数字图像处理课件第一章.ppt

1、Digital Image Processing 数字图像处理数字图像处理1第一章 数字图像处理概论2第一章 数字图像处理概论 1.1 1.1 数字图像处理的产生数字图像处理的产生3第一章 数字图像处理概论 1.1 1.1 数字图像处理的产生数字图像处理的产生 20世纪60年代，FFT的出现；NASA开始处理从月球发回的照片；美国JPL实验室的开拓性工作；图像处理技术是人类视觉延伸的重要手段；卫星遥感军事等领域对图像处理的需求与实践。4第一章 数字图像处理概论 1.1.2 2 数字图像处理的基本概念数字图像处理的基本概念(a)a)遥感图片遥感图片遥感图片遥感图片 5第一章 数字图像处理概论(b

2、)b)风景图片（浙江大学紫金港校区内）风景图片（浙江大学紫金港校区内）风景图片（浙江大学紫金港校区内）风景图片（浙江大学紫金港校区内）6第一章 数字图像处理概论 图像的概念和分类 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。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。7第一章 数字图像处理概论 图像的概念和分类物体图像数学函数不可见的物理图像可见的图像光图像照片、图与画8第一章 数字图像处理概论 按灰度分类：二值、多灰度 按色彩分类：单色、彩色

3、 按运动分类：静态、动态 按时空分布分类：二维、三维 按被表示对象的物理属性和数据类型分类：可见、物理、数学图像的概念和分类9第一章 数字图像处理概论 图像的表示方法亮度函数：图像可以认为是空间各个坐标点上光照强度的集合，即用函数 I=f(x,y,z,t)来表示。其中：x,y,z表示空间坐标点的位置；对于静止图像，与时间 t 无关；对于单色图像，与波长无关。10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。11第一章

4、数字图像处理概论.12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。图像的表示方法13第一章 数字图像处理概论.14第一章 数字图像处理概论 数字图像的矩阵表示图像的表示方法15第一章 数字图像处理概论 16第一章 数字图像处理概论 数字图像处理的概念及实质 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：17第一章 数字图像处理概论 18第一章 数字图像处理概论 数字图像处理是指对一个物体的数字表示，即

5、对一个二维矩阵施加一系列的操作，以得到所期望的结果。数字图像处理的实质是对二维矩阵的处理，是将一幅图像变为另一幅经过修改的图像，是将一个二维矩阵变为另一个二维矩阵的过程。数字图像处理的概念及实质19第一章 数字图像处理概论 数字化过程包括三个步骤：扫描、采样和量化。扫描是按照一定的先后顺序对图像进行遍历的过程，像素是遍历过程中最小的寻址单元。采样是指遍历过程中，在图像的每个最小寻址单元上测量灰度值，采样的结果是得到每一像素的灰度值。量化是将采样得到的灰度值通过模数转换等器件转化为离散的整数值。图像数字化过程20第一章 数字图像处理概论 图像图像景物景物成成成成像像像像系系系系统统统统采样采样图

6、像图像采采采采样样样样子子子子系系系系统统统统数字数字图像图像量量量量化化化化器器器器21第一章 数字图像处理概论 1.3 1.3 数字图像的基本类型数字图像的基本类型黑白图像（二值图像）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。22第一章 数字图像处理概论 黑白图像23第一章 数字图像处理概论 灰度图像灰度图像 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(0255),“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。24第一章 数字图像处理概论 25第一章 数

7、字图像处理概论 灰度图像26第一章 数字图像处理概论 索引图像索引图像 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0255，则MAP矩阵的大小为2563，矩阵的三列分别为R、G、B值。27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R G B叠加而成。28第一章 数字图像处理概论

8、彩色图像彩色图像 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。29第一章 数字图像处理概论 30第一章 数字图像处理概论 31第一章 数字图像处理概论 彩色图像32第一章 数字图像处理概论 1.1.4 4 数字图像处理技术数字图像处理技术33第一章 数字图像处理概论 提高图像的视感质量提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分析对图像数据进行变换、编码和压缩等，便于图像的存储和传输目的34第一章 数字图像处理概论 主要内容l图像获取、表示和表现图像获取、表示和表现 即将模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式，以及将数字图像显示和表现出来

