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1、姓名：徐小强Tel.：13071282232,武汉理工大学自动化学院,图像处理与分析,第一章：绪论,一：数字图象处理的基本概念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：基本系统,基本概念,图像在人类感知中扮演最重要的角色。6080的信息来自图像成像机器可覆盖几乎所有电磁波谱还存在其他成像方式（声波，电子显微镜，分形图像等等）图象：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,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,基本概念,二维函数 f(x,y)。（图像和图片）x,y是空间坐标f(x,y)幅值称为强度或者
2、灰度数字图像：为了能用计算机对图象进行加工，需要把连续的图象在坐标空间XY和幅值空间F都离散化。这种离散化了的图象是数字图象，可用I(r,c)来表示。-空间离散，幅值离散像素(pixel): 图像中的每个基本单元,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,基本概念:图像的表示,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,灰度：单个像素的深浅程度的量化表示灰度分辨率：表示单个像素灰度需要k比特空间，即称该图像为2k灰度级图像空间分辨率：矩阵MN计算过程离散便于编程实现,基本概念:图像的表示,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,物理图象及对应的数字图象,基本
3、概念:图像的表示,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,灰度级,假设有一副大小为100100，256灰度级的离散灰度图像，则表示它的每个像素灰度值需要8比特的数据，如果要把该图像以数字化的形式保存在计算机中，总共需要大小为10000字节的存储空间。如果以2000比特/秒的速度传输该图像，需要的时间为40秒。,例 题,基本概念：图像的表示,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,图(a)所用的坐标系统常在屏幕显示中采用。,图()所用的坐标系统常在图象计算中采用。,Y,X,R,基本概念：,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,图象工程：它的内容非常丰富
4、。可分为三个层次-图象处理、图象分析、图象理解。图象工程三层次示意图如下：,图像理解,图像分析,图像处理,答：狭义图像处理是低层操作，它主要是在图像像素级上进行处理，处理的数据量非常大；图像分析则进入了中层，经分割和特征提取，把原来以像素构成的图像转变成比较简洁的非图像形式的描述；图像理解是高层操作，它是对描述中抽象出来的图像进行推理，其处理过程和方法与人类的思维推理有许多类似之处。 随着抽象程度的提高，数据量逐渐减少。,例 题 图像处理、图像分析和图像理解各有什么特点？它们之间有哪些联系和区别？。,一方面，原始图像数据经过一系列的处理逐步转化为更有组织和用途的信息，在此过程中，语义不断引入，
5、操作对象发生变化，数据量得到了压缩；另一方面，高层操作对低层操作有指导作用，能提高低层操作的效能。,第一章：绪论,1. 简明历史2. 现状及意义3. 发展趋势,一：数字图象处理的基本概念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：数字图象处理的教学方式,1. 简明历史（1）,本世纪20年代，纽约伦敦海底电缆传输数字化的新闻图片。传递时间从一个多星期减少到3个小时。,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,1921年电报打印机采用特殊字符在编码纸带打印。输出设备从专用到通用再到专用。,1929年从伦敦到纽约15级色调通过电缆传递照片。从早期5个灰度到15灰度。现在
6、的网络、移动通信再次历经这个过程。,1922年两次穿越大西洋，穿孔纸得到图像检测误差。图像通信系统信源编码和信道编码。,1. 简明历史（1）,五十年代中期美国在太空计划的推动下开始数字图像技术的研究。重要标志是1964年美国喷气推进实验室（JPL）正式使用数字计算机对“徘徊者7号”太空船送回的四千多张月球照片进行了处理。,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,美国航天器传送的第一张月球照片，1964年7月31日在光线影响月球表面17分钟下摄取的图像。,1. 简明历史（2）,60年代末，数字图象处理形成一个比较完整的理论与技术体系，从而构成了一门独立的技术70年代，CT的发明，血
7、球自动分类仪的商业化CT发明获得1979年诺贝尔医学奖。X射线1901年物理学奖。70年代以来迅猛发展。广泛应用于太空探索，遥感应用，生物医学工程工业应用，军事应用等方面。,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,遥感：美国JPL实验室（Jet Propulsion Laboratory）探索者月球图像勇气号火星图像再如农作物产量计算农作物病情防治山林防火等,A Closer View Of The Craters Intriguing Rock Outcrop,http:/marsrovers.jpl.nasa.gov/ho
