數字圖像處理1ppt課件第一章引言

“數字圖像處理”是一門選修課，同學們對此有先試聽而后選擇的習慣，此外，每逢新課，大家都關心這門課：

i.

講什么內容；

ii.

學了有什么用；

iii.

需要哪些基礎知識。考慮到這些因素，希望通過“數字圖像處理”引言的講述，使同學們對數字圖像處理技術有一個概貌性了解，引起大家學習這門課的興趣。2ppt課件第一章引言

1.

圖像圖像是自然界景物的客觀反映。圖像的種類很多，但就人眼中圖像的形成以及人眼對亮度的適應和鑒別能力而言，可以用統一的一個數學表達式來表示圖像：圖像模型，即圖像的亮度函數：

f（x，y）

其中：（x，y）是圖像的位置坐標。即：一幅圖像中任一點的亮度值是位置變量（x，y）的函數，位置不同，亮度亦不同。3ppt課件

第一章引言圖1.1自然景物像圖1.2胸部X光片圖像4ppt課件

第一章引言

圖1.3紅外熱像儀檢測的手5ppt課件

第一章引言2．數字圖像

即指在位置坐標（x，y）和亮度

f（x，y）上都已離散化了的圖像。3．數字圖像處理的含義數字圖像處理始于二十世紀六十年代，其含義就是用數字電子計算機對圖像進行加工處理，以得到某些預期的效果或從圖像中提取有用的信息。6ppt課件

第一章引言數字圖像處理的特點1．具有數字信號處理技術共有的特點。如：（1）處理精度高（2）重現性能好（3）靈活性高2．數字圖像處理后的圖像可能是供人觀察和評價的，也可能作為機器視覺的預處理結果。3．數字圖像處理技術適用面寬。原始模擬圖像可以來自多種信息源，它們可以是可見光圖像，也可以是不可見的波譜圖像、超聲波圖像或紅外圖像。7ppt課件

第一章引言4．數字圖像處理技術綜合性強。5．數字圖像處理與模擬方式處理圖像相比，也有一些不足之處，如:（1）數字圖像處理的信息大多是二維或二維以上的多維信息，數據量巨大。（2）數字圖像信號占用的頻帶較寬。（3）處理費時。8ppt課件第一章引言數字圖像處理技術有：1)

圖像信號數字化和圖像變換2)

圖像的增強和復原3)

圖像的編碼4)

圖像的分割與表示5)

圖像的識別和理解9ppt課件第一章引言

4．數字圖像處理系統的構成:

大容量存儲器數字計算機輸出設備操作臺

輸入設備

10ppt課件圖1.4數字圖像處理系統結構圖11ppt課件第一章引言

圖像處理軟件圖1.5圖像處理軟件系統的層次結構12ppt課件第一章引言

5．數字圖像處理的應用始于六十年代中期，四十多年來，大容量、高速計算機（物質基礎），空間遙感技術（推動力）推動了數字圖像處理技術的蓬勃發展。其主要應用領域有：（1）

空間遙感技術（2）

生物醫學（CTComputedTomography

）（3）

數字圖像通信（4）

工業監視和計算機視覺（5）

文化藝術13ppt課件第一章引言

(a)原始細胞圖像(b)增強后的細胞圖像

細胞圖像增強實例14ppt課件第一章引言

圖a原始合成圖像圖b分類結果遙感圖像自動分類15ppt課件第一章引言

車牌識別16ppt課件第一章引言

總之，數字圖像處理技術發展迅速，應用廣泛，前景美好。國防科技大學王紹霖教授在其所著的《數字圖像處理》一書中曾給出這樣的評價“數字圖像處理是一新興學科，從它的應用，可以看出它的新穎、廣泛和復雜性，它是各門學科的綜合，是當今高科技領域里的一朵鮮花”。17ppt課件第一章引言

6．本課程要求具備線性代數

矢量及矩陣運算數字信號處理

付氏變換等知識微機原理軟件技術基礎等。18ppt課件

教材內容簡介“十一五”國家級規劃教材電氣與電子信息類規劃教材強調現代數字圖像處理理論與應用的緊密結合。在闡述基本原理的基礎上，力圖通過習題、實驗和計算機軟件工具實現圖像處理的基本方法。課程信箱：lujping1@126.com友情提醒：本課件僅供選課同學參考。19ppt課件全書共分10章１.概述數字圖像的發展簡史、基本的圖像處理系統2.圖像數字化與顯示3.圖像變換4.圖像增強5.圖像編碼與壓縮6.圖像復原7.圖像分割8.彩色圖像處理9.數學形態學及其應用10.數字圖像處理的應用圖像處理軟件、圖像的數字水印、圖像分析系統、圖像數據庫與基于內容的檢索、圖像存檔與通信系統等內容。20ppt課件第一章引言

