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1、数字图像处理,主讲：姚新敏,第一章 导论,一、研究背景二、图像的概念三、图像处理的概念四、图像处理的内容,一、研究背景,地球数字化带来的任务，一方面要求处理对象的数字化，一方面要求处理时的直观性。数字的可视化与成像后的图像处理是保障直观性的基础。因此给我们带来了许多的研究课题和研究方向。,二、图像的概念,图像是对客观存在的物体的一种相似性的生动模仿或描述。是物体的一种不完全、不精确，但在某种意义上是适当的表示。,二、图像的概念 图像模型,物体,图像,数学函数,不可见的物理图像,可见的图像,光图像,照片、图、画,2维条码,二、图像的概念 96级毕业设计的照片,二、图像的概念 图、画,二、图像的概
2、念 二维条码,二、图像的概念 数学函数 分形（艺术）图,二、图像的概念 数学函数 分形（仿真）图,二、图像的概念 不可见图像,红外图像(美国攻打阿富汗),CT图像(肺与皮肤),三、图像处理的基本概念,数字图像处理机器视觉计算机图形学,三、数字图像处理,数字图像处理功能分类 将一幅图像变为另一幅经过加工的图像，是图像到图像的过程。将一幅图像转化为一种非图像的表示，如一个决策等。,三、数字图像处理 图像到图像,三、数字图像处理 图像到决策,这是一辆敞车,这是一辆罐车,机器视觉,机器视觉的目的是发展出能够理解自然景物的系统。在机器人领域中，计算机视觉为机器人提供眼睛的功能。目前，机器视觉领域的研究中
3、，一个主导方向是计算机测距等物理测量。,机器视觉 示例,需要一块三角形的积木,计算机图形学,用计算机将由概念所表示的物体（不是实物）图像进行处理和显示。侧重于根据给定的物体描述模型、光照及想象中的摄像机的成像几何，生成一幅图像。包括称之为“计算机艺术”的艺术创作。目前的一个主导研究方向是虚拟现实技术。,计算机图形学示例,计算机图形学示例 具有逼真感,计算机图形学示例 虚拟光照,四、图像处理的基本内容,图像处理的主要研究方向几个学生项目的介绍,4.1 图像处理的主要研究方向,图像的数字化图像增强与清晰化图像的几何畸变校正图像的融合图像的检索,图像的隐藏图像的编码图像的三维重建图像的识别图像的修补
4、,4.2 几个学生项目的介绍,火车识别系统二维条码身份证系统彩色CT系统印章真伪鉴别系统印刷缺陷检测系统视频与图像的大雾清晰化视频监视系统视频跟踪系统,作 业（共2题）,看一段视频游戏，或是一段电视新闻节目，写一篇短文来叙述数字图像技术如何应用于产生特殊视觉效果。请结合本次课程所举示例，谈谈你对数字图像处理的感性认识。,火车识别系统,系统概况：对开过来的一列货车，判别是否挂有棚车，如果有，棚车的车门是否关闭并上锁（铅封）,96毕业生的课题,目标：当目标经过检测点时可实时检测其装载状态,铅封,火车识别系统 铅封,火车识别系统 现场,安装现场,火车识别系统 光电开关,图像采集用的光电开关,tain
5、-tain in-tain,火车识别系统 硬件系统,图像采集并最终判断车门的开闭,火车识别系统 不同车型的特征分析,决策：是否棚车 车门状态,火车识别系统 车门状态判别,火车识别系统 车门的关闭状态,车门为关闭状态,火车识别系统 车门的打开状态,车门为开启状态,系统演示,二维条码身份证,系统概况：给身份证一种防伪的手段，要求伪造困难，识别可靠。还有一点就是实现方便，成本低。主要技术：二维条码的编码与解码 图像压缩，图像识别,2000级挑战杯课题,二维条码身份证 证件照片的获取,二维条码身份证 防伪认证,三维彩色CT技术,CT是目前使用非常广泛的医学影像技术，该技术可以很大程度地辅助医生进行科学
6、的手段。为了提高早期诊断率，影像的处理成为非常重要的课题。,2004年挑战杯课题,获2005年西安市大学生软件竞赛金奖，陕西省挑战杯二等奖，国家三等奖,三维彩色CT技术 多窗伪彩,多窗伪彩色增强,三维彩色CT技术 多器官三维成像,多器官三维成像,三维彩色CT技术 三维伪彩显示,单器官伪彩显示,多器官伪彩显示,三维彩色CT技术 观察角度的选择,面绘制与体绘制的结合,三维彩色CT技术 病历报表编辑与打印,病历编辑,打印预览,返回,印章的真伪鉴别,印章的真伪鉴别难点是：相同印章所加盖的印鉴是不同的；伪造技术高，导致逼真程度高；印鉴加盖在有底纹的凭单或文件上。,2004年挑战杯课题,获2005年西安市
