1、第2页第1讲基础知识课课 程程 信信 息息u授课时间：授课时间：20152016第一学期217周u考核方式：考核方式：平时考勤10，作业实验40，期末考核50。第3页第1讲基础知识教教 材材图像工程（章毓晋） （第2版） 上册：图像处理上册：图像处理 中册：图像分析中册：图像分析 下册：图像理解第4页第1讲基础知识教教 材材第5页第1讲教教 材材第6页第1讲教教 材材第7页第1讲课课 程程 介介 绍绍uhttp:/ 第二部分：第二部分： 图像处理图像处理 图像分析图像分析1. 基础知识 5. 形态学图像处理2. 空域处理 6. 图像分割3. 频域处理 7. 表示与描述4. 彩色图像 8. 特征
2、提取 基础知识第9页第1讲第一部分第一部分 ：图像处理：图像处理1. 基础知识基础知识2. 空域处理空域处理3. 频域处理频域处理4. 彩色图像彩色图像基础知识第10页第1讲基础知识 图像图像是对客观存在的物体的一种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，但在某种意义一种不完全、不精确，但在某种意义上是适当的表示。上是适当的表示。图像的概念图像的概念第11页第1讲基础知识 数字图像数字图像是图像的数字表示，像是图像的数字表示，像素是其最小的单位。素是其最小的单位。 数字图像的描述有：数字图像的描述有： 1 1）无彩色图像）无彩
3、色图像 2 2）彩色图像）彩色图像数字图像数字图像第12页第1讲数字图像基础知识第13页第1讲基础知识数字图像处理（数字图像处理（Digital Digital Image ProcessingImage Processing）与与PhotoshopPhotoshop的区别？的区别？第14页第1讲基础知识 相关性比较强的研究领域相关性比较强的研究领域包括了包括了数字图像处理数字图像处理，计算计算机图形学机图形学，计算机视觉计算机视觉。图像处理几个相关研究领域图像处理几个相关研究领域第15页第1讲基础知识 1 1）将一幅图像变为另一幅经过加工）将一幅图像变为另一幅经过加工的图像，的图像，是图像到
4、图像的过程是图像到图像的过程。 2 2）将一幅图像转化为一种非图像）将一幅图像转化为一种非图像的表示，的表示，如一个决策如一个决策等。等。 数字图像处理数字图像处理第16页第1讲基础知识 用计算机将由概念所表示的物体（不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。中的摄像机的成像几何，生成一幅图像。 包括称之为包括称之为 “计算机艺术计算机艺术”的艺术的艺术创作创作。计算机图形学计算机图形学第17页第1讲基础知识 计算机计算机视觉视觉的
5、目的是发展出能的目的是发展出能够理解自然景物的系统。在机器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人领域中，计算机视觉为机器人提供眼睛的功能。提供眼睛的功能。计算机视觉计算机视觉第18页第1讲基础知识图像处理与分析操作示意图图像处理与分析操作示意图第19页第1讲基础知识图像处理与分析操作示意图图像处理与分析操作示意图第20页第1讲基础知识计算机图形学操作示意图计算机图形学操作示意图第21页第1讲基础知识计算机图形学示例计算机图形学示例 具有逼真感具有逼真感第22页第1讲基础知识计算机图形学示例计算机图形学示例 虚拟光照虚拟光照第23页第1讲基础知识计算机视觉操作示意图计算机视觉
6、操作示意图需要一块三角形的积木第24页第1讲基础知识1.1 图像基本概念图像基本概念1.1.1图像和数字图像图像和数字图像1.1.2图像图像的表达的表达 第25页第1讲基础知识1.1.1 图像和数字图像图像和数字图像图像：图像：用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。图像和信息：图像和信息：人类从外界（客观世界）获得的信息约有75%来自视觉系统。 第26页第1讲基础知识1.1.1 图像和数字图像图像和数字图像图像类型图像类型广义图片，动画，绘图，文字/档，.狭义单幅 序列图像，.静止 运动图像（视频），.2-D 3-D，彩色，光谱,
7、多视场图像，. 灰度 深度，纹理图像，. 第27页第1讲基础知识第28页第1讲基础知识1.1.2 图像的表达图像的表达图像表示图像表示2-D数组f (x, y)x ， y：2-D空间XY中坐标点的位置f：代表图像在(x, y)的性质F 的数值f，x，y 的值可以是任意实数性质F : 可对应不同物理量 灰度图像里用灰度表示 图像表达函数：辐射能量的空间分布 第29页第1讲基础知识1.1.2 图像的表达图像的表达第30页第1讲基础知识1.1.2 图像的表达图像的表达图像表示图像表示 矩阵矩阵 矢量 MNMMNNfffffffff212222111211FNfffF21NifffMiiii , 2,
8、 1,T21f第31页第1讲绪论1.1.2 图像的表达图像的表达第32页第1讲基础知识1.2 图像工程简介图像工程简介图像工程：图像工程：不同层次图像技术的有机结合及应用图像工程三层次：图像工程三层次：图像处理（图像 图像）图像分析（图像 数据）图像理解（图像 解释）第33页第1讲基础知识1.2 图像工程简介图像工程简介第34页第1讲基础知识1.2 图像工程简介图像工程简介第35页第1讲基础知识第36页第1讲基础知识 污染物非法排放监测污染物非法排放监测AABBCC油油污污和浮游和浮游物物排放排放污污水水第37页第1讲绪论第38页第1讲基础知识1.3 图像存储图像存储图像存储数据量度单位比特比
