数字图像处理第1章课件.ppt
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1、数字图像处理技术数字图像处理技术 高等学校教材高等学校教材计算机科学与技术计算机科学与技术龚声蓉龚声蓉 刘纯平刘纯平 王强王强 等编著等编著总总 目目 录录 第第1 1章章 绪论绪论 第第2 2章章 数字图像表示及其处理数字图像表示及其处理 第第3 3章章 图像增强图像增强 第第4 4章章 图像编码与压缩图像编码与压缩 第第5 5章章 图像复原图像复原 第第6 6章章 图像重建图像重建 第第7 7章章 图像分割技术图像分割技术 第第8 8章章 图像特征提取与分析图像特征提取与分析 第第9 9章章 图像匹配与识别图像匹配与识别 第第1010章章 基于基于MATLABMATLAB数字水印系统设计数
2、字水印系统设计 第第1111章章 车辆牌照识别系统设计车辆牌照识别系统设计 第第1章章 绪论绪论 1.1 数字图像处理的发展数字图像处理的发展1.2 数字图像处理的相关概念数字图像处理的相关概念 1.3 数字图像处理方法数字图像处理方法 1.4 数字图像处理的主要研究内容数字图像处理的主要研究内容1.5 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 图像是人类获取信息、表达信息和传递信息的图像是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。重要手段。据统计,在人类接受的信息中,图像等视觉信据统计,在人类接受的信息中,图像等视觉信息所占的比重达到息所占的比重达到75%75%。数字图像处理技术已经成
3、为信息科学、计算机数字图像处理技术已经成为信息科学、计算机科学、工程科学、地球科学等诸多方面的学者研究科学、工程科学、地球科学等诸多方面的学者研究图像的有效工具。图像的有效工具。1.1 数字图像处理的发展数字图像处理的发展数字图像处理起源于数字图像处理起源于2020世纪世纪2020年代。年代。当时,人们通过当时,人们通过BartlaneBartlane海底电缆图片传输系海底电缆图片传输系统,从伦敦到纽约传输了一幅经过数字压缩后的照统,从伦敦到纽约传输了一幅经过数字压缩后的照片,从而把传输时间从一周多减少到不到片,从而把传输时间从一周多减少到不到3 3小时。小时。为了传输图片,该系统首先在传输端
4、进行图像为了传输图片,该系统首先在传输端进行图像编码,然后在接收端用特殊打印设备重构该图片。编码,然后在接收端用特殊打印设备重构该图片。该应用已经包含了数字图像处理的知识,但还该应用已经包含了数字图像处理的知识,但还称不上真正意义的数字图像处理,因为它没有涉及称不上真正意义的数字图像处理,因为它没有涉及到计算机。到计算机。第一台可以执行有意义的图像处理任务的大第一台可以执行有意义的图像处理任务的大型计算机出现在型计算机出现在2020世纪世纪6060年代早期。年代早期。1964 1964年,位于加利福尼亚的美国喷气推进实验年,位于加利福尼亚的美国喷气推进实验室(室(JPLJPL实验室)处理了太空
5、船实验室)处理了太空船“徘徊者七号徘徊者七号”发回的月球照片,以校正航天器上电视摄像机发回的月球照片,以校正航天器上电视摄像机中的各种类型的图像畸变,标志着图像处理技中的各种类型的图像畸变,标志着图像处理技术开始得到实际应用。术开始得到实际应用。数字图像处理技术在数字图像处理技术在20世纪世纪60年代末和年代末和20世纪世纪70年代初开始用于医学图像、地年代初开始用于医学图像、地球遥感监测和天文学等领域。球遥感监测和天文学等领域。其后,军事、气象、医学等学科的发展其后,军事、气象、医学等学科的发展也推动了图像处理技术迅速发展。也推动了图像处理技术迅速发展。数字图像处理技术已经融入到科学研究数字
6、图像处理技术已经融入到科学研究的各个领域,成为工程学、计算机科学、的各个领域,成为工程学、计算机科学、信息科学、生物学以及医学等各学科之信息科学、生物学以及医学等各学科之间学习和研究的对象。间学习和研究的对象。1.2 数字图像处理的相关概念数字图像处理的相关概念1.2.1 数字图像及其组成要素数字图像及其组成要素 图像是对客观对象的一种相似性的、生图像是对客观对象的一种相似性的、生动的描述或表示。在其自然的形式下,动的描述或表示。在其自然的形式下,图像并不能直接由计算机进行分析。图像并不能直接由计算机进行分析。从人眼的视觉特点看,图像分为可见图像和不从人眼的视觉特点看,图像分为可见图像和不可见