7．參考書目1)

期刊

ComputerVision，GraphicsandImageProcessingPatternRecognition

圖像識別與自動化2）書籍王紹霖著

《數字圖像處理》國防科技大學出版社，1996年陳廷標等

《數字圖像處理》

人民郵電出版社，1990年趙榮椿等《數字圖像處理導論》西北工業大學出版社，1995年［美］KennethR.Castleman

著，朱志剛等譯

《數字圖像處理》電子工業出版社2002年2月21ppt課件教學要求1.完成思考題2.完成部分數字圖像處理實驗3.閱讀有關參考文獻4.能解決實際圖像處理問題22ppt課件第一章引言

說明：選修課意在啟迪思維，開闊視野，拓寬同學們的知識面，所以僅靠課堂教學是不夠的，希望大家課后多閱讀有關資料，上機實習，從而對數字圖像處理有一個深入的了解。23ppt課件圖像工程示意圖

24ppt課件圖像分析功能模塊

25ppt課件第二章圖像信號數字化

就人類的視覺系統而言，人眼中的圖像形成及對亮度適應和鑒別的能力表明，圖像（Image）一詞與光強度函數f（x，y，t，λ）有關。（x，y）點處的f（x，

y，

t，

λ）的幅值即為該點圖像的光強度（亮度）。在單色圖中，通常稱之為灰度。

xytλ橫

縱

時間

波長（感光膠片）26ppt課件§2－1圖像模型

光是能量的一種形式，故有：

0<f（x，y）

<∞在我們每天的視覺活動中所感受到的圖像一般都是由物體的反射光所構成，因此，f（x，y）可看成是由兩個分量組成，即：f（x，y）=i（x，y）r（x，y）其中：

0<i（x，y）

<∞光源確定

0≤r（x，y）

≤1景物中物體的表面特性決定27ppt課件§2－1圖像模型

如前所述，單色圖像中，把坐標（x，y）點上的亮度f（x，y）稱為該點的灰度或灰度級L。其范圍：Lmin≤L≤Lmax實際中，將其規格化為[0，L]，歸一化為[0，1]。

28ppt課件§2－2數字圖像表示的形式和特點

數字圖像實質上就是用計算機對圖像進行采樣、量化及編碼分別實現圖像在空間（位置）上和幅度（灰度）上的離散化。

f(0,0)f(0,1)f(0,2)····f(0,N-1)f(1,0)f(1,1)f(1,2)···f(1,N-1)F（x，y）≈···············································

················································f(N-1,0)f(N-1,1)··f(N-1,N-1)

陣中每個元素稱為像素

（pictureelement，簡稱pixel）29ppt課件什么是圖像？定義為二維函數f(x,y),其中，x,y是空間坐標，f(x,y)是點（x,y）的幅值。灰度圖像是一個二維灰度（或亮度）函數f(x,y)。彩色圖像由三個（如RGB,HSV）二維灰度（或亮度）函數f(x,y)組成。30ppt課件什么是數字圖像？圖像

像素組成的二維排列，可以用矩陣表示：對于單色（灰度）圖像而言，每個像素的灰度用一個數值來表示，通常數值范圍在0到255之間，0表示黑、255表示白，其它值表示處于黑白之間的灰度。彩色圖像可以用紅、綠、藍三元組的二維矩陣來表示。通常，三元組的每個數值也是在0到255之間，0表示相應的基色在該像素中沒有，而255則代表相應的基色在該像素中取得最大值。31ppt課件數字圖像的像素表示什么是像素？數字圖像由二維的元素組成，每一個元素具有一個特定的位置（x,y）和幅值f(x,y),這些元素就稱為像素。32ppt課件§2－2數字圖像表示的形式和特點理論上，圖像矩陣可任意，但實際處理中，往往為方陣，且有N=2n。又灰度級L也取：L=2m所以一幅圖像存儲容量為：N×N×m圖像信息的特點為：信息量大；占用頻帶寬；相關性大；人的主觀因素影響。33ppt課件數字圖像的表示34ppt課件數字圖像的基本文件格式每一種圖像文件均有一個文件頭，在文件頭之后才是圖像數據。文件頭的內容一般包括文件類型、文件制作者、制作時間、版本號、文件大小等內容。各種圖像文件的制作還涉及到圖像文件的壓縮方式和存儲效率等。常用的圖像文件存儲格式主要有BMP文件、JPG文件、PCX文件、TIFF文件以及GIF文件等。35ppt課件數字圖像的表示36ppt課件BMP圖像文件格式37ppt課件BMP格式----1、位圖文件頭這個結構的長度是固定的，為14個字節（WORD為無符號16位二進制整數,DWORD為無符號32位二進制整數）。38ppt課件BMP格式----2、位圖信息頭39ppt課件BMP格式----2、位圖信息頭說明圖象數據壓縮的類型,其值可以是下述值之一：

