北京大學(xué)數(shù)字圖像處理(岡薩雷斯)課件.ppt

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1、研 究 生 課 程 數(shù) 字 圖 像 處 理 Digital Image Processing彭 宇 新 北 京 大 學(xué) 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 技 術(shù) 研究 所 E_mail: 數(shù) 字 圖 像 處 理 課 程 介 紹 教 材 及 參 考 書(shū) 上 課 主 要 內(nèi) 容 課 程 目 的 與 要 求 考 試 內(nèi) 容 助 教 老 師 國(guó) 內(nèi) 外 相 關(guān) 會(huì) 議 和 雜 志 目 前 需 要 做 的 事 情 教 材 及 參 考 書(shū) 教 材Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods 著 ，阮 秋 琦 、 阮 宇 智 等 譯 ， 數(shù) 字 圖 像 處 理 （ 第 二版 ） ， 電 子 工

2、 業(yè) 出 版 社 ， 2003年 。Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods， Digital Image Processing(Second Edition)，Prentice Hall， 2003。 教 材 及 參 考 書(shū) （ 續(xù) ） 參 考 書(shū)Kenneth R. Castleman著 ， 朱 志 剛 、 林 學(xué) 訚 、 石 定 機(jī) 等 譯 ， 數(shù) 字 圖 像 處 理 ， 電 子 工 業(yè) 出 版 社 ， 2002年 。 章 毓 晉 ， 圖 象 工 程 上 冊(cè) 圖 象 處 理 和 分 析 ， 清 華 大 學(xué) 出 版 社 ， 2003年 。 阮 秋 琦 ， 數(shù)

3、 字 圖 像 處 理 學(xué) ， 電 子 工 業(yè) 出 版 社 ， 2004 年 。 楊 枝 靈 、 王 開(kāi) 等 ， Visual C+數(shù) 字 圖 像 獲 取 、 處 理 及 實(shí) 踐 應(yīng) 用 ， 人 民 郵 電 出 版 社 ， 2003年 。 章 毓 晉 ， 基 于 內(nèi) 容 的 視 覺(jué) 信 息 檢 索 ， 科 學(xué) 出 版 社 ， 2003年 。 上 課 主 要 內(nèi) 容1. 概 述2. 空 間 域 圖 像 增 強(qiáng)3. 彩 色 圖 像 處 理4. 基 于 內(nèi) 容 的 圖 像 檢 索 （ 補(bǔ) 充 ）5. 傅 里 葉 變 換6. 頻 率 域 圖 像 增 強(qiáng) 7. 圖 像 復(fù) 原8. 圖 像 壓 縮 （ 1）

4、 上 課 主 要 內(nèi) 容 （ 續(xù) ）9. 圖 像 壓 縮 （ 2）10. 形 態(tài) 學(xué) 圖 像 處 理11. 圖 像 分 割12. 表 示 與 描 述13. 基 于 內(nèi) 容 的 視 頻 分 析 和 檢 索 技 術(shù) （ 補(bǔ) 充 ）14. 考 試 復(fù) 習(xí) 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 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 計(jì) 算 機(jī) 視 覺(jué) 基 于 內(nèi) 容 的 圖 像 、 視 頻 檢 索 人 臉 識(shí) 別 、 指 紋 識(shí) 別 、

5、 掌 紋 識(shí) 別 、 虹 膜 識(shí) 別 圖 像 分 類(lèi) 、 圖 像 和 視 頻 的 語(yǔ) 義 概 念 檢 測(cè) 、 考 試 內(nèi) 容 平 時(shí) 作 業(yè) 50%， 考 試 成 績(jī) 50% 平 時(shí) 作 業(yè) 選 擇 下 列 兩 個(gè) 之 一 ： 分 組 完 成 一 個(gè) 大 作 業(yè) 其 他 與 圖 像 處 理 相 關(guān) 的 課 題 (需 要 上 課 老 師 認(rèn) 可 ) 考 試 閉 卷 完 成 （ 基 本 概 念 、 原 理 和 算 法 ） 助 教 老 師 曹 磊E_mail: 電話(huà) ： 82529384注 意 ： 有 不 懂 的 地 方 多 問(wèn) 助 教 老 師 ， 充 分 發(fā) 揮 助 教 老 師 的 指 導(dǎo) 作