8、me/index.html,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,视觉监视、公安：银行防盗，人脸识别等。,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,工业检测与测量：公路路面破损图像识别,网 裂,龟 裂,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,军事侦察、高精度制导,Chinese_embassy,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,医疗诊断：CT技术，癌细胞识别等。,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,通讯：可视电话，视频点播等。,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,影视业、娱乐、公众服务：广告，基于
9、内容检索等。,2. 现状,七十年代以来数字图像处理迅猛发展。1：主观需求：人类从外界获取得信息6070通过眼睛的图象信息。2：计算机技术的发展和通信手段的发展提供客观可能；以FFT（快速傅立叶变换）为代表的数字信号处理算法和现代信号处理方法的精确性，灵活性与通用性。3：数学化的特点是该学科成熟的一个标志。“一种科学只有在成功地运用数学时，才算真正达到了完美的地步 ” (分析，代数，几何）总之：数字图像处理是一门在理论研究和应用开发两方面获得极大统一的学科。http:/,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,3. 发展趋势,1：结合网络和Internet技术需求而发展起来的新技术
10、，比如网上图象、视频的传输、点播和新的浏览、查询手段。2：高级图象处理技术，结合最新的数学进展，诸如小波、分形、形态学等技术。3：智能化，图象自动分析、识别与理解。,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,第一章：绪论,1. 简明历史2. 现状及意义3. 发展趋势,一：数字图象处理的基本概念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：基本系统,第一章：绪论,1. 研究对象和方式2. 研究内容分类3. 应用领域,一：数字图象处理的基本概念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：基本系统,1. 研究对象和方式,图象,图象,描述,描述,狭义图象处
11、理,计算机图形学,模式识别，图像分析，图象理解,第一章：绪论,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,2. 研究内容分类,第一章：绪论,1、按研究对象2、按应用方式3、按理论方法,研究内容,教学方式,基本概念,发展历史,1）按研究对象（1）,（1）灰度图象,（2）二值图象,（3）彩色及多光谱图象,（4）图象序列分析,（5）双目图象分析,灰度和色彩,1）按研究对象（2）,（1）灰度图象,（2）二值图象,（3）彩色及多光谱图象,（4）图象序列分析,（5）双目图象分析,2）按应用方式（1）,（1）图象压缩,（2）图象增强,（3）图象恢复,（4）图象重建,（5）图象边缘检测与分割,（6）图象测量与分析
12、,（7）图象识别与理解,压缩倍数 10.26，PSNR 36.51 压缩倍数 98.70，PSNR 25.22,2）按应用方式（2）,（1）图象压缩,（2）图象增强（主观）,（3）图象恢复（客观）,（4）图象重建,（5）图象边缘检测与分割,（6）图象测量与分析,（7）图象识别与理解,2）按应用方式（3）,（1）图象压缩,（2）图象增强（主观）,（3）图象恢复（客观）,（4）图象重建,（5）图象边缘检测与分割,（6）图象测量与分析,（7）图象识别与理解,2）按应用方式（4）,（1）图象压缩,（2）图象增强,（3）图象恢复,（4）图象重建,（5）图象边缘检测与分割,（6）图象测量与分析,（7）图象
13、识别与理解,2）按应用方式（5）,（1）图象压缩,（2）图象增强,（3）图象恢复,（4）图象重建,（5）图象边缘检测与分割（1）,（6）图象测量与分析,（7）图象识别与理解,2）按应用方式（6）,（1）图象压缩,（2）图象增强,（3）图象恢复,（4）图象重建,（5）图象边缘检测与分割（2）,（6）图象测量与分析,（7）图象识别与理解,2）按应用方式（7）,（1）图象压缩,（2）图象增强,（3）图象恢复,（4）图象重建,（5）图象边缘检测与分割,（6）图象测量与分析,（7）图象识别与理解,交叉,距离,交叉,距离,(d) (e) (f) (g),(a) (b) (c),2）按应用方式（8）,（1）
14、图象压缩,（2）图象增强,（3）图象恢复,（4）图象重建,（5）图象边缘检测与分割,（6）图象测量与分析,（7）图象识别与理解,3）按理论方法（1）,（1）点处理，代数处理，几何处理。（2）变换域处理与分析（傅立叶变换及滤波器设计分析）（3）随机统计等现代信号处理方法。（4）小波形态学，分形等先进数学工具。,3）按理论方法（2）,（5）人工智能方法：模式识别，符号逻辑，人工神经网络。,2. 实际应用（1）,第一章：绪论,1：太空探索，遥感应用2：生物医学工程： CT的发明血球自动分类仪的商业化3：工业应用：视觉检验零部件选取，过程控制4：军事应用：5：网络数字媒体，视频图象特技,虚拟现实,视频
15、会议通信等日常生活方方面面。,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,大图,2. 实际应用（2）,第一章：绪论,伽马射线 X射线 紫外光 可见光 红外光 微波 无线电波短波长波高频 低频,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,2. 实际应用（2）,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,热红外波段,水汽波段,可见光波段,第一章：绪论,1. 研究对象和方式2. 研究内容分类3. 应用领域,一：数字图象处理的基本概念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：基本系统,第一章：绪论,1.图像的输入2.图像的存储3.图像的显示4.图像的打印,一：数字图象处理的基本概
