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1、第四章 数字图像处理技术,北方民族大学电气信息工程学院,马宏兴,人类离不开图像，计算机图像技术渗透到各个科技领域，百闻不如一见。画面比文字更形象生动，人类70%以上信息来自视觉。,“One picture is worth more than ten thousand words”,学好图像处理能干什么？,图像处理在整个信号处理里面就业形势最好模式识别目前大部分都是基于图像的模式识别图像处理是计算机视觉和视频处理的基础医学图像是一个比较热门的方向图像处理对编程的要求较高，可以去软件公司主要大公司：图像和视频搜索：微软、google、yahoo和百度医学图像：Simens、GE、飞利浦和柯达所有
2、与图像（静止或者运动图像）有关的公司都是选择。比如数码相机、显微镜成像、超声成像、工业机器人控制、显示器、电视、遥感等等,什么是数字图像?,将一幅二维的图像通过有限个离散点来表示就成为了数字图像，其中的每个点称为图像元素，即像素。,像素值往往用来表示像素的灰度级、颜色、高度值、透明度等等。,什么是数字图像?,注意：“digitization”表示数字图像是现实中图像的近似值。在图像处理软件中，使用放大工具，对图像的局部进行观察时。,什么是数字图像?,一般的，图像格式包括:每像素1个样值(B&W or Grayscale)每像素3个样值(Red,Green,and Blue)每像素4个样值(Re
3、d,Green,Blue,and“Alpha”,a.k.a.Opacity),什么是数字图像?,如何获取数字图像？,图像感知的要素:“场景”+“照射光源”+获取图像的传感器“场景”“照射光源”获取图像的传感器,(1)单个传感器获取图像(类似电视显示图像的逆过程)(2)用带状传感器获取图像(最典型的是现在广泛使用的扫描仪)(3)用传感器阵列获取图像(最典型的是照相机),图像数字化关键技术采样,图像数字化关键技术量化,图像数字化关键技术量化,图像数字化关键技术编码,数字系统只能识别0和1，怎样才能表示更多的数码、符号和字母呢？用编码可以解决此问题。用文字、符号或数码表示特定对象的过程称为编码。在数
4、字电路中用二进制代码表示有关的信号称为二进制编码。例如：用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。这一定位数的二进制数就称为代码。对于N个信息，要用几位的二进制数才能满足编码呢？2n N,使用编码技术可以大大减少数字电路系统中信号传输线的条数，同时便于信号的接收和处理。例如：一个由8个开关组成的键盘，直接接入：需要8条信号传输线；编码器：只需要3条数据线。（每组输入状态对应一组3位二进制代码）,图像数字化关键技术编码,熵编码Huffman编码，算术编码，游程编码变换编码K-L，DCT，子带编码预测编码与帧间压缩方法预测编码机理运动估值与运动补偿小波变换编码小波变换在图像压
5、缩编码中的应用基于区域和对象的编码形状编码，纹理编码，基于对象的分析综合编码分级视频编码分形编码,根据实施编码所在的数据域划分空间域编码变换域编码其它编码方法,空间编码：PCM编码DPCM编码Delta调制行程编码帧间编码等值线编码,变换域编码：K-L变换编码DCT变换编码子带编码自适应变换域编码其它变换编码,其它方法：矢量量化自适应矢量量化基于模型的编码视频网络编码分形编码小波编码混合编码,图像数字化关键技术编码,图像编码示例-DCT变换,DCT变换的应用：JPEG,DCT变换的应用：JPEG,数字图像表示,数字图像的数字表示是矩阵:MxN digital images in compact
6、 matrix formImage element，picture element，pixel，or pelSometimes we use traditional matrix notation to denote a digital image and its elements,数字图像表示,图像的数字化的参数及数据量计算,图像数字化的参数:采样参数(空间分辨率):图像的长M和宽N 量化参数(灰度级，灰度级分辨率):数字图像的数据量计算(单位:bit):,数字图像的存储,数字图像处理的两个主要任务：如何利用计算机来改进图像的品质以便于人类视觉分析；对图像数据进行存储、传输和表示，便于计算机
