數字圖像處理的相關論述第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第1章數字圖像處理的相關論述1.1課程介紹1.2數字圖像處理技術的發展1.3數字圖像處理技術的應用及實例1.4數字圖像處理的相關概念1.5圖像數字化技術1.6數字圖像的處理方法1.7圖像的統計特征1.8matlab介紹第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.1課程介紹教材：“數字圖像處理”（第一版），由張德豐編著，人民郵電出版社出版參考教材：岡薩雷斯主編的“數字圖像處理(MATLAB版)”，人民郵電出版社謝鳳英,趙丹培編著，VisualC++數字圖像處理，人民郵電出版社數字圖像處理網絡課程，5(授課講義,實驗指導，ppt)第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六課程目標：通過講解圖像處理的基本理論、基本算法、matlab在圖像處理中的應用等，讓學生了解該門學科的發展現狀，學會如何應用計算機學科的知識解決實際的發展需求，為今后就業及深入的學習研究奠定基礎。第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六授課方式：

2學時/周，共32學時，其中理論16學時，實驗16學時（分單/雙周）考核方式設計

采取階段考核以及期末大作業的方式全學期分為3個階段，分別為：基礎知識階段(概述、數學基礎、圖像頻域變換、圖像壓縮、幾何變換等)，圖像質量增強階段(圖像增強、圖像復原)，圖像特征提取階段(圖像分割與邊緣檢測、圖像特征提取等)總成績(100%)=第一階段(25%)+第二階段(25%)+第三階段(25%)+課程設計考核(25%)階段成績(100%)=實驗成績(50%)+階段作業成績(50%)課程設計成績(100%)=課程設計報告(50%)+matlab代碼(50%)第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.2數字圖像處理技術的發展20世紀20年代，通過Bartlane海底電纜圖像傳輸系統，從倫敦到紐約傳輸一幅圖片，首先要壓縮編碼,然后在接收端用特殊的打印設備重構該圖數字圖像處理領域的發展必須依靠數字計算機及數據存儲\壓縮和傳輸等相關技術的發展伴隨著計算機\電子\通信\存儲和顯示系統的發展，數字圖像處理技術也隨之發展起來第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六

1.3數字圖像處理的發展

1964年，位于加里福尼亞的美國噴氣推進實驗室(JPL)處理了太空船“徘徊者7號”發回的月球照片1970s:計算機斷層掃描圖象重建技術X射線成像原理：X射線成像是基于待成像物體各個組成部分的密度不同，對X射線的吸收不同,透射X射線強度不同，從而在乳膠片上成像的

第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六計算機斷層成像ComputerTomography,CT：原理：

設想將人體水平方向上的剖面劃分為若干正方形或長方形的小單元如果我們在人體周圍沿著圓弧方向不斷改變X光源及接收器的位置，這樣每次的X射線通路上都有不同的象素組合，采用一定的數學方法，很容易從這些記錄的探測器強度值反推出各個象素的密度，這就是反投影圖像重建技術如果從上到下逐層對人體某一部位掃描，這些串起來的層片就構成了三維圖像，只需經簡單的數學運算，就可以從任何方向觀察到人體內部任何位置的解剖結構

第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六/zhlshb/ct/lx.htm第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六核磁共振成像（MRI）正電子發射斷層掃描成像技術（PET）與CT，MRI等反應人體組織解剖信息不同，PET圖像能夠反映人體組織、器官的功能和代謝情況第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1)遙感2)醫學3)工業生產和質量控制4）圖象信息通訊5）公共安全6）數據安全7）科學研究8）在信息技術中的應用1.4數字圖像處理的應用第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.4數字圖像處理的應用實例

按照圖像的信號源進行分類介紹

–

電磁波譜：伽馬射線成像、X射線成像、紫外波段成像、可見光及紅外線波段成像、微波波段成像、無線電成像–

聲波（超聲波）–

電子束–

計算機生成(建模和可視化應用中的合成圖像)第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.4數字圖像處理的應用實例伽馬射線成像：主要用途包括核醫學和天文觀測X射線成像：廣泛用于醫學診斷，工業和其他領域

