1、数字图像处理 信息学院信息学院教学计划 w 课程性质和任务课程性质和任务 通过本课程的学习，系统地了解数字图像的基本概念、数字通过本课程的学习，系统地了解数字图像的基本概念、数字图像形成的原理，掌握数字图像处理的理论基础和技术方法。着图像形成的原理，掌握数字图像处理的理论基础和技术方法。着重掌握数字图像的增强、复原、压缩和分割的技术方法，为今后重掌握数字图像的增强、复原、压缩和分割的技术方法，为今后能够从事有关数字图像处理的研究和技术方法应用等工作掌握必能够从事有关数字图像处理的研究和技术方法应用等工作掌握必备的基础知识。备的基础知识。w先修课程先修课程 高等数学高等数学,线性代数线性代数 w
2、教材教材 冈萨雷斯著，阮秋琦译冈萨雷斯著，阮秋琦译 数字图像处理（第二版）数字图像处理（第二版）电子工业出版电子工业出版社社 20032003年年3 3月月 参考书：参考书：图像处理和分析，章毓晋，清华大学出版社，图像处理和分析，章毓晋，清华大学出版社，20002000年年6 6月月 教学计划 w 课程内容课程内容 第第1 1章章 绪论绪论 第第2 2章章 数字图像基础数字图像基础 第第3 3章章 空间域图像增强空间域图像增强 第第4 4章章 频率域图像增强频率域图像增强 第第5 5章章 图像复原图像复原 第第8 8章章 图像压缩图像压缩 第第1010章章 图像分割图像分割 教学要求w考核方式
3、考核方式 本课程的考核分为平时成绩、副卷成绩、期末考试本课程的考核分为平时成绩、副卷成绩、期末考试成绩两大部分，其中期末考试以闭卷笔试为主。总成成绩两大部分，其中期末考试以闭卷笔试为主。总成绩按以下公式计算：绩按以下公式计算：总成绩平时成绩总成绩平时成绩20%20%副卷成绩副卷成绩20%+20%+期末成期末成绩绩60%60%第1章 绪论 本章要点本章要点 数字图像处理的概念数字图像处理的概念 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 数字图像处理的基本步骤数字图像处理的基本步骤 数字图像处理系统的组成数字图像处理系统的组成1.1 1.1 数字图像处理及其特点数字图像处理及其特点计算机方便处
4、理计算机方便处理数字图像数字图像以数字格式存放的图像以数字格式存放的图像数字化数字化像素像素7667522572277667用二维用二维矩阵表示矩阵表示灰度信息数字化灰度信息数字化将模拟图像数字化的主要设备是扫描仪。将模拟图像数字化的主要设备是扫描仪。将视频画面数字化的设备有图像采集卡。将视频画面数字化的设备有图像采集卡。数码照相机、数码摄像机。数码照相机、数码摄像机。第1章 绪论 数字图像处理的概念数字图像处理的概念1.1.数字图像的表示：数字图像的表示：f(x,yf(x,y)表示一幅图像，表示一幅图像，x,y,fx,y,f为有限、离为有限、离 散值散值第1章 绪论 数字图像处理的概念数字图
5、像处理的概念2.2.图像处理涉及的相关领域图像处理涉及的相关领域：（图像分析、计算机视觉）（图像分析、计算机视觉）低级处理：输入输出均为图像低级处理：输入输出均为图像 （如图像缩放、图像平滑）（如图像缩放、图像平滑）中级处理：输入图像，输出提取的特征中级处理：输入图像，输出提取的特征 （如区域分割、边界检（如区域分割、边界检测）测）高级处理：理解识别的图像高级处理：理解识别的图像 (如无人驾驶，自动机器人如无人驾驶，自动机器人)3.3.数字图像处理数字图像处理 包括输入和输出均是图像的处理，同时也包括从图像中提取特征包括输入和输出均是图像的处理，同时也包括从图像中提取特征及识别特定物体的处理。
6、及识别特定物体的处理。文本识别的例子文本识别的例子第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展1.201.20世纪世纪2020年代年代 第一次通过海底电缆传输图像第一次通过海底电缆传输图像 1921年用电报打印机采用特殊字符在编码纸带中产生的图像1922年在信号两次穿越大西洋后，从穿孔纸带得到的数字图像第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展 1929年年从伦敦到从伦敦到纽约用纽约用15级色调设级色调设备传送的备传送的照片照片第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展2.202.20世纪世纪6060年代早期年代早期 第一台执行有意义的图像处
