1、第十二章 图像信息处理 及应用 电子信息技术导论电子信息技术导论编制编制 曹汉强曹汉强 提纲提纲一、图像信息处理基础知识一、图像信息处理基础知识二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 小结小结第十二章第十二章 图像信息处理及应用图像信息处理及应用 一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识图像和数字图像图像和数字图像 1 1.1.图像图像 图像处理广泛应用在科学研究、机图像处理广泛应用在科学研究、机器人视觉、宇宙探测和国防科技等方面，器人视觉、宇宙探测和国防科技等方面，成为了信息处理的一个重要的学科分支。成为了信息处理的一个重要的学
2、科分支。图像是人们获取信息的主要来源。图像是人们获取信息的主要来源。人类主要通过眼人类主要通过眼睛观察外部世界，据统计，睛观察外部世界，据统计，在人类获取的信息中，视觉在人类获取的信息中，视觉信息约占信息约占70%70%。左边是嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像。左边是嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像。右边是第一幅月面图像的飞行效果图。右边是第一幅月面图像的飞行效果图。第一幅月面图像就是我们对月球的直观感受和初步认识。第一幅月面图像就是我们对月球的直观感受和初步认识。一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识绘图绘图照片照片视频图像视频图像电视电影电视电影图像的多种形式图像的多种形式一、
3、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识图像是客观图像是客观景物（万事景物（万事万物）呈现万物）呈现在人心目中在人心目中的影象。的影象。图像是物件图像是物件或事物的一或事物的一种表示、写种表示、写真或临摹，真或临摹，是一个生动是一个生动的或图形化的或图形化的描述。的描述。“图图”是物体投是物体投射或反射光的射或反射光的分布；分布；“像像”是人的视觉系是人的视觉系统对统对“图图”在在大脑中形成的大脑中形成的印象或反映。印象或反映。韦氏定义韦氏定义抽象的抽象的定义定义分离分离定义定义 图像是客图像是客观世界能观世界能量或状态量或状态以可视化以可视化形式在二形式在二维平面上维平面上的投影的投影
4、 图像的各种定义：图像的各种定义：能量的能量的定义定义一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识 2.2.数字图像（数字图像（ImageImage ）把连续空间的图像，在坐标空间和性质空间都进行离把连续空间的图像，在坐标空间和性质空间都进行离散化，便于计算机进行加工处理，这种离散化的图像就是散化，便于计算机进行加工处理，这种离散化的图像就是数字图像。数字图像。相对于数字图像，其它的图像都认为是模拟图像。相对于数字图像，其它的图像都认为是模拟图像。数字图像是模拟图像在计算机中的表现形式，两者之数字图像是模拟图像在计算机中的表现形式，两者之间可以转换。例如：间可以转换。例如：模拟模拟图像图
5、像数字数字图像图像数字数字图像图像模拟模拟图像图像扫描仪扫描仪打印机打印机一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识数字图像与模拟图像相比，有以下几个方面的特点：数字图像与模拟图像相比，有以下几个方面的特点：灵活性方面。对模拟图像处理，只能进行简单的放大、灵活性方面。对模拟图像处理，只能进行简单的放大、缩小等，而数字图像的处理方式非常精确、灵活缩小等，而数字图像的处理方式非常精确、灵活,可以进行变可以进行变形、改变亮度、色度、添加滤镜等效果。形、改变亮度、色度、添加滤镜等效果。传输性方面。模拟图像以实物为载体，传输相对困难，传输性方面。模拟图像以实物为载体，传输相对困难，而数字图像以数
6、字信息为载体，传输相对较快。而数字图像以数字信息为载体，传输相对较快。再现性方面。模拟图像不易保存，时间长了会有所变化；再现性方面。模拟图像不易保存，时间长了会有所变化；而数字图像不会因为保存、传输或复制而产生图像质量上的变而数字图像不会因为保存、传输或复制而产生图像质量上的变化。化。观看性方面。数字图像必须借助播放设备才能观看。有观看性方面。数字图像必须借助播放设备才能观看。有些模拟图像需要借助播放设备才能观看，如录像带、电影片等；些模拟图像需要借助播放设备才能观看，如录像带、电影片等；有些不需要借助播放设备就能直接观看，如课本上的图像、照有些不需要借助播放设备就能直接观看，如课本上的图像、