紫外波段成像：應用于平板印刷技術、工業檢測、顯微鏡方法、激光、生物圖像以及天文觀測等

微波波段成像：典型應用是雷達紅外波段：軍事第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六數字圖像處理的相關概念圖像：圖像是一種在空間分布的二維信號——兩個變量（X,Y):空間坐標，spatialcoordinates——函數值F:在空間的某個位置（點）的信號值，常稱為圖像的強度Intensity，或灰度值GrayLevel(0-225)，對于彩色圖像，該信號值為矢量(R,G,B)——當X,Y和幅值F為有限的離散數值時，稱該圖像為數字圖像第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六一幅二維靜態單色平面圖像可以用如下二維強度函數（也稱為亮度函數）表示，即第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六數字圖像：空間坐標離散，函數值離散，圖象在計算機里的表示形式就是所謂的“數字圖象”數字圖像由有限的元素Element組成，稱為像素pixel圖像處理是指按照一定的目標，用一系列的操作來“改造”圖像.圖像信息：相對于語音信息（聲音信息），一般將視覺信息也稱為圖象信息人類所接受的信息中，各種信息所占比例視覺信息聽覺信息其他比例大于60%20%20%第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六數字圖像處理：先用某種技術和手段將模擬圖像信號數字化，然后用電子計算機對數字圖像進行分析和變換，達到預期的效果的技術總稱.第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六圖像分類：根據圖像的產生方法，圖像可分為如下3類：(1)可見圖像：視覺系統可以直接看見的圖像，一般通過照相、手工繪制等傳統方法獲取(2)物理圖像：反映的是物體的電磁波輻射能，包括可見光與不可見光圖像，如光學圖像，溫度圖像，壓力圖像，高度以及人口密度圖像(3)數學圖像：由連續函數或離散函數生成的抽象圖像第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六數字圖像的獲取數字圖像一般可以通過以下3種途徑獲取。

（1）應用各種光電轉換設備直接得到數字圖像。（2）直接由二維離散數字函數生成數字圖像。（3）將傳統的可見圖像經過數字化處理轉換為數字圖像。第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六圖像數字化過程（1）掃描（scanning）。掃描是按照一定的先后順序對一幅圖像進行遍歷的過程。（2）采樣（sampling）。采樣是指遍歷過程中，在圖像的每個像素位置上測量其灰度值，即亮度值。(將坐標值離散化（數字化）稱為采樣，要求坐標值為整數)（3）量化（quantization）。量化是將采樣得到的灰度值通過模數轉換等器件轉換為離散的整數值。(將函數值離散化（數字化）稱為量化，離散灰度級數L)第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六用矩陣表示數字圖像數字圖像在計算機中采用二維矩陣表示和存儲。第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六計算機處理方法根據處理的難易分類:–

低級別處理：濾噪、增強等(輸入\出的都是圖像)–

中級別處理：分割(輸入是圖像,輸出是圖像中提取的特征)–

高級別處理：識別理解,執行與視界相關的識別函數

第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六空域處理法空域處理方法是指在空間域直接對數字圖像進行處理。空域處理法主要有以下兩大類。鄰域處理法是對圖像像素的某一鄰域進行處理的方法。1．鄰域處理法點處理法是指對圖像像素逐一處理的方法。2．點處理法第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六鄰域（Neighbors）像素4鄰域N4（p）：（x+1,y）,（x-1,y）,（x,y+1）,（x,y-1）像素對角4鄰域（x-1,y-1）,（x-1,y+1）,（x+1,y-1）,（x+1,y+1）歐氏(Euclidean)距離：根據這個距離量度，與(x，y)的距離小于或等于某個值d的象素都包括在以(x，y)為中心以d為半徑的圓中。