9、特（bit），），字节字节（byte = 8 bit）千字节（ K byte）兆（10 6）字节（M byte）吉（10 9）字节（G byte）太（10 12）字节（T byte）第39页第1讲基础知识1.3 图像存储格式（表示格式和文件格式）格式（表示格式和文件格式）(1) 矢量格式 用线段或线段的组合体来表示图像(2) 光栅格式 用许多图像点的集合来表示图像BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG 格式 第40页第1讲基础知识1.3.4 图像存储格式：格式：BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG 格式 第41页第1讲基础知识1.3.5 图像处理图像处理图像处理对图像的增强以
10、改善图像视觉质量；对退化图像的恢复以消除各种干扰的影响；根据对场景的多个投影来重建场景的图像；对图像进行编码以减少表达图像的数据量，从而有利于存储和传输；给图像加入数字水印以保护图像的所有权。 第42页第1讲基础知识第43页第1讲基础知识第44页第1讲基础知识第45页第1讲基础知识第46页第1讲基础知识第47页第1讲基础知识第48页第1讲基础知识第49页第1讲基础知识第50页第1讲绪论第51页第1讲图像采集2.1空间分辨率和幅度分辨率2.2图像质量与采样和量化2 2 图像的采样和量化图像的采样和量化第52页第1讲2 2 图像的采样和量化图像的采样和量化第53页第1讲图像采集u图像的表示方法图像
11、的表示方法黑白图像可用二维函数黑白图像可用二维函数f(x,y)表示，其中表示，其中x,y是平面的二维坐标，是平面的二维坐标，f(x,y)表示点表示点( (x,y) )的亮度值的亮度值( (灰度值灰度值) )。对模拟图像来讲，。对模拟图像来讲，f(x,y)显然是连续函数。显然是连续函数。第54页第1讲图像采集2 2 图像的采样和量化图像的采样和量化第55页第1讲图像采集图像阵列中每个元素都是离散值，称为像素(pixel)。) 1, 1()0 , 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()0 , 0(),(NNfNfNfNfffNfffyx
12、f像素采样间隔采样间隔第56页第1讲图像采集2.1 空间分辨率和幅度分辨率空间分辨率和幅度分辨率数字图像数字图像图像（水平）尺寸 M：图像（垂直）尺寸 N：像素灰度级数 G (k-bit)：图像所需的位数 b：mM2nN2kG2kNkNMb2) 1, 1() 1 , 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()0 , 0(),(MNfNfNfMfffMfffyxf第57页第1讲图像采集2.1 空间分辨率和幅度分辨率空间分辨率和幅度分辨率数字图像数字图像存储1幅32 32，16个灰度级的图需要 4,096 bit存储1幅128 128，64
13、个灰度级的图需要 98,304 bit存储1幅512 512，256个灰度级的图需要 2,097,152 bit kNkNMb2第58页第1讲图像采集2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化图像空间分辨率变化所产生的效果图像空间分辨率变化所产生的效果第59页第1讲图像采集2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化图像空间分辨率变化所产生的效果图像空间分辨率变化所产生的效果第60页第1讲图像采集2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化图像空间分辨率变化所产生的效果图像空间分辨率变化所产生的效果第61页第1讲图像采集2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化图像幅度分辨
14、率变化所产生的效果图像幅度分辨率变化所产生的效果第62页第1讲图像采集2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化图像幅度分辨率变化所产生的效果图像幅度分辨率变化所产生的效果第63页第1讲图像采集2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化图像幅度分辨率变化所产生的效果图像幅度分辨率变化所产生的效果第64页第1讲图像采集2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化空间和幅度分辨率同时变化所产生的效果空间和幅度分辨率同时变化所产生的效果第65页第1讲2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化第66页第1讲2.2 图像质量与采样和量化图像质量与采样和量化第67页第1讲像素空间关系