7、照片等，能直接观看。片等，能直接观看。一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识通用数字图像处理系统通用数字图像处理系统2 “嫦娥一号嫦娥一号”第一幅月面图像处理的过程如下：第一幅月面图像处理的过程如下：（图像获取）（图像获取）（图像传输）（图像传输）1.1.卫星数字图像处理过程卫星数字图像处理过程 一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识 2.2.数字图像处理系统数字图像处理系统 图像处理系统的构成示意图图像处理系统的构成示意图 一个通用的图像处理系统构成，主要分为采集、显示、一个通用的图像处理系统构成，主要分为采集、显示、存储、通信、处理和分析存储、通信、处理和分析5 5
8、个模块。个模块。一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识 图像采集模块图像采集模块 常见的图像采集的设备如数码摄像机、数码相机、扫描仪、常见的图像采集的设备如数码摄像机、数码相机、扫描仪、采集卡、摄像头、遥感仪、采集卡、摄像头、遥感仪、CTCT机等。机等。扫描仪扫描仪采集卡采集卡摄像头摄像头CT机机一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识 图像显示模块图像显示模块 常见的图像显示的设备有显示器（包括常见的图像显示的设备有显示器（包括CRTCRT和和LCDLCD）、打印）、打印机、绘图仪、显卡、胶片记录仪等。机、绘图仪、显卡、胶片记录仪等。打印机打印机显卡显卡绘图仪绘图仪一、
9、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识 图像存储模块图像存储模块 常见的图像存储的设备有磁盘、硬软盘、磁带、光盘等常见的图像存储的设备有磁盘、硬软盘、磁带、光盘等,还有现在用于数码相机和手机的存储卡，包括还有现在用于数码相机和手机的存储卡，包括CFCF卡、卡、SDSD卡、卡、MMCMMC卡、卡、TFTF卡等。卡等。图像数据量庞大，除了大容量磁盘外，图像数据量庞大，除了大容量磁盘外，MO(MO(磁光存储器磁光存储器)、CDCD、DVDDVD等光学存储装置以及等光学存储装置以及SANSAN、NASNAS等网络存储系统，为等网络存储系统，为存储海量图像数据提供了极好的支持。存储海量图像数据提
10、供了极好的支持。磁带磁带CF卡卡NAS/SAN网络存储设备网络存储设备 一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识 图像通信模块：图像通信模块：图像通信可分为近程的和远程的。图像通信可分为近程的和远程的。近程图像通信是指在不同设备间交换图像数据，例如近程图像通信是指在不同设备间交换图像数据，例如u u盘与计盘与计算机之间交换。算机之间交换。远程图像通信是指在长距离的图像系统间传输图像，主要远程图像通信是指在长距离的图像系统间传输图像，主要是网络上传输，网络带宽问题是需要考虑的主要问题。是网络上传输，网络带宽问题是需要考虑的主要问题。一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识 图
11、像处理和分析模块图像处理和分析模块 该模块一般可用算法的形式描述，而大多数的算法可用软该模块一般可用算法的形式描述，而大多数的算法可用软件实现，只有在为了提高速度和克服通用计算机限制的情况件实现，只有在为了提高速度和克服通用计算机限制的情况下采用特制的硬件。下采用特制的硬件。图像处理和分析涉及到的技术包括各种图像变换、图像增图像处理和分析涉及到的技术包括各种图像变换、图像增强技术、图像恢复和重建技术、图像编码技术、图像分割技强技术、图像恢复和重建技术、图像编码技术、图像分割技术、目标表达和描述技术等。术、目标表达和描述技术等。一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识图像处理和分析模块
12、包含内容图像恢复和重建图像恢复和重建 图像增强图像增强图像编码图像编码 图像分割图像分割 图像描述和表达图像描述和表达 图像变换图像变换 将图像转换为变换域的处理。主要研究如何突出图像中所感兴趣的部分。针对图像退化原因建立模型，以滤波恢复或重建图像。主要用于减少数据量，以便存储和传输。提取图像中有意义的特征，例如边缘和区域。是图像识别和理解的必要前提。一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识 信息量大。如果要处理信息量大。如果要处理30帧帧/秒的电视图像序列，则每秒的电视图像序列，则每秒要求秒要求500kbit22.5Mbit数据量。因此对计算机的计算速数据量。因此对计算机的计算速度