BI_RGB：沒有壓縮；

BI_RLE8：每個象素8比特的RLE壓縮編碼，壓縮格式由2字節組成(重復象素計數和顏色索引),針對16色圖；

BI_RLE4：每個象素4比特的RLE壓縮編碼，壓縮格式由2字節組成，針對256色圖；

BI_BITFIELDS：每個象素的比特由指定的掩碼決定。40ppt課件BMP格式----3、調色板41ppt課件BMP格式----4、實際的圖像數據42ppt課件§2－3圖像的采樣和量化怎樣才能由光學圖像轉換為數字圖像呢？

三步曲：光-電轉換；采樣與保持；量化和編碼

1．光-電轉換作用：把隨空間位置變化的灰度信號轉換成隨時間變化的電流或電壓信號。工作原理：以飛點掃描器為例說明。注意：轉換后的電流或電壓信號變化的頻率：高：圖像細節；低：圖像背景。43ppt課件§2－3圖像的采樣和量化2．采樣和保持作用：簡而言之，采樣器即為一開關。

fs(t)=f(t)S(t)其中：開關函數S(t)的極限為一單位脈沖系列δT（t）。采樣中，若采樣間隔相等，為均勻采樣，否則為非均勻采樣。S(t)f(t)fs(t)44ppt課件§2－3圖像的采樣和量化采樣的關鍵是采樣點能否具有代表性，即能否盡可能準確地描繪出原圖像的輪廓。為保證做到這一點，有兩個前提條件：1)連續信號f(t)的頻譜有限即

|f|>fm時,F(f)＝0其中fm為f(t)的最高頻率分量（保證內插函數形式有限）2)

采樣周期T≤1/(2fm)（避免交疊誤差）只有這樣，fs(t)的頻譜函數Fs(f)便是F(f)的周期復制品（僅差一常數），因而它包含了f(t)的全部信息。45ppt課件§2－3圖像的采樣和量化采樣定理：一個連續函數f(t)，當其頻譜有限及采樣周期T≤1/2fm，則f(t)唯一地由其在均勻間隔上的采樣值f(nt)所決定。

為了對采樣值進行量化，尚需保持。保持有全保持和部分保持之分。P20Fig2-7采樣

保持

f(t)f1(t)f0(t)46ppt課件§2－3圖像的采樣和量化

3.量化與編碼采樣使圖像信號在空間位置上離散化，而量化則使其在幅值上離散化。所謂量化電平，就是用有限個離散電平來表示實際連續電平，這些離散電平稱為量化電平。有公式：當時，

.式中:K=0,±1,±2,±3,…±m；:量化電平47ppt課件§2－3圖像的采樣和量化

（a）連續圖像（b）數字化結果圖2.1圖像的數字化過程48ppt課件§2－3圖像的采樣和量化（c）像素（d）灰度級圖2.2圖像的數字化過程49ppt課件§2－3圖像的采樣和量化

50ppt課件§2－3圖像的采樣和量化

51ppt課件圖像量化實例(a)256級灰度圖象(b)子圖(c)子圖對應的量化數據52ppt課件§2－3圖像的采樣和量化

至此,數字化三步曲已告結束.反觀之,采樣點數和灰度級數為多少方好?灰度級固定:采樣點:多少,棋盤效應.采樣點固定:灰度級:粗細,虛假輪廓.經驗數據:用于小型圖像處理系統處理和顯示:

512x512,128

或256x256,6453ppt課件§2－4非均勻采樣和量化

采樣：背景少采，細節多采，但必須指明非均勻采樣區域之邊界，不適宜于細節過多的圖像。換言之，在灰度級變化尖銳的區域，用細膩的采樣，在灰度級比較平滑的區域，用粗糙的采樣。量化：灰度級急劇變化，不必分的過細，余下的可用于灰度級變化平穩的區域。錐形量化：在整個灰度級范圍內，某個范圍的灰度級頻繁出現，而另外一些灰度級出現較少，則將這個范圍內的灰度級量化較細，而把其它范圍內的灰度級量化較粗。54ppt課件§2－4非均勻采樣和量化55ppt課件§2－4非均勻采樣和量化56ppt課件圖像的采樣與數字圖像的質量57ppt課件圖像的采樣與數字圖像的質量58ppt課件圖像的采樣與數字圖像的質量