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1、1,Digital Image Processing,图形图像处理基础,贾棋大连理工大学 软件学院,2,学习目的,课程特点,参考书目,考核办法,3,学习目的,在全面了解数字图像处理技术的历史、现状与发展趋势的基础上，系统掌握从事数字图形处理工作的理论、方法、技术，具备在数字图像处理系统应用、开发或科研方面的实际技能，从而胜任数字图像处理以及其它信号处理系统的应用与开发方面的工作。,4,课程特点,数字图像处理研究内容和方法涉及许多学科如数学、物理学、计算机科学、电子学、心理学等，并且与人工智能、模式识别和计算机视觉等学科密切相关。应用数学知识较多，用数学工具分析物理概念；常用数学工具：高等数学：
2、微分、积分(定积分、无穷积分、变上限积分）、微分方程等概率：均值方差、随机变量的密度函数、相关函数等线性代数：矩阵、特征值特征向量等等,5,考核办法,总共学时:32(2个月)成绩：平时成绩*30%+期末成绩*70%联系方式：E-mail:Tel:87571636,6,参考书目,数字图像处理原理 吴国平主编 中国地质大学出版社冈萨雷斯数字图像处理(第二版)，Rafael C.Gonzalez，2005 电子工业出版社图象工程（上册）图象处理和分析 章毓晋编著 清华大学出版社,7,1 什么是图像2 图像分类 3 数字图像处理4 小结,绪论部分内容提要,8,图像 image(picture,grap
3、h)“图”是物体投射或反射光的分布。“像”是人的视觉系统对图的接受在大脑中形成的印像或反映。图像是客观和主观的结合。,1 什么是图像,9,1 什么是图像2 图像分类 3 数字图像处理4 小结,内容提要,10,2 图像分类,(1)从电磁波辐射角度电磁波：可以看作以各种波长传播的正弦波，或是粒子流，每个粒子包含一定的能量，每束能量被称为一个光子。按光子的能量(或波长)绘制的光谱，如下：可见光源成像：可见光图像不可见光源成像：X射线图像、紫外线图像、伽马射线图像等。,11,伽马射线成像：伽马射线爆发能在任何地方从毫秒到一分钟或更多释放出和太阳在其100亿年生命期间相同的能量。2009年3月美国宇航局
4、Swift卫星捕捉到牧夫星座一个编号为080319B的恒星，该恒星距离地球约75亿光年，此次爆发比迄今有记录的超新星爆炸还要强烈250万倍。,原子核衰变和核反应均可产生射线。核爆炸（比如原子弹、氢弹的爆炸）的杀伤力量由四个因素构成：冲击波、光辐射、放射性沾染和贯穿辐射。其中贯穿辐射则主要由强射线和中子流组成。,12,“伽玛刀”名为“刀”，但实际上并不是真正的手术刀，它是一个布满直准器的半球形头盔，头盔内能射出201条钴60高剂量的离子射线-伽玛射线。它经过CT和磁共振等现代影像技术精确地定位于某一部位，我们称之为“靶点”。它的定位极准确，误差常小于0.5毫米；每条伽玛射线剂量梯度极大，对组织几
5、乎没有损伤。但201条射线从不同位置聚集在一起可致死*地摧毁靶点组织。它因功能尤如一把手术刀而得名，有无创伤、不需要全麻、不开刀、不出血和无感染等优点。,13,X射线成像,英国摄影师Nick Veasey 用X射线照相机拍摄的作品。,14,15,2005年6月27日伊始，美国国家航空航天局用紫外线成像望远镜历时六天捕捉到太阳的照片。Real!,紫外线成像,16,红外线成像红外摄影所成的红外像利用了景物反射的近红外线，体现了景物的几何形状；热像仪对人体成的热图，是利用人体自身热辐射获得的表示人体表面温度分布的图像。虽然在肉眼看来病态的植物和健康的植物都为绿色，文件涂改前后的墨迹也没什么区别，但它
6、们对红外线的反射强弱不同，成的红外像就有明显的差异。因此，它常用于刑侦、国土资源调查、环保等领域。,17,18,微波成像微波成像非常适合对生物组织成像 雷达波能穿过云层 大气层、植被、冰层、干燥的沙漠等，可探测地球表面不可接近的地区。,雷达图像：西藏东南山区航拍,19,单光谱图像多光谱图像：多用于遥感可见光+红外线,20,其他,声波图像：声波、超声波地质、医疗,21,电子显微镜图像：能放大到10000倍电子显微镜的成像原理为用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构有非常高的放大倍数。,氧化的集成电路,烧坏的钨丝,22,计算机模型生成的图像几何模型、数学公式等。,23,模拟图像(A
7、nalog Image)或连续图像：一个以连续形式存储的数据。胶片是这种图像记录和显示的载体。数字图像(Digital Image)：由数字化设备或模拟图像数字化或离散化得到的。基本单位是像素(Pixel)：构成影像的最小单位.,(2)从存储方式来分,24,1 什么是图像2 图像分类 3 数字图像处理4 小结,内容提要,25,3 数字图像处理,(1)为什么要处理图像 对人们解释图像信息的某种改善 用于自动机器识别的景物处理 构造人类视觉系统不能观察到的事物 为了达到某种目的而进行处理，如传送、储存等,26,(2)数字图像处理的主要内容几何处理：坐标变换、放大缩小旋转，多个图像配准，畸变校正等算
