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数字图像处理 王新红 同济大学电信学院 目录 1.1 图象的概述 1.2 数字图象处理的发展过程 1.3 图象处理和分析系统 1.4 图象技术的应用领域 图象的概述 图像的定义 图像就是视觉景物的某种形式的表示和记录。 图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。 数字图像 图像的数字化表示，或者称为离散化的图像。像素是其最小的单位。 与数字图像相关的概念 图形(Graphics) 图形是图像的一种抽象，它反映图像的几何特征，例如点、线、面等。 图形不直接描述图像中的每一点，而是描述产生这些点的过程和方法，被称为矢量图形。 视频(video) 是一组图像在时间轴上的有序排列，是二维图像在一维时间轴上构成的序列图像。 人眼的视觉惰性：在亮度信号消失后，亮度感觉仍可以保持1/20～1/10s的时间。 与数字图像相关的概念 动画(Animation) 它与视频的区别在于视频的采集来源于自然的真实图象，而动画则是利用计算机产生出来的图象或图形，是合成的动态图象。 数字图象处理的发展过程 1964年美国喷气推进实验室为进行太空探测研究月球表面 1972年计算机断层X光照相技术（即X光CT技术） 70年代末期，开始了具有视觉功能的机器人的研究 80年代，随着大规模集成电路（VLSI）技术的发展，大容量存储芯片的容量大幅度增加，计算机的存储容量和运算速度迅速提高 90年代，图象处理技术的应用与研究领域有了更大的扩展 图象处理和分析系统 所谓的数字图像处理，就是指用数字计算机及其他有关的数字技术，对图像施加某种运算和处理，从而达到某种预期的目的。 基本的图像处理和分析系统构成 图像处理和分析系统 图象采集模块 为采集数字图象，需要两种装置（器件） 一种是对某个电磁能量谱波段敏感的物理器件 另一种称为数字化器件 数码摄像机，数码相机，扫描仪 扫描仪 图像处理和分析系统 图象显示模块 图形绘制设备：打印机、绘图仪 显示设备： CRT显示器、液晶显示器LCD 图象存储模块 磁带、磁盘、光盘等 图象通信模块 计算机网络、电话网等 图像处理和分析系统 图象处理和分析模块 图像变换 包括离散傅立叶变换（DFT）、离散余弦变换（DCT）、沃尔什变换（DWT）、小波变换等 图像压缩编码 包括熵编码、预测法编码、变换编码、 分形编码等 图像增强和复原 图像的增强：不考虑图像降质的原因，只将图像中感兴趣的特征有选择的突出，而衰减次要信息 图像的复原：针对图像降质的原因，设法去补偿降质因素，从而使改善后的图像尽可能的逼近原始图像 包括灰度修正、平滑、几何校正、图像锐化、频域增强、维纳滤波、卡尔曼滤波 图像分割 包括灰度阈值分割、基于纹理的分割、区 域生长法等 图像理解和识别 常用的模式有统计模式分类和句法模式分类 图象技术的应用领域 生物、医学方面的应用 红白细胞和细菌、虫卵分类计数 癌细胞的识别 染色体分析 CT（计算机断层扫描成像） 图象技术的应用领域 航天、遥感方面的应用 遥感 遥感是利用装载在飞机或人造卫星上的传感器，搜集由地球表面的物体反射或放射出的电磁波，并利用这些数据得到有关对象物和现象的信息的技术。 在农业方面 遥感 在水文、水资源工作中的应用 在气象方面的应用 图象技术的应用领域 军事和公安部门的应用 图象技术的应用领域 工业生产方面的应用 图象技术的应用领域 其他方面的应用 影视制作 运动员的训练 服装纺织工艺品的花纹设计、制作 文物资料照片的存储、复制和修复 * 像素 数字图像的特点 信息量大 例如一幅电视画面取512行512列，象素数为512×512，如果灰度级用8bit来表示，则有256个灰度级，那么一幅图像的信息量为512×512×8＝2,097,152bit＝256KB。若每秒有25帧图像，每秒钟的信息量为256KB×25＝6400KB＝6.25MB。 数字图像占用的频带较宽 数字图像中各个象素间的相关性大 数字图像处理系统受人的因素影响较大 line（x1,y1,x2,y2,color） circle（x,y,r,color） 通信 处理和分析 显示 采集 存储 阿波罗登月 勇气号发回的火星表面图 2000年京郊小麦长势情况卫星遥感图 2000年京郊玉米、水稻种植情况卫星遥感图 黄河口小清河水污染影像图 台风海燕 道路交通 个人鉴别 指纹识别 掌纹识别 羽毛球毛片检测 PCB板检测 *