7、自动化处理。图像处理的范畴是一个受争论的话题，因此也产生了其他的领域比如图像分析和计算机视觉等等。图像处理和计算机图形学的结合日益紧密，后者长期受到计算机游戏的推动,数字图像处理,数字图像处理的历史,20世纪20年代:最早的应用之一是报纸业Bartlane 电缆图片传输系统；通过海底电缆将图像从伦敦传往纽约；为了使用电缆传输，图像需要首先编码，并在接收端通过电报打印机进行重构。,早期的数字图像,数字图像处理的历史,20世纪20年代中期到末期:改进Bartlane 系统后，图像质量得到了提高打印过程采用了新的光学还原技术增加了图像的灰度等级,改进后的数字图像,早期15级色调的数字图像,数字图像处
8、理的历史,20世纪60年代:由于信息技术的快速发展，出现了一批数字图像处理1964:“旅行者7号”拍摄的图像通过计算机进行处理并提高了图像质量；此技术也在阿波罗载人登月飞行等空间探测器中得到应用。,由“旅行者7号”登陆前拍摄的图像,数字图像处理的历史,20世纪70年代:数字图像处理开始应用于医学领域1979:Godfrey N.Hounsfield先生以及Allan M.Cormack 教授由于发明了“断层（CT）技术”，共同获得了诺贝尔医学奖，其背后的思想是计算机轴向断层技术(Computerised Axial Tomography(CAT),数字图像处理的历史,20世纪70年代末:随着人
9、工智能的兴起和发展，开始计算机视觉的研究，由2D图象中获取3D空间信息,数字图像处理的历史,20世纪80年代至今：数字图像处理技术呈爆炸性发展，如今已在大量领域担负着大量的工作：图像增强/恢复艺术级效果医学可视化工业检验法律执行人机交互,举例：图像增强,DIP技术最常见的用处是：提高质量，消除噪音等等,举例：Hubble 望远镜,1990年发射的“哈勃”号太空望远镜能够拍摄超远距离的物体，但是由于镜子出现误差，拍摄到的图像就失去了价值，而借助于图像处理技术便可以修复。,举例：艺术效果,艺术效果是指通过特效或者图像合成等方法，使得图像具有更强的视觉效果。,举例：医学,通过MRI（核磁共振）扫描到
10、的犬类心脏切片，我们可以找出其中各种组织的边界线:灰度图表示组织密度使用合适的滤波器来增强边缘,取自狗心脏的原始MRI图像,边缘检测图像,举例：GIS,地理信息系统（Geographic Information Systems，GIS)，数字图像处理技术广泛用于：气象学地形分类操作卫星图像,举例：GIS,全球夜间灯光数据集可以提供全球人类居住区的汇总情况。不难想象这些数据需要进行分析和处理。,从图像可以看出用电量区别，也基本可以看出贫富区别。,举例：GIS,遥感图像：农业普查；森林覆盖计算；水利工程等的客观估计计算；森林火灾监护客观反映火灾情况、面积,举例：工业检验,操作人员需要花费大量的精力
11、，却又慢又不可靠；使用机器代替；工业可视化系统广泛应用于各类产业,举例：印刷电路板检测,印刷电路板检测(Printed Circuit Board inspection,PCB)使用机器检测零件是否完整以及焊接是否合格常规成像和X光成像相结合,举例：法律执行,图像处理技术被法律执行者广泛采用高速相机或者自动收费系统用于牌照识别指纹识别闭路电视(Close Circuit Television,CCTV)中图像的增强,举例：HCI,使得人机交互（Human Computer Interaction）变得更加自然面部识别手势识别,数字图像处理的关键步骤,数字图像处理的关键步骤：图像采集,数字图像处理的关键步骤：图像增强,数字图像处理的关键步骤：图像复原,数字图像处理的关键步骤：形态学处理,数字图像处理的关键步骤：分割,数字图像处理的关键步骤：对象识别,数字图像处理的关键步骤：表示&描述,数字图像处理的关键步骤：图像压缩,数字图像处理的关键步骤：彩色图像处理,数字图像的未来,图像处理的发展朝着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化方向发展。围绕着HDTV（高清晰度电视）的研制将开展实时图像处理的理论及技术研究图像、图形相结合朝着三维成像或多维成像的方向发展硬件芯片研究新理论与新算法研究,作业,模拟图像数字化的关键步骤有哪些？数字图像处理的关键步骤有哪些？,