7、大学生软件竞赛银奖，陕西省挑战杯一等奖,印章真伪鉴别系统 系统界面,印章真伪鉴别系统 适应不同的底纹,不同颜色的底纹和不同形状的印章,印章真伪鉴别系统 适应不同的盖印质量,不同的印鉴加盖质量,返回,印刷缺陷检测系统 自动分幅,：,自动分幅,印刷缺陷检测系统 色偏检测,色偏检测,印刷缺陷检测系统 刀丝检测,刀丝,刀丝检测,检测结果,印刷缺陷检测系统 印刷不实,标准,印刷不实检测,印刷缺陷系统 污点检测,污点检测,发丝与印刷疵点,印刷缺陷检测 污点与发丝检测实例,印刷缺陷检测 条码污损的检测,印刷缺陷检测 条码污损的检测,无缺损,有发丝,检测结果,印刷缺陷检测 汉字缺划的检测,印刷缺陷检测 汉字缺
8、划的检测,返回,大雾的清晰化,看一段原始视频能见度降低的原因:景物到镜头之间有许多悬浮的细小水珠颗粒，形成了一个半透明的膜；画面因这个覆盖的半透明膜而对比度降低，使得景物细节退化。,大雾的清晰化 大雾建模方法,处理方法1）去除大雾悬浮水珠膜的影响。,原图 清晰化处理结果,大雾的清晰化 增强对比度方法,处理方法2）增强画面对比度，提高能见度。,原图 局部块重叠的直方图均衡化,大雾的清晰化 视频清晰化,视频清晰化的问题:实时性的要求，需要算法简单，数据量小。核心算法为经典直方图均衡化方法问题：1）灰度级归并问题；2）减少数据量的问题。,大雾的清晰化 视频清晰化,直方图均衡化的过增强 细节恢复,大雾
9、的清晰化 视频清晰化,后续帧原图,相同点的复制增强,大雾的清晰化 视频清晰化,大雾的清晰化 视频清晰化,大雾清晰化系统演示,返回,视频监视 车流检测,车流量检测实际上是利用监视用的电子警察，获得当前时候，通过某个监视路段的车辆情况。,视频监视 车流检测,功能如下：背景提取；背景更新；目标车辆提取；目标车辆标识别；车流检测。,视频监视 车流检测中的背景提取,采用最大出现频度法进行提取背景。,视频监视 车流检测中的背景更新,视频监视 车流检测中的车辆提取,背景差 车辆预提取,车辆阴影部分 车辆提取结果,视频监视 车流检测中的车辆标识,视频监视 车流检测中的分区检测,系统演示,视频监视 停车场监视,
10、停车场监视系统要完成两个监视功能：车位的空满状态监视 车辆是否违章状态的监视,视频监视 停车场监视,视频监视 停车场监视的违章情况,视频监视 停车场监视的显示,视频监视 停车场监视的占位判断,视频监视 停车场监视的违章判断,返回,系统演示,视频跟踪 实验系统,监视目标,计算机,摄像头,云台,视频跟踪 系统控制框图,视频跟踪 目标位置概念,原图,目标位置,视频跟踪 动态跟踪效果,视频跟踪 人物跟踪,目标的跟踪 要求对所判定的目标可以进行快速的跟踪，要求镜头随目标的移动而跟踪移动。在目标特征发生变化时，仍旧可以锁定目标。,99级毕业设计课题,人物跟踪,返回,运动模糊图像的清晰化,散焦模糊图像的清晰
11、化,图像增强示意图,低照度下的景物清晰化,图像的几何畸变校正,图像的融合 变景深图像的拼接,图像的融合拼接效果比较,手工拼接效果,图像的融合远、近景聚焦融合,商标检索,基于单张侧面照片的虚拟三维人脸 小角度侧面,(a)小角度侧面照片(b)生成的三维虚拟人脸,基于单张侧面照片的虚拟三维人脸 大角度侧面,(a)大角度侧面照片(b)生成的三维虚拟人脸,基于单张侧面照片的虚拟三维人脸 大角度侧面,(a)大角度侧面照片(b)生成的三维虚拟人脸,基于两张正交照片的虚拟三维人脸,(a)侧面人脸(b)正面人脸(c)正面特征点调整(d)侧面特征点调整,基于两张正交照片的虚拟三维人脸,三维模型的多视角显示,肾组织切片图像的处理与识别,通过图像分割技术，获得肾小球区域的边界（闭合），最终对所提取出的肾小球内部的细胞核进行定性与定量分析,细菌自动检测分析,结果：单细菌个，聚团细菌个,可自动对显微镜下的细菌进行检测与统计，可以抵抗染色以及杂质的影响,照片划痕的修补,照片中特定物体的去除,图像的数字化示意图 采样,图像的数字化示意图 量化,图像压缩编码示例,真彩图 64色图 16色图256*256*3=196.6K 256*256*6/8+64=49.2K 混合编码=3.15K数据量 1:1 3.996:1 62.41:1,图像隐藏示例,