15、 -像素间联系像素间联系3 3 像素像素空间关系空间关系 第68页第1讲像素空间关系3.1 像素间联系像素间联系空间排列规律3.1.1 像素的邻域3.1.2像素间的邻接，连接和连通 3.1.3像素间的距离 第69页第1讲像素空间关系3.1 像素间联系像素间联系第70页第1讲像素空间关系3.1.1 像素的邻域像素的邻域像素的邻域像素的邻域4-邻域N4(p)： 对角邻域ND(p)：8-邻域N8(p)：prrsssrsrprrrrpssss第71页第1讲像素空间关系3.1.1 像素的邻域像素的邻域第72页第1讲像素空间关系3.1.1 像素的邻域像素的邻域第73页第1讲像素空间关系3.1.1 像素的邻
16、域像素的邻域第74页第1讲像素空间关系3.1.2 像素间的邻接，连接和连通像素间的邻接，连接和连通邻接邻接和连接和连接（adjacency, 邻接）vs. (connectivity, 连接)邻接仅考虑像素间的空间关系 两个像素是否连接：(1) 是否接触（邻接）(2) 灰度值是否满足某个特定的相似准 则（同在一个灰度值集合中取值）第75页第1讲像素空间关系3 3种连接种连接 (1) 4-连接：2个像素 p 和 r 在V 中取值且 r 在N4(p)中 (2) 8-连接：2个像素 p 和 r 在V 中取值且 r 在N8(p)中0111000000111000003.1.2 像素间的邻接，连接和连通
17、像素间的邻接，连接和连通第76页第1讲像素空间关系3 3种连接种连接 (3) m-连接（混合连接）：2个像素 p 和 r 在V 中取值且满足下列条件之一 r 在N4(p)中 r 在ND(p)中且集合N4(p)N4(r)是空集（这个集合是由 p 和 r 的在V中取值的4-连接像素组成的）3.1.2 像素间的邻接，连接和连通像素间的邻接，连接和连通第77页第1讲像素空间关系是是 m-连接连接 不是不是 m-连接连接 3.1.2 像素间的邻接，连接和连通像素间的邻接，连接和连通第78页第1讲像素空间关系3 3种连接种连接 混合连接的应用：消除8-连接可能产生的歧义性 原始图 8-连接 m-连接 3.
18、1.2 像素间的邻接，连接和连通像素间的邻接，连接和连通第79页第1讲像素空间关系连通连通连接是连通的一种特例通路通路由一系列依次连接的像素组成从具有坐标(x, y)的像素p到具有坐标(s, t)的像素q的一条通路，由一系列具有坐标(x0, y0)，(x1, y1)，(xn, yn)的独立像素组成。这里(x0, y0) = (x, y)，(xn, yn) = (s, t)，且(xi, yi)与(xi-1, yi-1)邻接，其中1 i n，n为通路长度 。 如果(x0, y0) = (xn, yn)，则该通路是闭合通路。3.1.2 像素间的邻接，连接和连通像素间的邻接，连接和连通第80页第1讲像
19、素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离距离量度函数距离量度函数3个像素p，q，r，分别具有坐标(x, y)，(s, t)，(u, v)，如果(1) 两个像素之间的距离总是正的(2) 距离与起终点的选择无关(3)最短距离是沿直线的，则称D是距离函数。)0),(qpqpD当且仅当),(),(pqDqpD),(),(),(rqDqpDrpD0),(qpD第81页第1讲像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离距离量度函数距离量度函数 (1) 欧氏（Euclidean）距离 (2) 城区（city-block）距离 (3) 棋盘（chessboard）距离2/1 22E)()(),(ty
20、sxqpD ),(4tysxqpD) , ( max),(8tysxqpD第82页第1讲u欧式距离像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离第83页第1讲u城市距离（D4距离）像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离第84页第1讲u棋盘距离（D8距离）像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离第85页第1讲像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离距离量度函数距离量度函数等距离轮廓等距离轮廓图案图案D4距离D8距离22122101221222222221112210122111222222第86页第1讲像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离城市距离（城市距离
21、（D D4 4距离）距离）第87页第1讲像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离棋盘距离（棋盘距离（D D8 8距离）距离）第88页第1讲像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离距离量度函数距离量度函数距离计算示例距离计算示例DE = 5 D4 = 7 D8 = 4第89页第1讲像素空间关系3.1.3 像素间的距离像素间的距离用距离定义邻域用距离定义邻域考虑在空间点 (xp, yp)的像素 p4-邻域N4(p)8-邻域N8(p)1),( )(44rpDrpN1),( )(88rpDrpN第90页第1讲作作 业业u复习本节所讲基础知识，理解参考教材中的相关内容。u实践用matlab简单的图像读入，像素提取等操作。u预习参考教材中空域图像增强的内容。
