第6讲 - 乐学网 - 哈尔滨工业大学.ppt

主要内容 基本概念 研究内容和方法 发展和应用 图像处理的常规方法 基本概念-图像 图像：是二维或三维景物（万事万物）呈现在人心目中的影象 图像的特点 图像带有大量的信息，一幅图像顶得上千言万语 图像包括照片、绘图、视频图像等 人类从外界获得的信息约有75%来自视觉系统 图像表示 常见图像是连续的，用f（x,y）表示一幅图像，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，如亮度等。 f ,x,y可以是任意实数 基本概念-数字图像 数字图像：（Digital Image） 把连续空间的图像在坐标空间(X,Y)和性质空间F都离散化，便于计算机进行加工处理，这种离散化的图像就是数字图像 数字图像表示 数字图像用I（r,c）来表示，其中r = row 行,c = column 列，表示空间离散点的坐标，I 表示离散化的图像f 。I ,r,c都是整数。 数字图像中基本单位称为像素（pixel）。数字图像是由像素组成的 基本概念-数字图像 用计算机进行图像处理的前提是图像必须以数字格式存储， 我们把以数字格式存放的图像称之为数字图像。常见的各种照片、 图片、海报、广告画等均属模拟图像，要将模拟图像数字化后生成数字图像，需要利用数字化设备 在计算机中，图像被分割成像素（Pixel），各像素的灰度值用整数表示。一幅 M×N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 黑白图像 二值图像，每个像素只能是黑(0)或白(1) 彩色图像 可以用红绿蓝三元组的二维矩阵来表示 通常，三元组的每个数值也是在0到255之间，0表示相应的基色在该像素中没有，而255则代表相应的基色在该像素中取得最大值，这种情况下每个像素可用三个字节来表示 基本概念-数字图像处理 数字图像处理的研究对象 数字图像处理的目的 提高图像视感质量， 以达到赏心悦目的目的，如去除图像中的噪声， 改变图像的亮度、颜色，增强图像中的某些成份、 抑制某些成份，对图像进行几何变换等，从而改善图像的质量， 以达到或真实的、或清晰的、或色彩丰富的、或意想不到的艺术效果 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，例如，常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。这些特征包括很多方面， 如频域特性、灰度／颜色特性、边界／区域特性、 纹理特性、 形状／拓扑特性以及关系结构等 对图像数据进行变换、 编码和压缩， 以便于图像的存储和传输 基本概念-图像工程 图像处理 对图像进行各种加工，以改善图像的视觉效果； 强调图像之间进行的变换； 图像处理是一个从图像到图像的过程 基本概念-图像工程 图像分析 对图像中感兴趣的目标进行提取和分割，获得目标的客观信息（特点或性质），建立对图像的描述； 以观察者为中心研究客观世界； 图像分析是一个从图像到数据的过程 图像理解 研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系； 得出对图像内容含义的理解及原来客观场景的解释； 以客观世界为中心，借助知识、经验来推理、认识客观世界，属于高层操作（符号运算） 基本概念-图像工程 图像工程与相关学科的联系和区别 图像工程是一门交叉学科，研究方法上与数学、物理学（光学）、生理学、心理学、电子学、计算机科学相互借鉴；研究范围上，与计算机图形学、模式识别、计算机视觉相互交叉 计算机图形学CG、计算机视觉CV、图像处理IP互相渗透，覆盖面有很多重合 图像处理的主要研究内容和方法 基本的图像处理和分析系统构成 图像处理的主要研究内容和方法 图像增强 改善图像的主观质量，标准因人而异。内容包括灰度变换增强、直方图修正、空间滤波和频率滤波（平滑和锐化）、彩色增强等 图像恢复和重建 图像恢复也称为图像复原。内容有退化模型和对角化、有约束恢复、无约束恢复、几何失真校正等 图像重建属于一类恢复。方法有傅里叶反变换重建、卷积逆投影重建、综合重建等 目标表达和描述 目标表达：将分割出的物体或区域（目标）采用一种不同于原始图像的表达形式来表示。数据结构的选择要求节省空间、易于特征计算。具体分为边界表达（外部表达法）和区域表达（内部表达法） 图像描述：用适当的数学语言来表示区域间的关系（联系和区别），得出一种简练的表达方式，称为描述。常用的有边界描述符、区域描述符、结构描述符等 除此以外，图像匹配（Matching）和图像识别（Recognition）等也是图像处理与分析的研究内容 发展过程 早期的计算机满足不了图像处理的要求 60年代，FFT算法的提出，使得图像处理的某些计算得以实现 70年代IP有了较大的发展，1976年出版了第一本图像处理的专著 80年代开始从2D图像发展到3D图像处理，得到了广泛应用 90年代，以多媒体技术为代表，IP的应用涉及到人类生活的各个