9、（如打印）。这一过程主要包括摄取图像、光电转换及数字化等几个步骤。35第一章 数字图像处理概论 l图像复原图像复原 当造成图像退化（图像品质下降）的原因已知时，复原技术可以对图像进行校正。图像复原最关键的是对每种退化都需要有一个合理的模型。36第一章 数字图像处理概论 37第一章 数字图像处理概论 38第一章 数字图像处理概论 l图像增强图像增强 图像增强是对图像质量一般意义上的改善。当无法知道图像退化有关的定量信息时，可以使用图像增强技术较为主观地改善图像的质量。39第一章 数字图像处理概论 40第一章 数字图像处理概论 41第一章 数字图像处理概论 l图像分析图像分析 图像处理应用的目标几

10、乎均涉及到图像分析，即对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示，从而有利于计算机对图像进行分类、识别和理解。42第一章 数字图像处理概论 43第一章 数字图像处理概论 l图像重建图像重建 图像增强、图像复原的输入是图像，处理后输出的结果也是图像，而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，CT就是图像重建处理的典型应用实例。44第一章 数字图像处理概论 45第一章 数字图像处理概论 l图像压缩编码图像压缩编码 数字图像的数据量庞大,尽管现在有大容量的存贮器，但仍不能满足对图像数据(尤其是动态图像、高分辨率图像)处理的需要，因此在实际应用中图像压缩是必需

11、的。46第一章 数字图像处理概论 图像编码主要是利用图像信号的统计特性及人类视觉的生理学及心理学特性，对图像信号进行高效编码，即研究数据压缩技术，目的是在保证图像质量的前提下压缩数据，便于存储和传输，以解决数据量大的矛盾。47第一章 数字图像处理概论 压缩倍数 10.26 压缩倍数 98.7048第一章 数字图像处理概论 空域法：空域法：把图像看作是平面中各个像素组成把图像看作是平面中各个像素组成的集合，然后直接对其进行相应的处理。包括的集合，然后直接对其进行相应的处理。包括领域处理法、点处理法。领域处理法、点处理法。变换域法：变换域法：首先对图像进行正交变换，得到首先对图像进行正交变换，得到

12、变换系数阵列，然后再进行各种处理，处理后变换系数阵列，然后再进行各种处理，处理后再逆变换到空间域。包括滤波、数据压缩、特再逆变换到空间域。包括滤波、数据压缩、特征提取等。征提取等。方法49第一章 数字图像处理概论 1.5 1.5 数字图像处理的应用数字图像处理的应用航天航空生物医学工程通讯领域工业军事公安文化艺术50第一章 数字图像处理概论 航空航天登月、火星照片处理飞机遥感、卫星遥感气象预报51第一章 数字图像处理概论 阿阿波波罗罗登登月月52第一章 数字图像处理概论 空间探索53第一章 数字图像处理概论 遥感：农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构

13、造解译、找矿，环境污染检测等等。54第一章 数字图像处理概论 地球资源勘探55第一章 数字图像处理概论 遥感图片56第一章 数字图像处理概论 气象预报：获取气象云图进行测绘、判读等。57第一章 数字图像处理概论 生物医学工程CT、MRI（核磁共振）、B超显微图像：红细胞、白细胞、染色体的分析X光、心电图58第一章 数字图像处理概论 59第一章 数字图像处理概论 生物医学60第一章 数字图像处理概论 61第一章 数字图像处理概论 MRI62第一章 数字图像处理概论 通讯领域多媒体通讯：数字电视、高清析度电视(HDTV)、多媒体信息处理,可视电话、会议电视等。电话、电视、计算机三网合一63第一章

14、数字图像处理概论 64第一章 数字图像处理概论 工业印刷电路板机器人视觉零件检测邮政信件的自动检测65第一章 数字图像处理概论 66第一章 数字图像处理概论 军事公安导弹制导侦察照片的处理指纹识别、人脸识别67第一章 数字图像处理概论 68第一章 数字图像处理概论 军事应用目标跟踪69第一章 数字图像处理概论 文化艺术电视画面的数字编辑动画制作游戏纺织工艺品设计发型设计文物资料图片的修复70第一章 数字图像处理概论 Wallpaper71第一章 数字图像处理概论 计算机绘画 72第一章 数字图像处理概论 计算机合成图像 73第一章 数字图像处理概论 广告设计74第一章 数字图像处理概论 网页设