16、念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：基本系统,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,图像存储系统,图象输入系统,基本图象处理系统的结构,图象处理与分析系统,图象输出系统,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,常见图象处理系统的结构,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,(1)图像输入设备(2)统一的采样和量化(3)非统一的采样和量化,1.图像的输入,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入:(1)图象输入设备,基于CCD光电耦器件的输入设备摄像机、数字摄像机数字相机平板扫描仪基于光电倍增管的
17、输入设备滚筒扫描仪,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入:(1)图象输入设备,右上小图为自然光下观察到的情况，大图为热成像观察到的图象，从中可以看到掩蔽在树丛中的人员。热成像仪使依靠自然伪装的保护完全失效 。,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入:(1)图象输入设备,扫描仪分辨率与扫描图象的大小分辨率：单位长度上采样的像素个数：DPI(dot/inch),1000DPI,1600DPI,1000象素,1600象素,1英寸,原稿,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入: (2)统一的采样和量化,为了计算
18、机处理，图像函数f(x,y)在空间和取值上必须数字化,图像的采样空间坐标(x,y)的数字化被称为图像采样确定水平和垂直方向上的像素个数N 、 M,N,M,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入: (2)统一的采样和量化,N,图像采样的形式化定义设Z表示整数集合采样处理：将xy平面分配到一个网格上，且每一个网格中心的坐标是一个笛卡儿乘积ZxZ的元素对，即所有有序元素对(a,b)的集合，其中a和b属于整数集合Z,xy平面,(a,b),第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入: (2)统一的采样和量化,图像的量化取值的数字化被称为图像灰度级量
19、化量化处理：将f 映射到Z的处理Z的最大取值，确定像素的灰度级数G = 2m， 如256,f,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入: (2)统一的采样和量化,图像的形式化定义设Z表示整数集合，R表示实数集合f(x,y)是数字图像：（1）仅当(x,y) 是ZxZ中的整数，（2）并且f是给每一个坐标对(x,y)分配了一个灰度值（该值出于R）的函数,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入: (2)统一的采样和量化,图像的采样与数字图象的质量,265x180,133x90,66x45,33x22,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,
20、发展历史,1 图像的输入: (2)统一的采样和量化,图像的量化与数字图象的质量,256灰度级,16灰度级,8灰度级,4灰度级,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的输入: (2)统一的采样和量化,一个好的近似图像，需要多少采样分辨率和灰度级胡昂1965实验：实验方法选取一组细节多少不同的、不同N、M、G的图象让观察者根据他们的主观质量感觉给这些图象排序实验结论随着采样分辨率和灰度级的提高，主观质量也提高对有大量细节的图象，质量对灰度级需求相应降低,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的采样: (3)非统一的采样和量化,非统一的图像的采样在灰度
21、级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平滑的区域，用粗糙的采样,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,1 图像的采样: (3)非统一的采样和量化,非统一的图像的量化在边界附近使用较少的灰度级。剩余的灰度级可用于灰度级变化比较平滑的区域避免或减少由于量化的太粗糙，在灰度级变化比较平滑的区域出现假轮廓的现象,f,什么是图像？模拟图像与数字图像有什么区别？,第一章：绪论,1.图像的输入2.图像的存储3.图像的显示4.图像的打印,一：数字图象处理的基本概念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：基本系统,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,
