.1 1.2.1 图像的数学模型图像的数学模型 数字图像在计算机内处理时往往是将其视为一个矩阵来处理的对图像f(x，y)取样，设取M N个数据，将这些数据按取样点的相对位置排成一个数阵，然后对每个阵元量化，从而得到一个数字矩阵，我们用这个矩阵代替函数f(x，y)，即是说数字图像可以用一个矩阵表示 f(x,y) M个像素N个像素像素1.2.2 采样采样 图图像像在在空空间间上上的的离离散散化化称称为为采采样样也也就就是是用用空空间间上上部部分分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点点的灰度值代表图像，这些点称为采样点 设连续图像f(x, y)经数字化后，可以用一个离散量组成的矩阵g (i, j)（即二维数组）来表示 对一个频谱有限(|u|u且|v|v)的图像信号f（t）进行采样, 当采样频率满足式(1.2.3)、式(1.2.4)条件时，采样函数f(i，j)便能无失真地恢复为原来的连续信号f(x，y)。

u ，v分别为信号f(x，y)在两个方向的频域上的有效频谱的最高角频率；u ，v分别为二维采样频率，u=2/T ,v=2/T,实际上，常取T= T=T1.2.3 量化量化 模拟图像经过采样后，在时间和空间上离散化为像素但采样所得的像素值（即灰度值）仍是连续量把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化 连续灰度值量化为灰度级的方法有两种: 一种是等间隔量化， 另一种是非等间隔量化 一般，当限定数字图像的大小时, 为了得到质量较好的图像可采用如下原则： （1） 对缓变的图像， 应该细量化， 粗采样， 以避免假轮廓 （2） 对细节丰富的图像， 应细采样， 粗量化， 以避免模糊（混叠） 对于彩色图像，是按照颜色成分红（R）、绿（G）、蓝（B）分别采样和量化的若各种颜色成分均按8 bit量 化 ， 即 每 种 颜 色 量 级 别 是 256， 则 可 以 处 理256256256=16 777 216种颜色 1.3 图像获取技术图像获取技术 1.3.1 图像采集系统图像采集系统 它可以分成照明系统、同步系统、扫描系统、光电转换系统、AD转换系统五个部分1光电转换特性光电转换特性 图像传感器通过光电器件将光信号转换为电信号。

2图像传感器图像传感器 图像传感器主要完成光电转换功能图像传感器按照结构可以分为两类：CCD型和CMOS型图像传感器，前者采用光电耦合器件构成，后者采用金属氧化物器件构成，两者都采用光/电二极管结构感受入射光并转换为电信号，区别在于输出电信号所用方式不同 3采样采样/保持电路保持电路 通常图像输入卡安装于计算机主板扩展槽中，主要包括图像存储器单元、显示查找表(LUT)单元、CCD摄像头接口(AD)、监视器接口(DA)和PC机总线接口单元工作过程如下：摄像头实时或准时采集数据，经AD变换后将图像存放在图像存储单元的一个或三个通道中，DA变换电路自动将图像显示在监视器上。