1、數(shù)字圖像處理與分析譚立湘參考書(shū)Digital Image Processing R.C.Gonzalez 數(shù)字圖像處理（第三版） 阮秋琦 電子工業(yè)出版社圖像工程 （第三版） 章毓晉 上、中、下冊(cè) 清華大學(xué)出版社 MATLAB 圖像處理 清華大學(xué)出版社課程目的與要求掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、原理和方法掌握?qǐng)D像分析的方法，初步運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題為圖像處理及相關(guān)領(lǐng)域的研究打下基礎(chǔ)圖像處理/醫(yī)學(xué)影像處理計(jì)算機(jī)視覺(jué)生物特征識(shí)別：人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、掌紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等圖像分類、圖像和視頻的檢索（圖像理解）上課要求和成績(jī)?cè)u(píng)定興趣、寬松、和諧公平、滿意 20學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn) 課程報(bào)告序言人類獲取信息的重要來(lái)

2、源：視覺(jué) 70%；聽(tīng)覺(jué) 15%；其他 15% 圖像是人類視覺(jué)的延伸 觀察系統(tǒng)使用的光波段：可見(jiàn)光、紅外、X射線、微波、超聲波等序言可見(jiàn)光譜成像不同光照?qǐng)D像 序言“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)兩個(gè)火星探測(cè)器在拍攝這些圖片時(shí)，使用的是綠色、藍(lán)色及紅外線濾光鏡頭，沒(méi)有使用綠色、藍(lán)色和標(biāo)準(zhǔn)紅色濾光鏡頭。這種鏡頭拍攝出的照片還是很精確的，但顏色會(huì)顯得特別突出，所以人們看上去覺(jué)得有些怪。 序言序言序言-伽馬射線序言-X射線序言-紫外線序言-超聲波序言-光學(xué)顯微鏡圖像序言-颶風(fēng)的多光譜圖像序言-紅外線（夜間燈光）序言-西藏西南山區(qū)的空間雷達(dá)圖像 （微波波段成像）計(jì)算機(jī)生成的圖像計(jì)算機(jī)生成的圖像藝術(shù)風(fēng)格繪畫(huà)模擬計(jì)算機(jī)

3、生成的圖像動(dòng)畫(huà)圖像計(jì)算機(jī)生成的圖像由樹(shù)的分形模型生成的黑山茱萸樹(shù) (a) 沒(méi)有樹(shù)葉 (b) 有樹(shù)葉1.1 數(shù)字圖像1.2 數(shù)字圖像處理1.3 相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域1.4 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)1.5 工程應(yīng)用簡(jiǎn)介1.1 數(shù)字圖像1.1.1 數(shù)字圖像的基本概念1.1.2 數(shù)字圖像的基本特點(diǎn)1.1.1 數(shù)字圖像的基本概念圖像是一種語(yǔ)言表達(dá)方法直觀表現(xiàn)力強(qiáng)圖像信息是人類信息獲取和交流的主要方式視、聽(tīng)、觸、嗅、味等1.1 數(shù)字圖像1.1.1 數(shù)字圖像的基本概念圖：反射光或透射光的分布，或自身發(fā)出的能量(客觀)像：人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖的接收在大腦中形成的印象或認(rèn)識(shí) （主 觀）觀察系統(tǒng)使用的光波段：可見(jiàn)光

4、、紅外、X射線、微波超聲 波、 射線等圖像： 靜止文字、圖片等 運(yùn)動(dòng)分行物、心臟圖 色彩：黑白、彩色圖像處理: 是對(duì)圖像信息進(jìn)行加工處理，以滿足人的視覺(jué)心理和實(shí)際應(yīng)用的需求圖像處理方法： 光學(xué)方法 、電子學(xué)方法1.1.1 數(shù)字圖像的基本概念1.1.1 數(shù)字圖像的基本概念模擬圖像 連續(xù)的，采用數(shù)字化（離散化）表示和數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)之前，圖像是連續(xù)的，這一類圖像稱為模擬圖像或連續(xù)圖像 連續(xù)的：指從時(shí)間上和從數(shù)值上是不間斷的1.1.1 數(shù)字圖像的基本概念數(shù)字圖像 由連續(xù)的模擬圖像采樣和量化而得。組成數(shù)字圖像的基本單位是像素，所以數(shù)字圖像是像素的集合。以像素為元素的矩陣，像素的值代表圖像在該位置的亮度/色

5、度，稱為圖像的灰度值/色度值。數(shù)字圖像像素具有整數(shù)坐標(biāo)和整數(shù)灰度值。1.1.1 數(shù)字圖像的基本概念圖像分類維數(shù)：二維圖像 三維圖像 顏色：黑白圖像 彩色圖像時(shí)間：靜止圖像 活動(dòng)圖像 靜止文字、圖片等 運(yùn)動(dòng)分行物、心臟圖 三維立體山脈、建筑群1.1.2 數(shù)字圖像的基本特點(diǎn)圖像是人類信息獲取的重要手段 數(shù)字圖像的分辨率逐步提高 數(shù)字圖像可以充分利用現(xiàn)代化的數(shù)字通訊和信息傳輸技術(shù) 數(shù)字圖像可以長(zhǎng)期保存和永不失真 1.2 數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理作為一門(mén)學(xué)科追溯到60年代，1964年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室利用計(jì)算機(jī)對(duì)太空船發(fā)回的月球圖像信息進(jìn)行處理。 1.2.1 數(shù)字圖像處理的基本特點(diǎn)1.2.2 數(shù)字圖像