13、、存储容量等要求较高。度、存储容量等要求较高。占用的频带宽。如电视图像的带宽约占用的频带宽。如电视图像的带宽约5.6MHz，而语音，而语音带宽仅为带宽仅为4kHz左右。左右。相关性大。就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相关性大。就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素，其相关系数可达相邻两行间的像素，其相关系数可达0.9以上，而相邻两帧以上，而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性一般来说还要大些。之间的相关性比帧内相关性一般来说还要大些。受人的因素影响较大。影响因素有环境条件、视觉性能、受人的因素影响较大。影响因素有环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以及知识状况等。人的情绪爱好以及
14、知识状况等。3数字图像处理的基本特点数字图像处理的基本特点一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识数字图像处理的发展历程数字图像处理的发展历程 1921巴特兰图片传巴特兰图片传输系统（输系统（5个个灰度级灰度级）1922基于光学还原基于光学还原的技术的技术 1929用用15级色调设级色调设备通过电缆传备通过电缆传送送 4一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识1960s于于60年代初，年代初，数字图像处理数字图像处理作为一门学科作为一门学科形成形成。首次获。首次获得实际成功应得实际成功应用的是美国喷用的是美国喷气推进实验室气推进实验室（JPL）。）。1950s电子计算机已电
15、子计算机已经发展到一定经发展到一定水平，人们开水平，人们开始利用计算机始利用计算机来处理图形和来处理图形和图像信息。图像信息。1970s自自70年代中期，年代中期，随着计算机技随着计算机技术和人工智能术和人工智能等研究的迅速等研究的迅速发展，人们已发展，人们已开始研究图像开始研究图像理解（即计算理解（即计算机视觉）机视觉）至今至今计算机性价比计算机性价比的不断提高和的不断提高和通过万维网及通过万维网及互联网的网络互联网的网络通信带宽的扩通信带宽的扩展，展，为之为之创造创造了前所未有的了前所未有的机遇。机遇。一、图像信息处理一、图像信息处理 基础知识基础知识遥感和航空测量遥感和航空测量1遥感：主
16、要用于资源、矿藏勘探、国土规划、高速公路选线遥感：主要用于资源、矿藏勘探、国土规划、高速公路选线、灾害调查、农作物估产、气象预报以及军事目标监视等。、灾害调查、农作物估产、气象预报以及军事目标监视等。气象卫星云图气象卫星云图 土地变化监测图土地变化监测图 云南省大理州森云南省大理州森林火灾的遥感图林火灾的遥感图 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用生物医学领域应用生物医学领域应用 三维快速血管造影成像三维快速血管造影成像 头部头部CT 主要应用如主要应用如X射线层析摄影射线层析摄影(CT)、核磁共振、核磁共振(MRI)、超、超声成像、血管造影、细胞和染色体自动分类等。这些技术和声成像、
17、血管造影、细胞和染色体自动分类等。这些技术和设备大大提高了治疗诊断水平，减轻了病人的痛苦。设备大大提高了治疗诊断水平，减轻了病人的痛苦。2二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用以下是一个将图像处理应用于临床医学的例子以下是一个将图像处理应用于临床医学的例子CT脑血管医学图像三维重建。脑血管医学图像三维重建。重建的脑血管三维图像重建的脑血管三维图像 加入对比剂脑血管扫描图像加入对比剂脑血管扫描图像依次为第依次为第1层层,第第2层层,第第3层脑血管层脑血管脑血管边缘提取脑血管边缘提取依次为第依次为第1层层,第第2层层,第第3层脑血管层脑血管 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用图像通