6、用 國(guó) 內(nèi) 外 相 關(guān) 會(huì) 議 和 雜 志 國(guó) 內(nèi) 雜 志 ： 一 級(jí) 學(xué) 報(bào) 軟 件 學(xué) 報(bào) 電 子 學(xué) 報(bào) 計(jì) 算 機(jī) 研 究 與 發(fā) 展 Journal of Technology Computer Science (JCST)(SCI) and 計(jì) 算 機(jī) 學(xué) 報(bào) 國(guó) 內(nèi) 外 相 關(guān) 會(huì) 議 和 雜 志 （ 續(xù) ） 國(guó) 外 會(huì) 議 ： IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV) IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern Recognitio

7、n (CVPR) ACM Multimedia Conference (MM) 國(guó) 內(nèi) 外 相 關(guān) 會(huì) 議 和 雜 志 （ 續(xù) ） 國(guó) 外 會(huì) 議 ： IEEE International Conference on Image Processing (ICIP) IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME) International Conference on Pattern Recognition (ICPR) ACM International Conference on Image and Video Retr

8、ieval (CIVR) 國(guó) 內(nèi) 外 相 關(guān) 會(huì) 議 和 雜 志 （ 續(xù) ） 國(guó) 外 期 刊 ： IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence (PAMI) IEEE Transactions on Image Processing (IP) IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology (CSVT) International Journal of Computer Vision (IJCV) Pattern Recognition

9、(PR) Image and Vision Computing (IVC) 目 前 需 要 做 的 事 情 選 課 學(xué) 生 發(fā) 送 下 列 信 息 給 老 師 : 姓 名 學(xué) 號(hào) 聯(lián) 系 方 式 ： E_mail,電 話(huà) 碩 士 生 或 博 士 生 ， 年 級(jí) 所 在 院 系 、 實(shí) 驗(yàn) 室 、 導(dǎo) 師 研 究 方 向 數(shù) 字 圖 像 處 理 基 礎(chǔ) 概 述 概 念 ： 圖 像 、 數(shù) 字 圖 像 、 像 素 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 起 源 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 的 部 件 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 圖 像 的 采 樣 和 量 化 數(shù) 字 圖 像 的

10、表 示 數(shù) 字 圖 像 的 質(zhì) 量 像 素 間 的 一 些 基 本 關(guān) 系 什 么 是 圖 像 ？ 定 義 為 二 維 函 數(shù) f(x,y),其 中 ， x,y是 空 間 坐 標(biāo) ， f(x,y)是 點(diǎn) （ x,y） 的 幅 值 灰 度 圖 像 是 一 個(gè) 二 維 灰 度 （ 或 亮 度 ） 函 數(shù) f(x,y) 彩 色 圖 像 由 三 個(gè) （ 如 RGB,HSV） 二 維 灰 度 （ 或 亮 度 ） 函數(shù)f(x,y)組 成 xy y x 什 么 是 數(shù) 字 圖 像 ？ 像 素 組 成 的 二 維 排 列 ， 可 以 用 矩 陣 表 示 對(duì) 于 單 色 （ 灰 度 ） 圖 像 而 言 ， 每

11、個(gè) 像 素 的 亮 度 用 一 個(gè)數(shù) 值 來(lái) 表 示 ， 通 常 數(shù) 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(lán) 三 元 組 的 二 維 矩 陣 來(lái) 表 示 。 通 常 ， 三 元 組 的 每 個(gè) 數(shù) 值 也 是 在 0到 255之 間 ， 0表 示 相 應(yīng) 的 基 色 在 該 像 素 中 沒(méi) 有 ， 而 255則 代 表 相 應(yīng) 的 基 色 在 該 像 素 中 取 得 最 大 值 y x數(shù) 字 圖 像 的 像 素 表 示 xy什 么 是 像 素 ？數(shù) 字