7、理任务的大型计算机第一台执行有意义的图像处理任务的大型计算机 计算机的发展，计算机的发展，空间项目开发空间项目开发 利用计算机改善空间探测器发回的图像工作利用计算机改善空间探测器发回的图像工作 美国航天器传送的美国航天器传送的第一张月球照片，第一张月球照片，“旅行者旅行者7 7号号”卫卫星星19641964年年7 7月月3131日日9 9点点0909分（东部白天分（东部白天时间）在光线影响时间）在光线影响月球表面月球表面1717分钟时分钟时摄取的图像摄取的图像第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展3.203.20世纪世纪6060年代末、年代末、7070年代初年代初 开始用
8、于医学图像、地球遥感、天文学等开始用于医学图像、地球遥感、天文学等领域领域 计算机轴向断层术计算机轴向断层术 (CAT,CT)(CAT,CT)获获诺贝尔医学奖诺贝尔医学奖 胸部胸部X X射线图像射线图像头部头部CTCT图像图像第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展4.4.至今至今 广泛用于工业、医学、生物科学、地理学、考古学、物理学、天文广泛用于工业、医学、生物科学、地理学、考古学、物理学、天文学等多个领域学等多个领域 太空技术：航天技术、空间防御、天文学 生物科学：生物学和医学 刑事/物证：指纹、人脸分析 国防：军事探测 工业应用：产品检测 日常生活应用：照片编辑、影视
9、制作5.5.利用图像处理技术帮助解决机器感知问题利用图像处理技术帮助解决机器感知问题 第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 根据信息源分类根据信息源分类 （电磁波谱）（电磁波谱）根据光子能量排布的电磁波谱根据光子能量排布的电磁波谱第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例wGammaGamma射线射线 (a)(a)骨骼扫描骨骼扫描(b)(b)PETPET图像图像(c)(c)天鹅星座环天鹅星座环(d)(d)来自反应器来自反应器电子管的伽电子管的伽马辐射马辐射第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例wX X射线射线 （a a）胸部）胸部X X
10、射线图像射线图像（b b）主动脉造影图像）主动脉造影图像（c c）头部）头部CTCT（d d）电路板）电路板（e e）天鹅星座环）天鹅星座环第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w紫外线成像紫外线成像 (1)(1)普通谷物普通谷物(2)(2)被真菌感染的谷物被真菌感染的谷物(3)(3)天鹅星座环天鹅星座环第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红外波段成像可见光与红外波段成像 第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红外波段成像可见光与红外波段成像 利用可见光显微镜获取的图像利用可见光显微镜获取的图像(1)(1)紫杉酚
11、紫杉酚 250250倍倍(2)(2)胆固醇胆固醇 4040倍倍(3)(3)微处理器微处理器 6060倍倍(4)(4)镍氢化物薄片镍氢化物薄片 600600倍倍(5)(5)音像音像CDCD表面表面 17501750倍倍(6)(6)有机超导有机超导 450450倍倍第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红外波段成像可见光与红外波段成像华盛顿地区的卫星图像华盛顿地区的卫星图像第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 第1章 绪论 数字图像处
12、理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红外波段成像可见光与红外波段成像 飓风图像飓风图像第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红可见光与红 外波段成像外波段成像 美洲的红外卫星图像美洲的红外卫星图像第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w可见光与红可见光与红 外波段成像外波段成像 利用图像处理技术检测产品利用图像处理技术检测产品(a)(a)电路板电路板(b)(b)封装的丸剂封装的丸剂(c)(c)瓶子瓶子(d)(d)清洁塑料上的气泡清洁塑料上的气泡(e)(e)谷物谷物(f)(f)眼部种植体图像眼部种植体图像第1章 绪论 数字图像处理的应用实