18、信图像通信 常见的数字图像和数字视频设备如可视电话、会议电常见的数字图像和数字视频设备如可视电话、会议电视、卫星电视、数字电视、高清晰度电视、视、卫星电视、数字电视、高清晰度电视、VCD、DVD等等 会议电视终端会议电视终端 可视电话可视电话 卫星电视接收器卫星电视接收器 3二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用基于基于H.323标准的远程教学组网图标准的远程教学组网图 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用工业与交通应用工业与交通应用 该领域的应用从该领域的应用从70年代起取得了迅速的发展，主要有年代起取得了迅速的发展，主要有产品质量检测、生产过程的自动控制、产品质量检测、生产过
19、程的自动控制、CADCAM等。等。检查瓶装液体容量是否合格检查瓶装液体容量是否合格 智能交通控制智能交通控制 4二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用汽车牌照识别系统图汽车牌照识别系统图 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用交通视频监控系统图交通视频监控系统图 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用军事公安军事公安 军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动灭火器的军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动灭火器的控制及反伪装等等都需要用到图像处理技术；控制及反伪装等等都需要用到图像处理技术；公安部门的现场照片、指纹、虹膜、面部、手迹、公安部门的现场照片、指纹、虹膜、面部、手迹、印章等
20、的处理和辨识也要借助图像处理。印章等的处理和辨识也要借助图像处理。导弹制导导弹制导 指纹门锁指纹门锁 5二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用虹膜识别系统框图虹膜识别系统框图 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用生物识别技术的重要分支生物识别技术的重要分支自动指纹识别系统自动指纹识别系统 下图是指纹图像预处理各阶段的结果：下图是指纹图像预处理各阶段的结果：指纹原始图像指纹原始图像 滤波后图像滤波后图像 二值化图像二值化图像 细化图像细化图像 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用机器视觉机器视觉 机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器机器视觉主要用于军事侦察、危险环境
21、的自主机器人，邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件人，邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件识别、定位，太空机器人的自动操作等。识别、定位，太空机器人的自动操作等。ASIMO踢球踢球 ASIMO上楼梯上楼梯 6二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用虚拟现实虚拟现实 当人们通过虚拟现实当人们通过虚拟现实浏览、观赏时就如身临其浏览、观赏时就如身临其境一般，并且可以选择任境一般，并且可以选择任一角度，观看任一范围内一角度，观看任一范围内的场景或选择观看物体的的场景或选择观看物体的任一角度。任一角度。虚拟漫游技术是虚拟虚拟漫游技术是虚拟现实（现实（VR）技术的重要）技术的重要分支，
22、在建筑、旅游、游分支，在建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等多戏、航空航天、医学等多种行业发展很快。种行业发展很快。VR的相关设备的相关设备7二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用故宫故宫VR紫禁城紫禁城天子的宫殿天子的宫殿中的一景中的一景 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用电脑游戏中的建筑场景漫游电脑游戏中的建筑场景漫游 二、数字图像处理的应用二、数字图像处理的应用三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介处理方法：空域方法和频域方法处理方法：空域方法和频域方法 处理策略：全局处理和局部处理处理策略：全局处理和局部处理 处理对象：灰度图像增强和彩色图像增强处理对象：灰度图