12、圖 像 由 二 維 的 元 素 組 成 ， 每 一 個(gè) 元 素 具 有 一 個(gè) 特 定 的 位 置 （ x,y） 和 幅 值 f(x,y),這 些 元 素 就 稱(chēng) 為 像 素 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 起 源 人 類(lèi) 分 析 圖 像 在 傳 輸 過(guò) 程 后 的 更 好 復(fù) 原 空 間 應(yīng) 用 ： 圖 像 增 強(qiáng) 、 圖 像 復(fù) 原 醫(yī) 學(xué) 圖 像 作 用 ： 通 過(guò) 圖 像 增 強(qiáng) 、 圖 像 復(fù) 原 等 技 術(shù) ， 增 強(qiáng) 或 復(fù) 原 模 糊 或 損 毀 的 圖 像 機(jī) 器 感 知 自 動(dòng) 字 符 識(shí) 別 OCR 人 臉 識(shí) 別 指 紋 識(shí) 別 ， 生 物 特 征 識(shí) 別 數(shù) 字 圖 像

13、處 理 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 傳 統(tǒng) 領(lǐng) 域 醫(yī) 學(xué) 、 空 間 應(yīng) 用 、 地 理 學(xué) 、 生 物 學(xué) 、 軍 事 最 新 領(lǐng) 域 數(shù) 碼 相 機(jī) (DC)、 數(shù) 碼 攝 像 機(jī) (DV) 指 紋 識(shí) 別 、 人 臉 識(shí) 別 互 聯(lián) 網(wǎng) 、 視 頻 、 多 媒 體 等 基 于 內(nèi) 容 的 圖 像 檢 索 、 視 頻 檢 索 、 多 媒 體 檢 索 水 印 、 游 戲 、 電 影 特 技 、 虛 擬 現(xiàn) 實(shí) 、 電 子 商 務(wù) 等數(shù) 字 圖 像 處 理 的 應(yīng) 用 無(wú) 處 不 在 例 1： 圖 像 增 強(qiáng) 直 方 圖 均 衡 化 例 2： 人 臉 檢 測(cè) 與 識(shí) 別 例 3： 鏡 頭 邊 界 檢

14、 測(cè) 例 4： 基 于 內(nèi) 容 的 圖 像 檢 索 例 5： 基 于 內(nèi) 容 的 鏡 頭 檢 索 例 6： 基 于 內(nèi) 容 的 視 頻 片 斷 檢 索 例 7： 視 頻 字 幕 識(shí) 別 例 7： 視 頻 字 幕 識(shí) 別 例 8： 101個(gè) 視 頻 概 念 的 檢 測(cè) 視 頻 語(yǔ) 義 標(biāo) 注 的 基 本 方 法 測(cè) 試 視 頻 訓(xùn) 練 學(xué)習(xí)標(biāo) 注訓(xùn) 練 視 頻 庫(kù) 語(yǔ) 義 概 念 模 型 視 頻 標(biāo) 注特 征 提 取特 征 提 取 概 念 檢測(cè) 例 8： 101個(gè) 視 頻 概 念 的 檢 測(cè) 輸 入 圖 像 輸 出 圖 像數(shù) 字 化 設(shè) 備 圖 像 輸 出 設(shè) 備InternetInternet

15、 圖 像 存 儲(chǔ) 系 統(tǒng)圖 像 處 理 系 統(tǒng) 的 基 本 組 成 結(jié) 構(gòu)圖 像 處 理 計(jì) 算 機(jī)圖 像 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 的 基 本 組 成 結(jié) 構(gòu) 主 要 由 三 大 部 分 組 成 圖 像 數(shù) 字 化 設(shè) 備 ， 包 括 數(shù) 碼 相 機(jī) 、 數(shù) 碼 攝 像 機(jī) 、 帶 照 相 和 /或 攝 像 功 能 的 手 機(jī) 等 圖 像 處 理 設(shè) 備 ， 包 括 計(jì) 算 機(jī) 和 存 儲(chǔ) 系 統(tǒng) 圖 像 輸 出 設(shè) 備 ， 包 括 打 印 機(jī) ， 也 可 以 輸 出 到 Internet上 的 其 它 設(shè) 備 圖 像 存 儲(chǔ) 系 統(tǒng)圖 像 文 件 格 式 體 系互 聯(lián) 網(wǎng) 用 ： GIF、