22、(1)图像的存储体系(2)彩色图像的存储(3)处理中的图像存储,2.图像的存储,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,2 图像的存储:(1)图像的存储体系,图像文件格式体系互联网用：GIF、JPG、PNG印 刷 用：TIF、JPG、TAG 、PCX国际标准：TIF、JPG、BMP图像存储体系内存存储：处理时使用硬盘存储：处理、备份时用（在线）备份存储：光盘、磁带（离线、近线）分级存储（HSM），网络存储（SAN/NAS),第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,2 图像的存储:(2)彩色图像的存储,按像素存储按色面存储,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,
23、发展历史,2 图像的存储:(3)处理中的图像存储,图像处理算法对存储缓冲区的不同处理模式以像素为单位的处理，单缓冲区存储处理,单缓冲区,行和子图为单位的处理，双缓冲存储处理,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,2 图像的存储:(3)处理中的图像存储,大体积图像处理中的块缓冲区处理方式行缓冲区、定长块缓冲区、不定长块缓冲,行缓冲区,定长块缓冲区,不定长块缓冲,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,2 图像的存储:(3)处理中的图像存储,大体积图像处理中的文件映射处理方式由操作系统和程序语言开发工具提供支持存在的问题：存储空间的动态不可控性,实际内存,虚拟操作内存
24、,实际数据存放在硬盘,第一章：绪论,1.图像的输入2.图像的存储3.图像的显示4.图像的打印,一：数字图象处理的基本概念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：基本系统,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,(1)全局显示 (2)局部显示,3.图像的显示,图像显示的坐标空间图象显示的时机与机制图象显示的恢复与刷新,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,3 图像的显示：全局显示,图像显示的坐标空间世界坐标系与显示窗口,世界坐标系,视窗,0,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,3 图像的显示：全局显示,图象显示的时机与机制事件
25、驱动机制局部失效事件绘图事件显示函数与显示事件显示函数将图像的数据写入显示缓存显示事件将缓存中的数据送到显示卡,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,3 图像的显示：全局显示,图象显示的恢复与刷新恢复的必要性： 刷新的机制：,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,3 图像的显示：局部显示,图像的局部显示用蒙板实现图象的局部显示用二值蒙板显示边缘不规则的局部区域用8位蒙板显示透明、融合效果的局部区域,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,3 图像的显示：局部显示,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,3 图像的显示：局部显示,图象的
26、局部刷新通过局部失效事件，触发局部刷新保存刷新数据,第一章：绪论,1.图像的输入2.图像的存储3.图像的显示4.图像的打印,一：数字图象处理的基本概念,二：数字图象处理的发展历史,三：数字图象处理的研究内容,四：基本系统,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,4 图像的打印：打印机类型,喷墨打印机激光打印机热升华打印机热蜡打印机印刷机数字印刷机传统印刷机：平印、凹印、丝印,第一章：绪论,研究内容,基本系统,基本概念,发展历史,4 图像的打印：打印机类型,喷墨打印机激光打印机数字印刷机,Image 图像 对物理景物或其他图像的统一表示称为图像。Pel 像素 图像元素（pictur
27、e element）的缩写。Pixel 像素 图像元素（picture element）的缩写。Picture element 图像元素，像素 数字图像的最小单位。一幅数字图像的基本组成单元。Digitization 数字化 将景物图像转化为数字形式的过程。Digital image 数字图像 （l）表示景物图象的整数阵列；（2）一个二维或更高维的采样并量化的函数，它由相同维数的连续图像产生；（3）在矩形（或其他）网格上采样一连续函数，并在采样点上将值量化后的阵列。,专业单词课课学,Digital image processing 数字图像处理 对图像的数字化处理；由计算机对图片信息进行操作。
28、Gray level 灰度级 （1）和数字图像的像素相关连的值，它表示由该像素的原始景物点的亮度；（2）在某像素位置对图像的局部性质的数字化度量。Gray scale 灰度 在数字图像中所有可能灰度级的集合。Binary image 二值图像 只有两级灰度的数字图像（通常为0和1，黑和白）。Gray-scale image 灰度图像 没有彩色信息的数字图像。Color image 彩色图像。,专业单词课课学,Multi-spectral image 多光谱图像 同一景物的一组图像，每一个是由电磁谱的不同波段辐射产生的。Sampling 采样 （根据采样网格）将图像分为象素并测量其上局部特性（如亮度、颜色）的过程。Image-processing operation 图像处理运算 将输入图像变换为输出图像的一系列步骤。Pattern recognition 模式识别 自动或半自动地检测、度量、分类图像中的物体。Digital image processing system 数字图像处理系统 对输入作出响应，并生成输出。,专业单词课课学,