23、像增强和彩色图像增强 图像处理涉及到的技术包括各种图像增强技术、图像恢图像处理涉及到的技术包括各种图像增强技术、图像恢复和重建技术、图像分割技术等。复和重建技术、图像分割技术等。图像增强图像增强分类方法分类方法图像增强图像增强：1 1.1.空域增强空域增强 空域增强就是指直接对图像的像素灰度值做某些运算，从空域增强就是指直接对图像的像素灰度值做某些运算，从而达到对某些像素的灰度值的改变，以改善图片视觉效果。而达到对某些像素的灰度值的改变，以改善图片视觉效果。直接灰度变换增强直接灰度变换增强 对图像中的每个像素按某种运算直接进行灰度变换对图像中的每个像素按某种运算直接进行灰度变换 Couple原
24、图像原图像三段式增强效果三段式增强效果 对数变换增强效果对数变换增强效果 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 直方图变换增强直方图变换增强 直方图是对图像中每一个灰度值统计出现的次数或者频率直方图是对图像中每一个灰度值统计出现的次数或者频率后绘制出的图。对直方图变换可以实现图像增强。后绘制出的图。对直方图变换可以实现图像增强。原始图像及其直方图原始图像及其直方图直方图均衡后图像及其直方图直方图均衡后图像及其直方图三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介航拍的城市夜景航拍的城市夜景（红外成像）（红外成像）直方图均衡后的效果直方图均衡后的效果 三、数字图像处理技术简介三、数字
25、图像处理技术简介2.2.空域滤波空域滤波 图像平滑图像平滑 中值滤波去噪效果中值滤波去噪效果 空域滤波就是设计一些运算模板，将模板和图像中对空域滤波就是设计一些运算模板，将模板和图像中对应的各像素点的灰度值做积分运算或微分运算，以达到图应的各像素点的灰度值做积分运算或微分运算，以达到图像平滑或锐化的目的。像平滑或锐化的目的。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 图像锐化图像锐化 拉普拉斯算子图像锐化增强效果拉普拉斯算子图像锐化增强效果 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 3.3.频域增强频域增强 频域增强是指通过在图像的频域或变换域进行处理后，使频域增强是指通过在图像
26、的频域或变换域进行处理后，使图像得到增强的方法。图像得到增强的方法。指纹原图指纹原图 频域增强后的指纹图像频域增强后的指纹图像 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 景物成像过程中凡出现畸变、模糊、失真或混入噪景物成像过程中凡出现畸变、模糊、失真或混入噪声，使得所成图像降质，称之为图像声，使得所成图像降质，称之为图像“退化退化”。这些质。这些质量降低的图像，我们通称为退化图像。量降低的图像，我们通称为退化图像。图像复原图像复原 1.什么是图像的退化和图像复原什么是图像的退化和图像复原 图像复原通俗地讲，就是图像退化的逆过程。典型图像复原通俗地讲，就是图像退化的逆过程。典型的图像复原
27、方法是根据图像退化的先验知识建立一个退的图像复原方法是根据图像退化的先验知识建立一个退化模型，以此模型为基础，采用滤波等手段进行处理，化模型，以此模型为基础，采用滤波等手段进行处理，使得复原后的图像符合一定的准则，达到改善图像质量使得复原后的图像符合一定的准则，达到改善图像质量的目的。的目的。2三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介通用的图像退化模型为：通用的图像退化模型为：(,)(,)(,)g x yH f x yn x y式中，式中，g(x,y)g(x,y)为退化图像，为退化图像，f(x,y)f(x,y)为求解的图像；为求解的图像；HH 是是综合所有退化因素的一个函数。综合所有退
28、化因素的一个函数。n(x,y)n(x,y)为噪声函数。为噪声函数。图像复原就是已知图像复原就是已知g(x,y)g(x,y)，求，求f(x,y)f(x,y)的问题（近似的问题（近似过程）。求解逼近过程，由于解不唯一，故方法很多，不过程）。求解逼近过程，由于解不唯一，故方法很多，不同误差准则，不同约束条件，得到的解会不同。同误差准则，不同约束条件，得到的解会不同。实际的复原过程是设计一个滤波器，使其能从降质图实际的复原过程是设计一个滤波器，使其能从降质图像中计算得到真实图像的估计值。像中计算得到真实图像的估计值。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 2.2.逆滤波复原方法逆滤波复原方法