16、JPG印 刷 用 ： TIF、 JPG、 TAG 、 PCX 國(guó) 際標(biāo) 準(zhǔn) ： TIF、 JPG、 BMP圖 像 存 儲(chǔ) 體 系 ： 分 級(jí) 存 儲(chǔ) 內(nèi) 存 存 儲(chǔ) ：處 理 時(shí) 使 用 硬 盤(pán) 存 儲(chǔ) ： 處 理 、 備 份 時(shí)用 （ 在 線(xiàn) ） 備 份 存 儲(chǔ) ： 光 盤(pán) 、 磁 帶（ 離 線(xiàn) 、 近 線(xiàn) ） 網(wǎng) 絡(luò) 存 儲(chǔ) ： SAN、 NAS 為 什 么 要 用 SAN傳 統(tǒng) 存 儲(chǔ) 解 決 方 案 信 息 島存 儲(chǔ) 區(qū) 域 網(wǎng) SAN(Storage Area Network)SAN SAN是 什 么 ？ SAN是 什 么 ？ （ 續(xù) ） 不 是 client/server,而 是

17、client/storage devices 獨(dú) 立 于 LAN之 外 的 高 速 存 儲(chǔ) 網(wǎng) 絡(luò) 一 般 采 用 高 速 的 光 纖 通 道 作 為 傳 輸 媒 體（ 2Gbit/s） 將 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 通 過(guò) 光 通 道 互 連 設(shè) 備 構(gòu) 成 一 個(gè) 存儲(chǔ) 子 網(wǎng) 支 持 服 務(wù) 器 和 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 之 間 任 意 到 任 意 的 連接 SAN上 的 任 何 一 臺(tái) 服 務(wù) 器 均 可 存 取 網(wǎng) 絡(luò) 中 的 任 何 一 個(gè)存 儲(chǔ) 設(shè) 備 對(duì) 網(wǎng) 上 的 存 儲(chǔ) 資 源 實(shí) 施 集 中 統(tǒng) 一 的 管 理 NAS (Network Attached Storage)是 什 么 ？是

18、 優(yōu) 化 的 文 件 服 務(wù) 器 ， 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 與 服 務(wù) 器 均 直 接 連 接 到 LAN上 ， 使 用 TCP/IP等 LAN協(xié) 議 ， 通 過(guò) LAN實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 交 換 和 存 儲(chǔ) 管 理 。 由 于 使 用 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議 ， 因 而 會(huì) 有 速 度 和 延 時(shí) 的 問(wèn) 題 ， 且 系 統(tǒng) 擴(kuò) 展 能 力 受 到 網(wǎng) 絡(luò) 帶 寬 的 限 制 。 File I/O File I/O SAN與 NAS比 較 SAN NAS塊 級(jí) 共 享 文 件 級(jí) 共 享遠(yuǎn) 程 存 儲(chǔ) 訪(fǎng) 問(wèn) 遠(yuǎn) 程 文 件 訪(fǎng) 問(wèn)存 儲(chǔ) 專(zhuān) 用 網(wǎng) 共 享 LAN存 儲(chǔ) 協(xié) 議 （ 如 FCP) 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié)

19、 議 (如 TCP/IP)集 中 式 管 理 分 散 式 管 理無(wú) 限 的 擴(kuò) 展 能 力 有 限 的 擴(kuò) 展 能 力更 高 的 連 接 速 度 和 處 理 能 力 較 低 的 連 接 速 度 和 處 理 能 力 數(shù) 字 圖 像 處 理 基 礎(chǔ) 圖 像 的 采 樣 和 量 化 數(shù) 字 圖 像 的 表 示 數(shù) 字 圖 像 的 質(zhì) 量 像 素 間 的 一 些 基 本 關(guān) 系 鄰 域 處 理 方法 是 圖 像 增 強(qiáng) 和 復(fù) 原 過(guò) 程的 核 心 圖 像 的 采 樣 和 量 化 大 多 數(shù) 傳 感 器 的 輸 出 是 連 續(xù) 電 壓 波 形 為 了 產(chǎn) 生 一 幅 數(shù) 字 圖 像 ， 需 要 把 連

