華中科技大學(xué)數(shù)字圖象處理.ppt

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2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 1 本章主要內(nèi)容 圖像處理技術(shù)的概況及主要研究?jī)?nèi)容計(jì)算機(jī)圖像處理的特點(diǎn)及其應(yīng)用數(shù)字圖像處理的系統(tǒng)簡(jiǎn)介課程介紹課程的內(nèi)容 教學(xué)計(jì)劃 學(xué)習(xí)方法等 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 2 本章基本要求 基本要求掌握?qǐng)D象處理與分析技術(shù)與圖象工程的基本概念了解圖象處理技術(shù)的應(yīng)用 培養(yǎng)對(duì)本課程的感性認(rèn)識(shí)了解本學(xué)科的研究發(fā)展趨勢(shì) 增強(qiáng)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣了解課程安排 做好學(xué)習(xí)準(zhǔn)備 計(jì)劃學(xué)時(shí)1 2學(xué)時(shí) 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 3 1 1從圖象到圖象工程 圖象和數(shù)字圖象圖象 用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的 可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺(jué)的實(shí)體圖象 廣義 抽象 圖像 狹義 具體 圖象和信息 人類(lèi)從外界 客觀世界 獲得的信息約有75 來(lái)自視覺(jué)系統(tǒng) 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 4 1 1從圖象到圖象工程 圖象表示 f x y t x y 2 D空間中坐標(biāo)點(diǎn)的位置 光線的波長(zhǎng)t 時(shí)間如果只考慮光的能量 不考慮波長(zhǎng) 視覺(jué)上就是黑白深淺的區(qū)別圖像表示為f x y t 如果是靜態(tài)圖像 不考慮時(shí)間因素 圖像表示為f x y 2 D數(shù)組 1 1從圖象到圖象工程 對(duì)于靜態(tài)的彩色圖像如果用紅綠藍(lán)三基色表示 圖像是一個(gè)3個(gè)2 D數(shù)組fR x y fG x y fB x y 如果是多光譜圖像 圖像是一個(gè)n個(gè)2 D數(shù)組對(duì)于動(dòng)態(tài)的連續(xù)圖像 可以是一個(gè)時(shí)間序列黑白電視信號(hào)f1 x y f2 x y fk x y 彩色電視信號(hào)fRk x y fGk x y fBk x y k 1 2 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 5 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 6 1 1從圖象到圖象工程 復(fù)習(xí) 題面 可以用f x y 來(lái)表示 A 一幅2 D數(shù)字圖象 B 一個(gè)在3 D空間中的客觀景物的投影 C 2 D空間XY中一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的位置 D 在坐標(biāo)點(diǎn) x y 的某種性質(zhì)F的數(shù)值 提示 注意三個(gè)符號(hào)各自的意義 答案 A B D 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 7 1 1從圖象到圖象工程 復(fù)習(xí) 題面 數(shù)字圖象f x y 中的f A 可對(duì)應(yīng)X光的強(qiáng)度 B 可表示XY空間中一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的位置 C 可對(duì)應(yīng)場(chǎng)景中物體的輻射度 D 可以表示照片的亮度 提示 圖象是場(chǎng)景的投影 f對(duì)應(yīng)場(chǎng)景點(diǎn)的某種性質(zhì) 答案 A C D 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 8 1 1從圖象到圖象工程 圖象技術(shù)和圖象工程圖象技術(shù)圖象技術(shù)在廣義上是各種與圖象有關(guān)的技術(shù)的總稱 主要功能 作用包括 對(duì)圖象的各種加工 見(jiàn)下 基于加工結(jié)果的判斷決策和行為規(guī)劃為此進(jìn)行的硬件設(shè)計(jì)及制作圖象加工技術(shù)例如 圖象的采集 獲取 編碼 存儲(chǔ)和傳輸 合成和產(chǎn)生 顯示和輸出 變換 增強(qiáng) 恢復(fù)和重建 分割 目標(biāo)的檢測(cè) 表達(dá)和描述 特征的提取和測(cè)量 序列圖象的校正 3 D景物的重建復(fù)原 圖象數(shù)據(jù)庫(kù)的建立 索引和抽取 圖象的分類(lèi) 表示和識(shí)別 圖象模型的建立和匹配 圖象和場(chǎng)景的解釋和理解 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 9 1 1從圖象到圖象工程 圖象技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域示例視頻通信 可視電話 電視會(huì)議 按需電視 遠(yuǎn)程教育 文字檔案 文字識(shí)別 過(guò)期檔案復(fù)原 郵件分撿 支票 簽名辮偽 辦公自動(dòng)化 生物醫(yī)學(xué) 紅白學(xué)球計(jì)數(shù) 染色體分析 X光 CT MRI PET圖象分析 醫(yī)學(xué)手術(shù)模擬規(guī)劃 遠(yuǎn)程醫(yī)療 遙感測(cè)繪 巡航導(dǎo)彈制導(dǎo) 無(wú)人駕駛飛機(jī)飛行 精確制導(dǎo) 礦藏勘探 資源探測(cè) 氣象預(yù)報(bào) 自然災(zāi)害監(jiān)測(cè) 工業(yè)生產(chǎn) 工業(yè)檢測(cè) 工業(yè)探傷 自動(dòng)生產(chǎn)流水線監(jiān)控 移動(dòng)機(jī)器人 無(wú)損探測(cè) 金相分析 印刷板質(zhì)量檢驗(yàn) 精細(xì)印刷品缺陷檢測(cè) 軍事公安 