7、图像。其中可见图像又包括生成图和光图可见图像。其中可见图像又包括生成图和光图像两类。像两类。图形侧重于根据给定的物体描述模型、光照及图形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,生成一幅图或像想象中的摄像机的成像几何,生成一幅图或像的过程。的过程。光图像侧重于用透镜、光栅和全息技术产生的光图像侧重于用透镜、光栅和全息技术产生的图像。通常所指的图像是后一类图像。图像。通常所指的图像是后一类图像。按波段多少,图像可分为单波段、多波段和按波段多少,图像可分为单波段、多波段和超波段图像。超波段图像。单波段图像在每个点只有一个亮度值。单波段图像在每个点只有一个亮度值。多光谱图像上每一
8、个点不止一个特性。多光谱图像上每一个点不止一个特性。例如红、绿、蓝三波段光谱图像或彩色图像例如红、绿、蓝三波段光谱图像或彩色图像在每个点具有红、绿、蓝三个亮度值,这三个在每个点具有红、绿、蓝三个亮度值,这三个值表示在不同光波段上的强度,人眼看来就是值表示在不同光波段上的强度,人眼看来就是不同的颜色。不同的颜色。按图像空间坐标和明暗程度的连续性可分为模按图像空间坐标和明暗程度的连续性可分为模拟图像和数字图像。拟图像和数字图像。模拟图像指空间坐标和明暗程度都是连续变化模拟图像指空间坐标和明暗程度都是连续变化的、计算机无法直接处理的图像。的、计算机无法直接处理的图像。数字图像是一种空间坐标和灰度均不
9、连续的、数字图像是一种空间坐标和灰度均不连续的、用离散的数字表示的图像。这样的图像才能被用离散的数字表示的图像。这样的图像才能被计算机处理。计算机处理。数字图像:数字图像:数字图像可以理解为图像的数字表示,是数字图像可以理解为图像的数字表示,是时间和空间的非连续函数时间和空间的非连续函数(信号信号),是为了,是为了便于计算机处理的一种图像表示形式。便于计算机处理的一种图像表示形式。它是由一系列离散单元经过量化后形成它是由一系列离散单元经过量化后形成的灰度值的集合,即像素的灰度值的集合,即像素(Pixel)的集合。的集合。1.2.2 图像处理图像处理 对图像进行一系列的操作以达到预期的目对图像进
10、行一系列的操作以达到预期的目的的技术称作图像处理。的的技术称作图像处理。图像处理可分为模拟图像处理和数字图像处理两种方式。图像处理可分为模拟图像处理和数字图像处理两种方式。利用光学、照相和电子学方法对模拟图像的处理称为利用光学、照相和电子学方法对模拟图像的处理称为模拟图像处理。目前,许多军用、宇航的处理仍采用模拟图像处理。目前,许多军用、宇航的处理仍采用光学模拟处理。光学模拟处理。利用计算机对数字图像进行系列操作,从而获得某种利用计算机对数字图像进行系列操作,从而获得某种预期结果的技术称为数字图像处理,又称计算机图像预期结果的技术称为数字图像处理,又称计算机图像处理。通常,也简称为图像处理。处
11、理。通常,也简称为图像处理。图像处理的内容相当丰富,包括狭义的图像处理、图图像处理的内容相当丰富,包括狭义的图像处理、图像分析与图像理解。像分析与图像理解。狭义的图像处理着重强调在图像之间进行的变换,狭义的图像处理着重强调在图像之间进行的变换,是是一个从图像到图像的过程,一个从图像到图像的过程,是比较低层的操作。是比较低层的操作。狭义的图像处理主要满足对图像进行各种加工,以改狭义的图像处理主要满足对图像进行各种加工,以改善图像的视觉效果,或对图像进行压缩编码以减少所善图像的视觉效果,或对图像进行压缩编码以减少所需存储空间或传输时间,达到传输通路的要求。需存储空间或传输时间,达到传输通路的要求。