20、 續(xù) 的 感 知 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 化 為 數(shù) 字 形 式 這 包 括 兩 種 處 理 ： 取 樣 和 量 化 取 樣 ： 圖 像 空 間 坐 標(biāo) 的 數(shù) 字 化 量 化 ： 圖 像 函 數(shù) 值 （ 灰 度 值 ） 的 數(shù) 字 化 N圖 像 采 樣 空 間 坐 標(biāo) (x,y)的 數(shù) 字 化 被 稱(chēng) 為 圖 像 采 樣 確 定 水 平 和 垂 直 方 向 上 的 像 素 個(gè) 數(shù) N、 MM 函 數(shù) 取 值 的 數(shù) 字 化 被 稱(chēng) 為 圖 像 的 量 化 ， 如 量 化 到 256個(gè) 灰 度 級(jí)f圖 像 的 量 化 圖 像 的 采 樣 與 數(shù) 字 圖 像 的 質(zhì) 量 圖 像 的 采 樣 與 數(shù) 字 圖

21、像 的 質(zhì) 量10241024 512512 256256 128128 6464 3232 265x180133x90 66x45 33x22圖 像 的 采 樣 與 數(shù) 字 圖 像 的 質(zhì) 量 256灰 度 級(jí)16灰 度 級(jí) 8灰 度 級(jí) 4灰 度 級(jí)圖 像 的 量 化 與 數(shù) 字 圖 像 的 質(zhì) 量 非 統(tǒng) 一 的 圖 像 的 采 樣 在 灰 度 級(jí) 變 化 尖 銳 的 區(qū) 域 ， 用 細(xì) 膩 的 采 樣 ， 在 灰 度 級(jí) 比 較 平 滑 的 區(qū) 域 ， 用 粗 糙 的 采 樣圖 像 的 采 樣 和 量 化 圖 像 的 采 樣 和 量 化 非 統(tǒng) 一 的 圖 像 的 量 化 在 邊 界

22、附 近 使 用 較 少 的 灰 度 級(jí) 。 剩 余的 灰 度 級(jí) 可 用 于 灰 度 級(jí) 變 化 比 較 平 滑的 區(qū) 域 避 免 或 減 少 由 于 量 化 的 太 粗 糙 ， 在 灰度 級(jí) 變 化 比 較 平 滑 的 區(qū) 域 出 現(xiàn) 假 輪 廓的 現(xiàn) 象 數(shù) 字 圖 像 處 理 基 礎(chǔ) 圖 像 的 采 樣 和 量 化 數(shù) 字 圖 像 的 表 示 數(shù) 字 圖 像 的 質(zhì) 量 像 素 間 的 一 些 基 本 關(guān) 系 二 維 離 散 亮 度 函 數(shù) f(x,y) x， y說(shuō) 明 圖 像 像 素 的 空 間 坐 標(biāo) 函 數(shù) 值 f 代 表 了 在 點(diǎn) (x,y)處 像 素 的灰 度 值 二 維 矩

23、 陣 Am,n m , n說(shuō) 明 圖 像 的 寬 和 高 。 矩 陣 元 素 a(i， j)的 值 ， 表 示 圖 像 在 第 i 行 ， 第 j 列 的 像 素 的 灰 度 值 ； i,j表 示 幾何 位 置數(shù) 字 圖 像 的 表 示 圖 像 描 述 信 息 如 圖 像 高 度 和 寬 度 等 信 息 圖 像 數(shù) 據(jù) 順 序 存 放 的 連 續(xù) 數(shù) 據(jù) BMP格 式1. 位 圖 文 件 頭2. 位 圖 信 息 頭3. 調(diào) 色 板4. 圖 像 數(shù) 據(jù) headData數(shù) 字 圖 像 的 表 示 typedef struct tagBITMAPFILEHEADERWORDDWORD WORD W

