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1、数数 字字 图图 像像 处处 理理第一章第一章 绪绪 论论参考书 R.C.Gonzalez,Digital Image Processing (数字图像处理 阮秋琦译)K.R.Castleman,Digital Image Processing （数字图像处理，朱志刚等译）阮秋琦，数字图像处理学主要内容数字图像处理的概念图像处理的起源图像处理技术分类数字图像处理系统组成数字图像处理主要内容数字图像处理应用数字图像处理发展方向 数字图像处理的概念人类获取信息的重要来源：视觉 60%；听觉 20%；其他 20%人类视觉的延伸 X射线可见光红外微波；声成像 数字图像处理的概念什么是图像？数字图像处理
2、的概念照片数字图像处理的概念图、画二维条码数字图像处理的概念数学函数（分形）图数字图像处理的概念数学函数（仿真）图数字图像处理的概念红外图像(美国攻打阿富汗)CT图像(肺与皮肤)不可见图像数字图像处理的概念数字图像是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。将物理图像行列划分后，每个小块区域称为像素（pixel）。每个像素包括两个属性：位置和亮度（或色彩）。对灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值（即灰度值）来表示，通常数值范围在0到255之间，即可用一个字节来表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度级别。什么是数字图像什么是数字图像数字图像处理的概念数字图像处理的概念 数字图像的特点数字图
3、像的特点信息量大（计算量大，实时性难度大）冗余性（象素间相关性大图像压缩的前提）频带宽视觉效果的主观性大 数字图像处理的概念 由于数字图像处理是多学科交叉领域，因此充斥着相互矛盾和不准确的定义。数字图像处理：是指将一幅图像转变为另一幅图像。数字图像分析：是指将一幅图像转换为一种非图像的表示。但数字图像处理通常又包括数字图像分析。计算机图形学：用计算机将由概念或数学描述所表示的物体图像（非实物）进行处理和显示的过程。如机械图、建筑图等，动画、虚拟现实等（可视化）。计算机视觉：基于图像的测量技术；用计算机技术发展能够理解自然景物的视觉系统。（输出是参数或者描述）数字图像处理术语数字图像处理术语图像
4、处理的起源最早应用于20世纪20年代，报纸业 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。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。1929年从伦敦到纽约15级色调通过电缆传递照片。从早期5级灰度到15级灰度。现在的网络、移动通信再次历经这个过程。图像处理的起源数字图像处理作为一门学科追溯到60年代，1964年美国喷气推进实验室利用计算机对“徘徊者7号”太空船送回的四千多张月球照片进行了处理。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分钟摄取的图像。图像处理的起源 60年代末，数字图象处理
5、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。图像处理技术分类模拟图像处理：光学、电信号处理，包括光学透镜处理、照相、广播电视等优点处理速度快，一般是实时处理缺点精度低，抗干扰性差，灵活性差，没有对图像的理解能力和非线性处理能力，不易保存 数字图像处理：采用数字计算机对数字化形式的图像进行处理优点精度高，处理内容丰富，处理手段灵活缺点计算量大，速度慢，且保持静止图像处理技术分类 数字图
6、像处理功能分类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。（面向人）将一幅图像转化为一种非图像的表示，如一个决策等。（面向机器）数字图像处理系统组成 数字图像处理系统由图像数字化设备、图像处理计算机和图像输出设备组成。图像数字化设备：扫描仪、数码相机、摄象机与图像采集卡等 图像处理计算机：PC、工作站等（通常将存储设备也包括在内）图像输出设备：打印机、绘图仪等数字图像处理系统组成图像传感器特殊图像处理硬件计算机大规模存储图像显示图像处理软件硬拷贝问题域网络数字图像处理内容图像增强去除干扰；突出主要特征；提高图像对比度。包括平滑（去噪）与锐化技术图像复原将降质图
7、像（畸变、模糊）恢复到原真实图像（逆问题，需要降质模型）图像压缩编码（图像传输与存储需要）图像分析包括特征提取、图像分割、图像描述、图像理解（模式识别）图像重建由多幅二维图像恢复物体的三维结构图像变换（数学方法）离散付氏变换、余弦变换、沃尔什（哈达玛）变换、K-L变换、小波变换等数字图像处理应用航天及遥感月球图像火星图像数字图像处理应用飓风的多光谱图像西藏东南山区雷达图像数字图像处理应用美洲的红外线图像数字图像处理应用工业检测电路板；封装丸剂；瓶装液体；塑料中气泡；谷物；目镜搀杂物数字图像处理应用网 裂龟 裂公路损害检测公路损害检测数字图像处理应用医疗诊断胸部胸部X X射线成像射线成像血管造影
8、图像血管造影图像头部头部CTCT图像图像数字图像处理应用超声波成像的例子超声波成像的例子不同角度的胎不同角度的胎儿成像儿成像甲状腺；受损甲状腺；受损肌肉层肌肉层数字图像处理应用多器官伪彩显示多器官伪彩显示三维彩色三维彩色CTCT技术技术数字图像处理应用（观察角度变化）（观察角度变化）数字图像处理应用生物个体特征识别人脸人脸脸部热量图脸部热量图指纹指纹几种常见的生物个体特征几种常见的生物个体特征数字图像处理应用手形手形手部血管手部血管分布分布 虹膜虹膜视网膜视网膜 签名签名 声音声音数字图像处理应用军事侦察、高精度制导（夜视红外传感；智能火炮/图像制导视频跟踪；毫米波成像）数字图像处理应用视频跟
9、踪示例视频跟踪示例监视目标监视目标计算机计算机摄摄像像头头云台云台数字图像处理应用通讯（图像压缩编码；可视电话）其它 数字水印技术数字水印技术指在数字化的数据内容中嵌入不明显的记号。被嵌入的记号通常是不可见或不可察的，但是通过一些计算操作可以被检测或者被提取。水印与源数据（如图象、音频、视频数据）紧密结合并隐藏其中，成为源数据不可分离的一部分，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而保存下来。数字图像处理应用 原始图像 加入水印后的图像 水印数字图像处理应用 基于内容的图像检索基于内容的图像检索在海量图像（视频）数据库中，仅根据样本图像的内容，完成查询和检索。样本图像样本图像数字图
10、像处理应用系统界面示例系统界面示例数字图像处理应用 基于视频的车辆检测基于视频的车辆检测利用道路监视用的视频设备，获得当前时候通过某个监视路段的车辆情况（车流量、车型及跟踪）。背景提取背景提取数字图像处理应用判断当前帧目标物的判断当前帧目标物的点和非目标物的点点和非目标物的点对非目标物对非目标物的点进行更新的点进行更新背景更新背景更新数字图像处理应用 背景差 车辆预提取 车辆阴影部分 车辆提取结果车辆提取车辆提取数字图像处理应用对目标物进行贴标签车辆标识车辆标识数字图像处理应用车辆跟踪车辆跟踪进入区进入区跟踪区跟踪区检测线检测线离开区离开区数字图像处理技术发展方向 速度（并行计算，硬件实现，实时性）存储交互（人机界面）高分辨率（多传感器融合+超分辨复原）多波段（传感技术更丰富）网络化（与多媒体技术结合）智能化（图像理解，机器视觉等）标准化理论体系（新的数学方法，新的理论方法）多学科交叉（人工智能，视觉生理/心理，等）
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