29、 若若F(u,v)和和G(u,v)分别表示复原图像和退化图像的傅里叶分别表示复原图像和退化图像的傅里叶变换；变换；H(u,v)表示图像退化函数，它综合了所有造成图像退化表示图像退化函数，它综合了所有造成图像退化的因素，可采用实测或点冲激函数测量方法得到。的因素，可采用实测或点冲激函数测量方法得到。F(u,v)、G(u,v)和和H(u,v)都用矩阵表示。都用矩阵表示。设设H(u,v)H(u,v)已知，忽略噪声的情况下，复原图像已知，忽略噪声的情况下，复原图像F(u,v)为为 (,)(,)(,)F u vG u vH u v如果如果H(u,v)H(u,v)的逆存在，则等式右边的逆存在，则等式右边就
30、是一个逆滤波过程。就是一个逆滤波过程。1(,)(,)G u vHu v三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介微装配准备对接模糊图像微装配准备对接模糊图像 逆滤波恢复的图像逆滤波恢复的图像 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 3.运动模糊图像的复原运动模糊图像的复原 当成像传感器与被摄景物之间存在足够快的相对运动时，当成像传感器与被摄景物之间存在足够快的相对运动时，所摄取的图像就会出现所摄取的图像就会出现“运动模糊运动模糊”。运动模糊图像的复原，。运动模糊图像的复原，最为关键的就是运动速度要估计得比较准。最为关键的就是运动速度要估计得比较准。为了简单起见，一般只考虑匀速直
31、线运动模糊图像的复原。为了简单起见，一般只考虑匀速直线运动模糊图像的复原。运动模糊图像的复原运动模糊图像的复原 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 4.4.图像灰度校正和几何畸变校正图像灰度校正和几何畸变校正 图像几何畸变校正的思路是通过一些已知的参考点，即图像几何畸变校正的思路是通过一些已知的参考点，即无失真图像某些像素点和畸变图像相应像素的坐标间对应关无失真图像某些像素点和畸变图像相应像素的坐标间对应关系，拟合出上述多项式中的系数，并作为恢复其它像素的基系，拟合出上述多项式中的系数，并作为恢复其它像素的基础。础。几何失真校正主要包括二个步骤：几何失真校正主要包括二个步骤：空间
32、变换，恢复像素原空间的位置；空间变换，恢复像素原空间的位置；灰度插值，对空间变换后像素赋予原位置的灰度值。灰度插值，对空间变换后像素赋予原位置的灰度值。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 空间变换空间变换 几何空间位置校正示意图：几何空间位置校正示意图：将四边形区域的将四边形区域的4 4个顶点作为控制点，根据个顶点作为控制点，根据4 4个已知点建立个已知点建立方程组，由待定系数法求出未知系数，由这些系数即可实现方程组，由待定系数法求出未知系数，由这些系数即可实现四边形内所有点的校正。四边形内所有点的校正。灰度插值灰度插值对空间变换后的像素赋予原位置的灰度值。例如双线性插对空间变换
33、后的像素赋予原位置的灰度值。例如双线性插值等。值等。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 数码相机中由于光学镜头的生产工艺等原因，拍摄图数码相机中由于光学镜头的生产工艺等原因，拍摄图像出现了较为严重的非线性几何畸变。像出现了较为严重的非线性几何畸变。几何畸变图像几何畸变图像 几何校正的结果几何校正的结果 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 图像重建图像重建 图像投影重建是一类特殊的图像复原技术，投影重建图像投影重建是一类特殊的图像复原技术，投影重建是指从一个物体的多个（轴向）投影图来重建目标图像的过是指从一个物体的多个（轴向）投影图来重建目标图像的过程。输入是一系列图
34、像，输出是一幅重建图。程。输入是一系列图像，输出是一幅重建图。主要有两类重建图像的方法：主要有两类重建图像的方法：（1）傅里叶反变换重建技术傅里叶反变换重建技术 （2）级数展开重建技术级数展开重建技术 通常图像重建的数学模型较复杂，计算量大，涉及到投影通常图像重建的数学模型较复杂，计算量大，涉及到投影模型、迭代计算等，在此不作详细介绍。模型、迭代计算等，在此不作详细介绍。3三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 图像分割图像分割1.1.图像分割的含义图像分割的含义 图像分割是把图像分解成构成它的部件和对象的过程；图像分割是把图像分解成构成它的部件和对象的过程；达到有选择性地定位感兴趣