13、例数字图像处理的应用实例w可见光与红可见光与红 外波段成像外波段成像 (a)(a)指纹指纹(b)(b)纸币纸币(c)(c)自动读取牌照自动读取牌照第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w微波段成像微波段成像 （雷达）（雷达）不受气候、光照条件影响，可以穿透云层，通不受气候、光照条件影响，可以穿透云层，通过植被、冰层和极干燥地区过植被、冰层和极干燥地区西藏东南山区航天器拍摄的雷达图像西藏东南山区航天器拍摄的雷达图像第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例 第1章 绪论数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的
14、应用实例w无线电波成像无线电波成像 (a)(a)膝盖膝盖 (b)(b)脊椎脊椎磁共振成像磁共振成像(MRI)(MRI)第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w其他图像成像方式其他图像成像方式 声波成像声波成像 地震模型横截面图像，箭头指示碳氢化合物地震模型横截面图像，箭头指示碳氢化合物第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w其他图像成像方式其他图像成像方式 超声波成像超声波成像 (a)(a)胎儿胎儿 (b)(b)胎儿另一侧胎儿另一侧 (c)(c)甲状腺甲状腺 (d)(d)肌肉层有损害肌肉层有损害 第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例
15、w其他图像成像方式其他图像成像方式 电子显微镜成像电子显微镜成像 (a)(a)过热损坏的钨丝过热损坏的钨丝 250250倍倍 (b)(b)损坏的集成电路损坏的集成电路 25002500倍倍第1章 绪论 数字图像处理的应用实例数字图像处理的应用实例w其他图像成像方式其他图像成像方式 计算机合成计算机合成(a)(a)和和(b)(b)分分形图像形图像(c)(c)和和(d)(d)从从显示物体的显示物体的三维计算机三维计算机模型产生的模型产生的图像图像第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展第1章 绪论数字图像处理的起源与发展数字图像处理的起源与发展 第1章 绪论数字图像处理的基本步
16、骤数字图像处理的基本步骤第1章 绪论数字图像处理的基本步骤数字图像处理的基本步骤 图像获取、表示和表现 Image Acquisition Image,Representation and Presentation 图像增强 Image Enhancement图像增强是对图像质量在一般意义上的改善。图像复原 Image Restoration 复原技术是已知图像品质下降的原因时，对图像进行校正。图像分割 Image Segmentation 把图像分成区域的过程就是图像分割。图像压缩 Image Compression 彩色图像处理 Color Image Processing 图像形态学 M
17、orphological Processing 提取图像的形态分量第1章 绪论图像处理系统的构成图像处理系统的构成1.4 1.4 数字图像处理系统数字图像处理系统 数字图像处理系统硬件数字图像处理系统硬件 电视摄像机电视摄像机 扫描仪扫描仪 数码照相机数码照相机 遥感图像获取设备遥感图像获取设备 计算机计算机图像输入卡（采集卡图像输入卡（采集卡)显示卡显示卡图像存贮装置图像存贮装置图像数字化设备图像数字化设备输入图像输入图像输出图像输出图像打印机打印机绘图仪绘图仪图像处理计算机图像处理计算机图像输出设备图像输出设备第1章 绪论图像处理系统开发软件图像处理系统开发软件 Mathlab 图像处理工
18、具箱图像处理工具箱 MATLABMATLAB具有相当强大的矩阵具有相当强大的矩阵运算和操作功能，运算和操作功能，MATLABMATLAB图像处理工具箱提供了丰富的图像处理函数，图像处理工具箱提供了丰富的图像处理函数，灵活运用这些函数几乎可以完成所有的图像处理工作，大大节省编写低层灵活运用这些函数几乎可以完成所有的图像处理工作，大大节省编写低层算法代码的时间算法代码的时间,避免程序设计中的重复劳动避免程序设计中的重复劳动 LeadTools 图形、图像软件开发包图形、图像软件开发包 SPIDER（Subroutine Package for Iamge Data Enhancement and Recognition）AVS（Application Visualization System）