8、术处理 加减乘除，针对像素，医疗图像减影图像变换：利用变换技术将图像由空域变换到频域中处理。图像增强和复原：突出感兴趣信息，提高图像质量(去除噪声、提高图像的清晰度)。图像的分割：提取出感兴趣的对像。为进一步的理解和识别做准备。图像编码压缩：减少描述图像的数据量，以便节省图像传输、处理时间、减少存储空间。图像的理解和识别：判决分类。,27,(3)主要应用领域航天航空：各类星球表面的照片、遥感照片的处理生物医学工程：各类病毒、细胞、染色体的照片通讯领域：各类图像的传送、多媒体技术工业：探伤、测温、分类、金相、探矿、印染农业：估产、农产品分类、农产品检测、灾害预报军事公安：侦察、识别、痕迹复原文化
9、艺术：广告、多媒体、娱乐、教育日常生活：电视电话、艺术摄影、居家设计社会生活：电子警察、要害部门监控,28,由核磁共振照片合成的头颅,29,图片渲染艺术,30,指纹特征识别,31,图像拼接,32,表面建模和纹理映射,33,提取和融合,1.提取源图像前景层2.与目标图像进行色调融合,34,35,36,37,图像无损缩放,38,39,40,41,42,设计,43,什么是图像纹理修补？,含义：对图像中缺失信息的区域进行填充或用不同信息代换。纹理修补 _,44,修补方法分类,第一个分支来源于古籍、古画等文物保护和破损修复的应用，是一种对受损图像进行修复的技术。第二个分支主要用来修改图片中大面积的纹理区
10、域。,45,图像修补,46,地形渲染,能够随视角变换，进行快速渲染的地形模型,47,地形,48,原理,采用二元三角树结构的方法，称为ROAM（实时优化自适应网格）。这里每一个小片（PATCH）都是一个单独的正二等边三角形，从它的顶点到对面斜边的中点分割三角形为两个新的正等边三角形，分割是递归进行的可以被子三角形重复直到达到希望的细节等级。,49,强制分裂,50,(4)存在问题 随着图像分辨率的提高，需要处理信息量加大。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。图像占用的存储空间计算：XY像素占用字节 黑白图像每个点需要1bit.彩色图像每个点需要3Byte,4Byte(R,G,B,A)1G=
11、1024M，1M=1024KB,1KB=1024Byte,1Byte=8bit 1024768 3Byte图像占用空间：10247683 2304 KB 2.25M 192010803 5.9 M jpeg 压缩10-20倍,51,数字图像占用的频带较宽。如电视图像的带宽约5.6MHz，而语音带宽仅为4kHz左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，成本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。电影：90分钟 1秒钟24帧？VCD：3522883=0.29M 36G DVD：7205763=1.18M 149G HDTV：192010803=5.9 M 746G
12、,52,由于图像是三维景物的二维投影，一幅图象本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的。因此，要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量。,全息图像,53,数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以及知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。,54,主要学术会议 Int.Conf.on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR);Int.Conf.on Computer Vis
13、ion(ICCV);European Conf.on Computer Vision(ECCV);Asian Conf.on Computer Vision(ACCV);Int.Conf.on Pattern Recognition(ICPR);主要学术期刊 Int.J on Computer Vision(IJCV)IEEE Trans.on Pattern Analysis and Machine Intelligence(PAMI)IEEE Trans.on Image Processing Pattern Recognition Image and Vision Computing Pattern Recognition Letter,如何了解最新进展？,55,5.小结,思考 1.结合工作和日常生活，谈谈数字图像处理的其他应用。2.结合本课程的学习内容，找一个你感兴趣的图像研究算法并阅读相关文章。,