15、计75第一章 数字图像处理概论 1.1.6 6 数字图像处理系统数字图像处理系统图像采集图像采集系统系统计算机计算机计算机计算机图像输出图像输出设备设备模模模模拟拟拟拟图图图图像像像像76第一章 数字图像处理概论 1.1.7 7 图像工程图像工程77第一章 数字图像处理概论 1.1.8 MATLAB8 MATLAB图像处理工具箱图像处理工具箱 MATLABMATLABMATrixMATrix LABoratoryLABoratoryMATLABMATLAB是一种基于向量的高级程序语言是一种基于向量的高级程序语言 MATLABMATLAB将计算、可视化与程序设计集成在一个将计算、可视化与程序设计

16、集成在一个易用的环境中易用的环境中 IPTImage Processing ToolboxIPTImage Processing ToolboxIPTImage Processing ToolboxIPTImage Processing Toolbox以数字图像处理理论为基础，用以数字图像处理理论为基础，用以数字图像处理理论为基础，用以数字图像处理理论为基础，用LATLABLATLABLATLABLATLAB语言构造出语言构造出语言构造出语言构造出一系列的用于图像数据显示与处理的一系列的用于图像数据显示与处理的一系列的用于图像数据显示与处理的一系列的用于图像数据显示与处理的M-M-M-M-函数

17、函数函数函数 78第一章 数字图像处理概论(1)几何运算，包括缩放、旋转和裁剪；(2)分析操作，包括边缘检测，四叉树分解；(3)增强操作，包括亮度调整，直方图均衡化，去噪声；(4)2-D FIR滤波器设计；(5)图像变换，包括离散余弦变换（DCT）和Radon变换；IPTIPT函数函数79第一章 数字图像处理概论(6)邻域与块处理；(7)感兴趣区域处理；(8)二值图像处理，包括形态学操作；(9)彩色空间变换；(10)彩色地图管理。IPTIPT函数函数80第一章 数字图像处理概论 1.9 1.9 图像的统计特征图像的统计特征 1 1 图像的基本统计分析量图像的基本统计分析量 (1)(1)图像的信

18、息量图像的信息量 一幅图像如果共有k种灰度值，并且各灰度值出现的概率分别为p1，p2，p3，pk，根据香农定理，图像的信息量可采用如下公式计算：81第一章 数字图像处理概论 (2)(2)图像灰度平均值图像灰度平均值 灰度均值是指一幅图像中所有像元灰度值的算术平均值，根据算术平均的意义，计算公式如下：82第一章 数字图像处理概论 (3)(3)图像灰度众数图像灰度众数 顾名思义，图像灰度众数是指图像中出现次数最多的灰度值。其物理意义是指一幅图像中面积占优的物体的灰度值信息。83第一章 数字图像处理概论 (4)(4)图像灰度中值图像灰度中值 图像灰度中值是指数字图像全部灰度级中处于中间的值，当灰度级

19、数为偶数时，则取中间的两个灰度值的平均值。例如，若某一图像全部灰度级如下：188，176，171，166，160 则灰度中值为171。84第一章 数字图像处理概论 (5)(5)图像灰度方差图像灰度方差 灰度方差反映各像元灰度值与图像平均灰度值的离散程度，计算公式如下：85第一章 数字图像处理概论 (6)(6)图像灰度值域图像灰度值域 图像的灰度值域是指图像最大灰度值和最小灰度值之差，计算公式如下：86第一章 数字图像处理概论 2.2.多维图像的统计特性多维图像的统计特性(l)(l)协方差协方差 设f(i，j)和g(i，j)表示大小为MN的两幅图像，则两者之间的协方差计算公式为：式中，和分别表示f(i，j)和g(i，j)的均值。87第一章 数字图像处理概论 N个波段相互间的协方差矩阵用表示，其定义形式如下：88第一章 数字图像处理概论(2)(2)相关系数相关系数 数字图像处理技术中的相关系数反映了两个不同波段图像所含信息的重叠程度，它是表示图像不同波段间相关程度的统计量。相关系数的计算公式如下：89第一章 数字图像处理概论 N个波段的相关系数矩阵（简称为相关矩阵）R定义如下：90