雷達(dá)圖象分析 巡航導(dǎo)彈路徑規(guī)劃 制導(dǎo) 罪犯臉形合成 識(shí)別 指紋 印章的鑒定識(shí)別 交通管理 太空探測(cè) 航天飛行 公路交通管理 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 10 1 1從圖象到圖象工程 圖象工程不同層次圖象技術(shù)的有機(jī)結(jié)合及應(yīng)用圖象工程三層次 圖象處理 圖象 圖象 圖象分析 圖象 數(shù)據(jù) 圖象理解 圖象 解釋 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 11 1 1從圖象到圖象工程 圖象工程三層次 圖象處理 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 12 1 1從圖象到圖象工程 圖象工程三層次 圖象分析 橢圓 紅色上部 蘭色下部 綠色中部 幾何體 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 13 1 1從圖象到圖象工程 圖象工程三層次 圖象理解 橢圓 紅色上部 蘭色下部 綠色中部 幾何體 紅色橢圓是太陽(yáng)上部蘭色是天空下部綠色是草地中部幾何體是建筑 結(jié)論 清晨的郊外 1 1從圖象到圖象工程 圖像處理的方法圖像的數(shù)字化如何由一幅模擬圖像獲取一幅滿足需求的數(shù)字圖像 使圖像便于計(jì)算機(jī)處理 分析圖像的變換圖像變換目的在于 處理問(wèn)題簡(jiǎn)化 有利于特征提取 加強(qiáng)對(duì)圖像信息的理解 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 14 1 1從圖象到圖象工程 圖像增強(qiáng)改善圖像視覺(jué)效果 增強(qiáng)圖像的有用信息 消弱噪聲的干擾 圖像恢復(fù)與重建恢復(fù)圖像原本面貌 輻射校正 幾何幾何校正 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 15 1 1從圖象到圖象工程 圖像編碼壓縮數(shù)據(jù) 有效傳輸圖像分割將一幅圖像劃分為互不重疊的區(qū)域 為后續(xù)的圖像分析做基礎(chǔ) 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 16 1 1從圖象到圖象工程 二值圖像形狀分析腐蝕與膨脹邊界與骨架提取 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 17 1 1從圖象到圖象工程 紋理分析空間規(guī)律性的分析圖像識(shí)別圖像中不同對(duì)象的分類(lèi)和描述 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 18 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 19 1 1從圖象到圖象工程 圖象工程與其他學(xué)科 圖形學(xué) 原指用圖形 圖表 繪圖等形式表達(dá)數(shù)據(jù)信息的科學(xué) 而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的就是如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)產(chǎn)生這些形式圖象模式識(shí)別 試圖把圖象分解成可用符號(hào)較抽象地描述的類(lèi)別計(jì)算機(jī)視覺(jué) 主要強(qiáng)調(diào)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視覺(jué)功能 目前的研究?jī)?nèi)容主要與圖象理解相結(jié)合 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 20 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) 系統(tǒng)的一般框圖 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 21 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) 圖象采集圖象采集裝置為采集數(shù)字圖象 需要兩種裝置 器件 對(duì)某個(gè)電磁能量譜波段 如X射線 紫外線 可見(jiàn)光 紅外線等 敏感的物理器件 它能產(chǎn)生與所接受到的電磁能量成正比的 模擬 電信號(hào) 數(shù)字化器 它能將上述 模擬 電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字 離散 的形式 圖象采集設(shè)備電荷偶合器件CCD Charge CoupledDevice 利用電荷存儲(chǔ)傳送和讀出方式工作固態(tài)陣 由感光基元構(gòu)成 感光基元產(chǎn)生正比于光強(qiáng)的電壓攝像機(jī)空間分辨率取決于基元排列數(shù)字化器 攝像機(jī)幅度分辨率取決于量化級(jí)數(shù) 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 22 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) 圖象顯示圖象處理的結(jié)果多是供觀察的圖象數(shù)據(jù) 亮度模式顯示顯示設(shè)備LCD液晶顯示PDP等離子顯示陰極射線管 CRT 打印設(shè)備轉(zhuǎn)換到幻燈片 照片或透明膠片上半調(diào)輸出象素灰度 打印點(diǎn)尺寸 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 23 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) 半調(diào)輸出舉例2 2 5種灰度3 3 10種灰度抖動(dòng) dithering 技術(shù) 用隨機(jī)變化掩蓋虛假輪廓 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 24 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) 圖象存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量度單位比特 bit 字節(jié) byte 8bit 千字節(jié) Kbyte 兆 106 字節(jié) Mbyte 吉 109 