第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六變換域處理法數字圖像處理的變換域處理方法首先是通過傅立葉變換、離散余弦變換、沃爾什變換或是比較新的小波變換等變換算法，將圖像從空間域變換到相應的變換域，得到變換域系數陣列，然后在變換域中對圖像進行處理，處理完成后再將圖像從變換域反變換到空間域，得到處理結果。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.7圖像的統計特征圖像的基本統計分析量數字圖像的直方圖圖像間相關性第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六圖像的基本統計分析量1．圖像的信息量k:灰度值數量p1,p2,p3…各灰度值出現的概率信息量表示一幅圖像所含信息的多少第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2．圖像灰度平均值第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六圖像灰度眾數是指圖像中出現次數最大的灰度值。4．圖像灰度中值圖像灰度中值是指數字圖像全部灰度級中處于中間的值，當灰度級數為偶數時，則取中間的兩個灰度值的平均值。3．圖像灰度眾數第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六5．圖像灰度方差第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六6．圖像灰度值域第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六數字圖像的直方圖數字圖像處理中也常常應用灰度直方圖表示直方圖是指圖像中所有灰度值出現的次數或頻率。圖像的有關特征信息?；叶鹊?6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1．協方差第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2．相關系數第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六matlab介紹第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六M文件的編輯調試MATLAB的程序文件和腳本文件通常保存成擴展名為.m的文件，稱之為M文件。圖1-11M文件的編輯器和調試器第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.7.6圖像讀取與顯示1．圖像的讀取函數imread()用來讀取圖像，把圖像數據讀出以后，可以賦給一個變量。2．圖像數據的調用既然圖像數據是存儲在數組中，那么調用圖像數據就變成了操作數組元素。函數imshow()用來顯示圖像。3．圖像的顯示第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.7.8MATLAB圖像處理應用示例1．MATLAB的打開圖1-15MATLAB啟動后的窗口界面第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2．圖像輸入到計算機3．更改CurrentDirectory目錄圖1-16修改后的當前目錄4．打開編輯窗口編寫程序圖1-17在編輯窗口中輸入的源程序第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六5．保存并運行6．保存運行結果圖1-18rice.png直方圖顯示結果第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六三維繪圖命令三維曲線plot3(x1,y1,z1,選項1,x2,y2,z2,選項2,…,xn,yn,zn,選項n)

當x,y,z是同維向量時，則x,y,z對應元素構成一條三維曲線。當x,y,z是同維矩陣時，則以x,y,z對應列元素繪制三維曲線，曲線條數等于矩陣列數。例：x=sint,y=cost,z=t*sint*cost其中t∈(0,2*pi)第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六三維曲面在MATLAB中，利用meshgrid函數產生平面區域內的網格坐標矩陣，格式為：x=a:d1:b;y=c:d2:d;[X,Y]=meshgrid(x,y);矩陣X的每一行都是向量x，行數等于向量y的元素的個數，矩陣Y的每一列都是向量y，列數等于向量x的元素的個數第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六繪制三維曲面的函數surf函數和mesh函數的調用格式為：mesh(x,y,z,c)surf(x,y,z,c)一般情況下，x,y,z是維數相同的矩陣。x,y是網格坐標矩陣，z是網格點上的高度矩陣，c用于指定在不同高度下的顏色范圍。meshc(x,y,z)帶等高線的三維網格曲面函數meshz(x,y,z)帶底座的三維網格曲面函數第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六例繪制三維曲面圖z=sin(x+sin(y))-x/10x,y∈(0,4*pi)在xy平面內選擇區域x∈[-8,8]，y∈[-8,8]，繪制三維曲面并比較z=sin(sqrt(x^2+y^2))/sqrt(x^2+y^2)第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六標準三維曲面sphere函數的調用格式為：[x,y,z]=sphere(n)cylinder函數的調用格式為：[x,y,z]=cylinder(R,n)peaks函數，稱為多峰函數，常用于三維曲面的演示。第49頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六其他三維曲面函數條形圖、桿圖、餅圖和填充圖等特殊圖形bar3、stem3、pie3和fill3第50頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1.

讀取圖像：f=imread(‘filename’);

（1）支持的格式為：tiff、jpeg、gif、bmp、png、xwd。 （2）若命令行中沒有加分號，則matlab將立即顯示該行中指的運算結果。 （3）[m,n]=size(f);將返回圖像f的行數m，列數n。 （4）whosf;顯示一個數組的附加信息（變量名、尺寸、字節數…），有無分號都一樣。第51頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六

2.顯示圖像：imshow(f,G);

（1）f為圖像，G為顯示該圖像的灰度級數。默認為256。 （2）imshow(f,[low,high]);所有<=low的值都顯示為黑色，>=high的值都顯示為白色，兩者之間將以默認的級數顯示為中等亮度值。（3）imshow(f,[]);將low設置為數組f的最小值，high設置為最大值，對顯示動態范圍較小會哦有正負值的圖像很有用。（4）figure,imshow(f);將保留前面顯示的圖像不被覆蓋第52頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六3.保存圖像：imwrite(f,’filename’)（1）imwrite(f,‘filename’,‘tif’);將圖像f寫為tiff格式且命名為filename的文件。（2）imwrite(f,‘filename.jpg’,‘quality’,q)