35、对象在图像中的位置和范围。达到有选择性地定位感兴趣对象在图像中的位置和范围。因此，图像分割是指把图像分成各具特性的区域，并提因此，图像分割是指把图像分成各具特性的区域，并提取出感兴趣目标的技术和过程。分割的特性可以是灰度、颜取出感兴趣目标的技术和过程。分割的特性可以是灰度、颜色、纹理等；目标可以是对应单个区域或者是多个区域色、纹理等；目标可以是对应单个区域或者是多个区域。4图像分割的示意图图像分割的示意图三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介2.图像分割的基本分类图像分割的基本分类 图像分割算法基于图像灰度值的两个基本特性：不连图像分割算法基于图像灰度值的两个基本特性：不连续性和相似
36、性；续性和相似性；因此，图像分割基本上分类为基于边界的分割方法和因此，图像分割基本上分类为基于边界的分割方法和基于区域的分割方法。基于区域的分割方法。红色红色绿色绿色分割阈值分割阈值两种颜色区域的图像分割示意图两种颜色区域的图像分割示意图 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介3.图像目标分割的方法图像目标分割的方法（1）基于边界的分割方法基于边界的分割方法 基于边界的图像分割方法有并行边界技术和串行边界技基于边界的图像分割方法有并行边界技术和串行边界技术两类，并行边界技术是边缘的检测和边界的闭合同时进行；术两类，并行边界技术是边缘的检测和边界的闭合同时进行；而串行边界技术是边缘检测
37、和边界的闭合连接是串行完成的。而串行边界技术是边缘检测和边界的闭合连接是串行完成的。无论是采用并行边界技术还是串行边界技术，边缘检测无论是采用并行边界技术还是串行边界技术，边缘检测都是基于边界技术分割方法的第一步，在图像分割中非常重都是基于边界技术分割方法的第一步，在图像分割中非常重要。要。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介常用的三个边缘检测算子及其检测结果：常用的三个边缘检测算子及其检测结果：Lena原图原图 Robert算子算子 sobel算子算子 laplace算子算子 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介（2 2）基于区域的分割方法基于区域的分割方法基于区域的
38、分割方法也有并行区域技术和串行区域技术两基于区域的分割方法也有并行区域技术和串行区域技术两类；并行区域技术的主要方法是阈值分割法，串行区域技术类；并行区域技术的主要方法是阈值分割法，串行区域技术的主要方法是区域生长法。的主要方法是区域生长法。阈值分割法阈值分割法 阈值分割法阈值分割法,即通过阈值定义图像中不同目标的区域即通过阈值定义图像中不同目标的区域归属归属,所有大于等于某阈值的像素属于物体所有大于等于某阈值的像素属于物体,所有小于该阈所有小于该阈值的像素排除在物体之外值的像素排除在物体之外,这种方法有利于目标识别。这种方法有利于目标识别。阈值分割法的关键问题是选取合适的阈值，因此如何阈值分
39、割法的关键问题是选取合适的阈值，因此如何搜索得到最优分割阈值是阈值分割研究的热点。搜索得到最优分割阈值是阈值分割研究的热点。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介530500分辨率的灰度级图像分辨率的灰度级图像 阈值分割后阈值分割后 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 区域生长法区域生长法 区域生长法的基本思想是，逐步将具有相似性质的像素区域生长法的基本思想是，逐步将具有相似性质的像素集中起来构成各个不同的区域，实现图像的分割。集中起来构成各个不同的区域，实现图像的分割。分裂合并法分裂合并法 分裂合并法与区域生长法相似的分割方法还有，基本思分裂合并法与区域生长法相似的分
40、割方法还有，基本思想是从整幅图像开始，通过不断分裂和合并，得到各个不同想是从整幅图像开始，通过不断分裂和合并，得到各个不同性质或属性的区域。性质或属性的区域。分裂合并法一般常用四叉树或金字塔式分割技术来完成。分裂合并法一般常用四叉树或金字塔式分割技术来完成。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介盆腔骨盆腔骨CT原图原图 提取边缘提取边缘 区域生长分割结果区域生长分割结果 图像分割应用实例图像分割应用实例 三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 4.图像分割方法的比较图像分割方法的比较 以下分别选用了早晨、中午和傍晚的烟尘图像，对阈以下分别选用了早晨、中午和傍晚的烟尘图像，对