6、處理的主要研究?jī)?nèi)容1.2 數(shù)字圖像處理1.2.1 數(shù)字圖像處理的基本特點(diǎn)信息量大：5125128bit256KB 256KB25幀/s6400KB=6.25MB占用的頻帶較寬：電視圖像的帶寬56MHz，而語(yǔ)言帶寬4KHz，頻帶越寬，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度越大像素相關(guān)性大：壓縮潛力大評(píng)價(jià)受人的影響大表達(dá)： 建模，圖像采樣、數(shù)字化圖像和視覺(jué)基礎(chǔ)圖像變換： 提高圖像質(zhì)量圖像處理圖像基礎(chǔ)圖像增強(qiáng)： 改善圖像質(zhì)量圖像幾何處理： 平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、扭曲圖像復(fù)原： 去噪聲、去模糊圖像重建： 重建原始圖像1.2.2 數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容1.2.2 數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容圖像編碼壓縮 減少存儲(chǔ)量和傳輸量圖像分割

7、 圖像區(qū)域分割和理解、目標(biāo)表達(dá)和描述圖像理解 圖像感知、解釋、推理等1.2.2 數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容圖像增強(qiáng)1.2.2 數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容圖像復(fù)原1.3.1 數(shù)字信號(hào)處理學(xué)1.3.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1.3.3 計(jì)算機(jī)視覺(jué)1.3 相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域1.3.1 數(shù)字信號(hào)處理學(xué) 數(shù)字信號(hào)處理 圖像處理研究對(duì)象：一維數(shù)字信號(hào) 二維數(shù)字信號(hào)研究?jī)?nèi)容：數(shù)字濾波器、數(shù)字 圖像濾波器、圖像 正交變換、數(shù)字編 正交變換、圖像編 碼等 碼等數(shù)字信號(hào)處理與圖像處理是緊密相關(guān)的學(xué)科。1.3.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 圖像處理研究對(duì)象： 圖形 圖像研究?jī)?nèi)容： 圖形生成、透視、 圖像處理、圖像分 消隱 割、

8、圖像分析過(guò)程： 由數(shù)學(xué)公式生成仿 由原始圖像處理出 真圖形或圖像 分析結(jié)果計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理是逆過(guò)程。1.3.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 圖像 描述圖像處理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖像識(shí)別圖像理解1.3.3 計(jì)算機(jī)視覺(jué) 計(jì)算機(jī)視覺(jué) 圖像處理研究對(duì)象： 圖像或圖像序列 圖像研究?jī)?nèi)容： 視覺(jué)感知、 圖像處理、圖像分割、 圖像理解 圖像分析過(guò)程： 由圖像特征感知、 由原始圖像處理出 識(shí)別和理解三維場(chǎng)景 分析結(jié)果 虛擬博物館1.4 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用與趨勢(shì)1.4.1 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用1.4.2 數(shù)字圖像處理的發(fā)展趨勢(shì)1.4.1 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用遙感圖像應(yīng)用：資源調(diào)查、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、農(nóng)林業(yè)規(guī)劃、城市 規(guī)劃、環(huán)

9、境保護(hù)等醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用:計(jì)算機(jī)斷層攝影計(jì)算成像CT技術(shù)、X射線、 染色體分析等工業(yè)和實(shí)驗(yàn)圖像應(yīng)用:無(wú)損探傷、自動(dòng)檢查和識(shí)別、智能機(jī) 器人等1.4 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用與趨勢(shì)1.4.1 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用辦公室自動(dòng)化圖像應(yīng)用：郵政編碼圖像識(shí)別、OCR（字符識(shí)別系統(tǒng)）、自動(dòng)判卷系統(tǒng)、各類圖紙自動(dòng)識(shí)別與錄入系統(tǒng)等軍事公安圖像應(yīng)用：自動(dòng)跟蹤技術(shù)、指紋識(shí)別、不完整圖片的復(fù)原、監(jiān)控等文化藝術(shù)圖像應(yīng)用：服裝設(shè)計(jì)、畫(huà)作/照片的復(fù)制和修復(fù)、運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作分析等圖像數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用：圖像的存儲(chǔ)、刻盤(pán)、互聯(lián)網(wǎng)傳輸，以及其它衛(wèi)星傳輸、無(wú)線傳輸?shù)?數(shù)字圖像輸入輸出設(shè)備從低分辨率向高分辨率發(fā)展 從二維（2D）向三維（3D）發(fā)