字節(jié) Gbyte 太 1012 字節(jié) Tbyte 圖象存儲(chǔ)器處理和分析過(guò)程中使用的快速存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)內(nèi)存 幀緩存較快重新調(diào)用的在線或聯(lián)機(jī)存儲(chǔ)器磁盤(pán) 磁光盤(pán)不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫(kù) 檔案庫(kù) 存儲(chǔ)器磁帶 光盤(pán) 光盤(pán)塔 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 25 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) 圖象存儲(chǔ)格式矢量格式用線段或線段的組合體來(lái)表示圖象光柵格式用許多圖象點(diǎn)的集合來(lái)表示圖象常見(jiàn)格式BMP格式 GIF格式 TIFF格式 JPEG格式 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 26 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) BMP格式 BitMaP 位圖 位圖文件頭 也稱表頭 位圖信息 常稱調(diào)色板 1 單色 4 16色 8 256色 24 真彩色 位圖陣列 即圖象數(shù)據(jù) R 8bit G 8bit B 8bit 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 27 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) GIF格式 GraphicsInterchangeFormat 8位文件格式 最多只能存儲(chǔ)256色圖象圖象數(shù)據(jù)均為壓縮過(guò)的 LZW算法 一個(gè)GIF文件中可以存放多幅圖象 以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)上的動(dòng)畫(huà) 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 28 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) TIF格式 TaggedImageFormatFile 獨(dú)立于操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)文件可分4類(lèi) 二值圖象灰度圖象調(diào)色板彩色圖全彩色圖象 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 29 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) JPEG格式 JointPhotographicExpertGroup 適用于靜止的灰度或彩色圖象JPEG文件交換格式JFIF fileinterchangeformat 一種使用灰度表示或者使用Y Cb Cr分量彩色表示的JPEG圖象 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 30 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) 圖象通信圖象通信可使不同系統(tǒng)共享圖象數(shù)據(jù)資源近程和遠(yuǎn)程圖象通信 1 近程 不同設(shè)備間交換數(shù)據(jù) 2 遠(yuǎn)程 異地圖象系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大 通道窄 圖象處理 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 31 1 2圖象處理與分析系統(tǒng) 圖象處理與分析對(duì)圖象進(jìn)行壓縮編碼以減少對(duì)其所需存儲(chǔ)空間或傳輸時(shí)間 傳輸通路的要求對(duì)圖象進(jìn)行各種加工以改善圖象的視覺(jué)效果并為自動(dòng)識(shí)別打基礎(chǔ)對(duì)圖象中感興趣目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè) 提取以測(cè)量其參數(shù)和描述其性質(zhì) 在此基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別 分類(lèi) 建立符號(hào)表達(dá) 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 32 1 4授課安排 課程目標(biāo)介紹數(shù)字圖像處理基本概念 理論和方法要求初步掌握?qǐng)D像處理和分析的基本算法能將所學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用于對(duì)圖像信息的檢測(cè) 分析 處理和控制等圖象工程之中 使用教材 數(shù)字圖象處理 第二版 美 岡薩雷斯 電子工業(yè)出版社2007 8計(jì)劃學(xué)時(shí)講課36 課程設(shè)計(jì)先修課程數(shù)字信號(hào)處理 信號(hào)與系統(tǒng) 線性代數(shù) C語(yǔ)言 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 33 1 4授課安排 課程實(shí)施講授注重理論與實(shí)用結(jié)合 多媒體演示處理過(guò)程 上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié) 編程實(shí)現(xiàn)基本算法 掌握基本的處理技能 課后的作業(yè)練習(xí) 加深對(duì)算法理論模型的理解 成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)課程考試70 課程設(shè)計(jì)30 2020 2 25 數(shù)字圖象處理 第1章 34 本章小結(jié) 圖象圖象信息 圖象類(lèi)型圖象表示 數(shù)字圖象圖象工程圖象處理 圖象分析 圖象理解圖象處理系統(tǒng)圖象采集 圖象顯示圖象存儲(chǔ) 圖象通信圖象處理與分析圖象處理技術(shù)的應(yīng)用 數(shù)字圖象處理 第1章課外作業(yè)教材習(xí)題 2 1 2 9 2 13作業(yè)要求 獨(dú)立完成 有問(wèn)題相互討論