41、阈值分割、区域生长、分裂合并等值分割、区域生长、分裂合并等3 3种基于区域的分割方法作种基于区域的分割方法作一个比较。一个比较。(a)早上烟尘图像 (b)中午烟尘图像 (c)傍晚烟尘图像3幅原始图像幅原始图像三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 (d)(e)(f)阈值分割算法的结果(g)(h)(i)区域生长算法的结果(j)(k)(l)分裂合并算法的结果三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介 数字图像处理与相关学科的联系和区别数字图像处理与相关学科的联系和区别 数字图像处理是一门研究图像理论、技术和应用的交叉数字图像处理是一门研究图像理论、技术和应用的交叉学科。学科。研究方
42、法上，与数学、物理学（光学）、生理学、心理研究方法上，与数学、物理学（光学）、生理学、心理学、电子学、计算机科学相互借鉴；学、电子学、计算机科学相互借鉴；研究范围上，与计算机图形学、模式识别、计算机视觉研究范围上，与计算机图形学、模式识别、计算机视觉等多个专业相互交叉。等多个专业相互交叉。1.1.数字图像处理与相关学科的联系数字图像处理与相关学科的联系 数字图像处理与计算机图形学、计算机视觉互相渗透，数字图像处理与计算机图形学、计算机视觉互相渗透，覆盖面有很多重合。覆盖面有很多重合。5三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介2.数字图像处理与相关学科的区别数字图像处理与相关学科的区别
43、（1）与计算机图形学的区别）与计算机图形学的区别 计算机图形学是应用计算机生成、处理、存贮、显示图形计算机图形学是应用计算机生成、处理、存贮、显示图形的学科；的学科；计算机图形学在计算机辅助设计计算机图形学在计算机辅助设计/计算机辅助制作计算机辅助制作(CAD/CAM)，多媒体技术，图形用户界面，科学计算可视化等领域，多媒体技术，图形用户界面，科学计算可视化等领域广泛应用。广泛应用。计算机图形学的数据流是从数据到图形，与图像分析时的计算机图形学的数据流是从数据到图形，与图像分析时的数据流方向相反（从图像到数据）。数据流方向相反（从图像到数据）。（2）与模式识别的区别）与模式识别的区别 模式识别
44、是利用计算机对某些物理现象进行分类，在错误模式识别是利用计算机对某些物理现象进行分类，在错误概率最小的条件下，使识别的结果尽量与事物相符。模式识别概率最小的条件下，使识别的结果尽量与事物相符。模式识别在医学、军事等众多领域应用十分广泛。在医学、军事等众多领域应用十分广泛。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介（3）与计算机视觉的区别）与计算机视觉的区别 计算机视觉是要为计算机和机器人开发具有与人类水平计算机视觉是要为计算机和机器人开发具有与人类水平相当的视觉能力。相当的视觉能力。在建立计算机视觉系统时需要用到图像处理、模式识别在建立计算机视觉系统时需要用到图像处理、模式识别学科中的有
45、关技术，但计算机视觉研究的内容要比这些学科学科中的有关技术，但计算机视觉研究的内容要比这些学科更为广泛。更为广泛。三、数字图像处理技术简介三、数字图像处理技术简介本章小结本章小结 数字图像处理己广泛应用于通信、医疗、工业控制、数字图像处理己广泛应用于通信、医疗、工业控制、交通监控、资源勘探和机器视觉等众多领域，己成为应用交通监控、资源勘探和机器视觉等众多领域，己成为应用最广的信息处理技术之一最广的信息处理技术之一。本章介绍了如下主要内容：本章介绍了如下主要内容：1 1）概述了数字图像处理的）概述了数字图像处理的基础知识，阐明了数字图像处理的基本特点，回顾了数字基础知识，阐明了数字图像处理的基本
46、特点，回顾了数字图像处理的发展历程；介绍了数字图像处理在许多领域的图像处理的发展历程；介绍了数字图像处理在许多领域的实际应用。实际应用。2 2）介绍了数字图像处理的主要应用领域；）介绍了数字图像处理的主要应用领域；3 3）介绍了数字图像处理研究的主要问题：即图像增强、图像介绍了数字图像处理研究的主要问题：即图像增强、图像复原、图像重建、图像分割等。目的是希望读者了解数字复原、图像重建、图像分割等。目的是希望读者了解数字图像处理的基本概念；了解数字图像处理研究的主要内容；图像处理的基本概念；了解数字图像处理研究的主要内容；了解数字图像处理在各个领域中的应用，以及与计算机图了解数字图像处理在各个领域中的应用，以及与计算机图形学、模式识别、计算机视觉等学科的关系，以利于今后形学、模式识别、计算机视觉等学科的关系，以利于今后的学习、工作和择业。的学习、工作和择业。第十六章第十六章 （完）（完）