10、展從靜止圖像向動(dòng)態(tài)圖像發(fā)展從單態(tài)圖像向多態(tài)圖像發(fā)展結(jié)合應(yīng)用方面的新進(jìn)展1.4.2 數(shù)字圖像處理的發(fā)展趨勢(shì)1.5 工程應(yīng)用簡(jiǎn)介1.5.1 遙感圖像處理1.5.2 工業(yè)與實(shí)驗(yàn)圖像處理1.5.3 醫(yī)學(xué)圖像處理1.5.4 辦公圖像處理1.5.5 公安圖像處理1.5.6 影視圖像處理1.5.1 遙感圖像處理軍事偵察：戰(zhàn)略目標(biāo)定位、多光譜去偽裝導(dǎo)彈制導(dǎo)：紅外、雷達(dá)圖像處理農(nóng)作物估產(chǎn)：多光譜圖像分析地質(zhì)研究：宏觀地質(zhì)結(jié)構(gòu)、探礦災(zāi)情估計(jì)：紅外圖像統(tǒng)計(jì)氣象云圖：圖像幾何處理與拼接遙感圖像增強(qiáng)前后的遙感圖像遙感多光譜圖例華盛頓特區(qū)處理前后高分辨率遙感圖像高分辨率遙感圖像Quickbird 美國(guó)快鳥(niǎo)遙感衛(wèi)星 Qui

11、ckBird衛(wèi)星于2001年10月由美國(guó)DigitalGlobe公司發(fā)射，是世界上最先提供亞米級(jí)分辨率的商業(yè)衛(wèi)星，它每年能采集七千五百萬(wàn)平方公里的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。 香港新機(jī)場(chǎng)遙感圖像航片地表覆蓋1.5.2 工業(yè)與圖像處理自動(dòng)裝配生產(chǎn)線： 實(shí)時(shí)圖像處理機(jī)器人視覺(jué)： 立體圖像處理無(wú)損探傷： 高能X射線探測(cè)金屬內(nèi)部車輛牌照識(shí)別： 交通管制流動(dòng)顯示與測(cè)速： PIV （粒子圖像測(cè)速技術(shù)）識(shí)別棉花中的雜質(zhì)車牌識(shí)別工件裂紋檢測(cè)1.5.3 醫(yī)學(xué)圖像處理病理圖像分析：顯微圖像、染色體圖像X射線圖像處理：X射線透視和照片增強(qiáng)超聲圖像處理：黑白超和彩超、動(dòng)態(tài)CT圖像重建：斷層圖像計(jì)算X光圖像增強(qiáng)CT切片圖像CT邊緣提

12、取B超圖像染色體1.5.4 辦公圖像處理郵政編碼識(shí)別：手寫(xiě)數(shù)字圖像處理識(shí)別印刷體文字識(shí)別：OCR 文字圖像識(shí)別機(jī)械圖樣自動(dòng)錄入：線條跟蹤、擬合1.5.5 公安圖像處理指紋圖像處理：刑偵、司法鑒定、自動(dòng)門(mén)衛(wèi)面孔圖像處理：自動(dòng)門(mén)衛(wèi)印章比對(duì)：司法鑒定、銀行支票筆跡比對(duì)：刑偵、司法鑒定1.5.6 影視圖像處理照片去模糊處理： 焦距模糊、運(yùn)動(dòng)模糊綠幕剪影： 圖像合成變臉特技： 幀間插值處理靜止圖像壓縮： JPEG標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸動(dòng)態(tài)圖像壓縮： MPEG標(biāo)準(zhǔn)、VCD和DVD數(shù)字電影院： 未來(lái)電影技術(shù)由黑白圖像轉(zhuǎn)換的偽彩色圖像圖象質(zhì)量自動(dòng)調(diào)整 lena1 原始圖像 2 加入水印后的圖像 3 水印特征提取效果圖

13、 原圖圖像分割圖像銳化邊緣增強(qiáng)邊緣提取輪廓提取和跟蹤基于形狀的圖像檢索IBMR- Image-Based Modeling and Rendering 從照片中生成逼真的3D虛擬人算法-面部復(fù)制求特征點(diǎn)求其3D位置修改通用人頭修改嘴和眼紋理映射算法-軀干復(fù)制幾種常見(jiàn)的生物特征示例臉形臉部熱量圖指紋幾種常見(jiàn)的生物特征示例手形手部血管分布 虹膜視網(wǎng)膜 簽名 聲音指紋特征信息指紋比對(duì)模糊匹配:三維到二維的映射；變形（隨機(jī)性）指紋分類 拱形 尖拱形 右旋 左旋 旋渦指紋增強(qiáng)將質(zhì)量比較差、紋線不清晰的指紋圖象通過(guò)一定的技術(shù)處理，使其清晰化，但不能改變指紋紋線的固有結(jié)構(gòu)圖像增強(qiáng)直方圖均衡化人臉檢測(cè)與識(shí)別基于內(nèi)容的視頻片斷檢索視頻字幕識(shí)別圖像工程的3