12、特点:主要在像素级进行处理,处理的数据量非常大。特点:主要在像素级进行处理,处理的数据量非常大。1.2.3 图像分析图像分析 图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量,图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量,从而建立对图像的描述。从而建立对图像的描述。图像分析主要研究用自动或半自动装置和系统,从图图像分析主要研究用自动或半自动装置和系统,从图像中提取有用的测度、数据或信息,生成非图像的描像中提取有用的测度、数据或信息,生成非图像的描述或者表示。述或者表示。图像分析的内容分为特征提取、符号描述、目标检测、图像分析的内容分为特征提取、符号描述、目标检测、景物匹配和识别等几个部分。
13、景物匹配和识别等几个部分。特点:是一个从图像到数据的过程,可以看作是中层处特点:是一个从图像到数据的过程,可以看作是中层处理。理。1.2.4 图像理解图像理解图像理解是在图像分析的基础上,进一步研究图像理解是在图像分析的基础上,进一步研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系,图像中各目标的性质和它们之间的相互联系,并得出对图像内容含义的理解以及对原来客观并得出对图像内容含义的理解以及对原来客观场景的解释,从而指导和规划行动。图像理解场景的解释,从而指导和规划行动。图像理解有时也叫景物理解。有时也叫景物理解。图像理解主要是高层操作,其处理过程和方法图像理解主要是高层操作,其处理过程和方法与人类
14、的思维推理有许多类似之处。与人类的思维推理有许多类似之处。1.2.5 与相关学科的关系与相关学科的关系数字图像处理是一门新的交叉学科。它与数学、数字图像处理是一门新的交叉学科。它与数学、物理学、生理学、心理学、电子学、计算机科物理学、生理学、心理学、电子学、计算机科学等许多学科可以相互借鉴。学等许多学科可以相互借鉴。从它的研究范围来看,它与模式识别、计算机从它的研究范围来看,它与模式识别、计算机视觉、计算机图形学等多个专业又互相交叉。视觉、计算机图形学等多个专业又互相交叉。宏宏观观世世界界图像图像图像图像数据数据(人人)符号符号新技术新技术新理论新理论新工具新工具图像处理图像处理模式识别模式识
15、别图像分析图像分析计算机视觉计算机视觉计算机图形学计算机图形学图像理解图像理解图像理解图像理解(转换转换)图像处理与相关学科的联系和区别图像处理与相关学科的联系和区别1.3 数字图像处理方法数字图像处理方法数字图像的处理方法种类繁多,根据不同的分数字图像的处理方法种类繁多,根据不同的分类标准可以得到不向的分类结果。类标准可以得到不向的分类结果。根据对图像作用域的不同,数字图像处理方法根据对图像作用域的不同,数字图像处理方法大致可分为两大类,即:空域算法和变换域算大致可分为两大类,即:空域算法和变换域算法。法。1.3.1空域处理方法空域处理方法空域处理方法是指在空间域内直接对数字图像空域处理方法
16、是指在空间域内直接对数字图像进行处理。在处理时,既可以直接对图像各像进行处理。在处理时,既可以直接对图像各像素点进行灰度上的变换处理,也可以对图像进素点进行灰度上的变换处理,也可以对图像进行小区域模板的空域滤波等处理,以充分考虑行小区域模板的空域滤波等处理,以充分考虑像素邻域像素点对其的影响。像素邻域像素点对其的影响。空域处理法主要有两大类:空域处理法主要有两大类:(1)(1)邻域处理法邻域处理法 (2)(2)点处理法点处理法1.3.2 变换域处理方法变换域处理方法 变换域处理方法首先主要是通过傅立叶变换、变换域处理方法首先主要是通过傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换或是比较新的小波离散余弦
17、变换、沃尔什变换或是比较新的小波变换等变换算法,将图像从空间域变换到相应变换等变换算法,将图像从空间域变换到相应的变换域,得到变换域系数阵列,然后在变换的变换域,得到变换域系数阵列,然后在变换域中对图像进行处理,处理完成后再将图像从域中对图像进行处理,处理完成后再将图像从变换域反变换到空间域,得到处理结果。变换域反变换到空间域,得到处理结果。1.4 数字图像处理的主要研究内容数字图像处理的主要研究内容1.4.1 图像变换图像变换1.4.2 图像增强图像增强1.4.3 图像编码与压缩图像编码与压缩1.4.4 图像复原图像复原1.4.5 图像重建图像重建1.4.1 图像变换图像变换图像变换是图像处
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