24、ORD DWORD bfType;bfSize; bfReserved1; bfReserved2; bfOffBits; /文 件 類(lèi) 型 ， 必 須 是 字 符 串 ”BM”/指 定 文 件 大 小/保 留 字 ， 不 考 慮/保 留 字 ， 不 考 慮/從 文 件 頭 到 位 圖 數(shù) 據(jù) 的 偏 移 字 節(jié) 數(shù) BITMAPFILEHEADER;BMP格 式 1、 位 圖 文 件 頭 typedef struct tagBITMAPINFOHEADERDWORD LONG LONG WORD WORD DWORD DWORD LONG LONG DWORD DWORD biSize; b

25、iWidth; biHeight; biPlanes; biBitCount biCompression; biSizeImage;biXPelsPerMeter; biYPelsPerMeter; biClrUsed; biClrImportant; /該 結(jié) 構(gòu) 的 長(zhǎng) 度 ， 40個(gè) 字 節(jié)/圖 像 的 寬 度 ， 單 位 是 像 素/圖 像 的 高 度 ， 單 位 是 像 素/必 須 是 1/顏 色 位 數(shù) ， 如 1， 4， 8， 24/壓 縮 類(lèi) 型 ， 如 BI_RGB,BI_RLE4/實(shí) 際 位 圖 數(shù) 據(jù) 占 用 的 字 節(jié) 數(shù)/水 平 分 辨 率/垂 直 分 辨 率/實(shí) 際

26、 使 用 的 顏 色 數(shù)/重 要 的 顏 色 數(shù) BITMAPINFOHEADER;BMP格 式 2、 位 圖 信 息 頭 BMP格 式 3、 調(diào) 色 板typedef struct tagRGBQUADBYTE BYTE BYTE BYTE rgbBlue; rgbGreen; rgbRed; rgbReserved; /該 顏 色 的 藍(lán) 色 分 量/該 顏 色 的 綠 色 分 量/該 顏 色 的 紅 色 分 量/保 留 值 ， 不 考 慮 RGBQUAD;注 ： 有 些 位 圖 不 需 要 調(diào) 色 板 ， 如 真 彩 色 圖 ， 它 們 的 BITMAPINFOHEADER后 面 直 接

27、 是 位 圖 數(shù) 據(jù) BMP格 式 4、 實(shí) 際 的 圖 像 數(shù) 據(jù) 對(duì) 于 2色 位 圖 ， 1位 表 示 一 個(gè) 像 素 顏 色 ， 所 以 一 個(gè) 字 節(jié) 表 示 8個(gè) 像 素 對(duì) 于 16色 位 圖 ， 4位 表 示 一 個(gè) 像 素 顏 色 ， 所 以 一 個(gè) 字 節(jié) 表 示 2個(gè) 像 素 對(duì) 于 256色 位 圖 ， 1個(gè) 字 節(jié) 表 示 1個(gè) 像 素 對(duì) 于 真 彩 色 圖 ， 3個(gè) 字 節(jié) 表 示 一 個(gè) 像 素 數(shù) 字 圖 像 處 理 基 礎(chǔ) 圖 像 的 采 樣 和 量 化 數(shù) 字 圖 像 的 表 示 數(shù) 字 圖 像 的 質(zhì) 量 像 素 間 的 一 些 基 本 關(guān) 系 圖 像

28、的 質(zhì) 量 ： 1、 層 次 灰 度 級(jí) ： 表 示 像 素 明 暗 程 度 的 整 數(shù) 量例 如 ： 像 素 的 取 值 范 圍 為 0-255， 就 稱(chēng) 該 圖 像 為 256個(gè) 灰 度 級(jí) 的 圖 像 層 次 ： 表 示 圖 像 實(shí) 際 擁 有 的 灰 度 級(jí) 的 數(shù) 量例 如 ： 具 有 32種 不 同 取 值 的 圖 像 ， 可 稱(chēng) 該 圖 像 具 有 32個(gè) 層 次圖 像 數(shù) 據(jù) 的 實(shí) 際 層 次 越 多 ， 視 覺(jué) 效 果 就 越 好 256個(gè) 層 次 的 圖 像16個(gè) 層 次 的 圖 像64個(gè) 層 次 的 圖 像圖 像 的 質(zhì) 量 ： 1、 層 次 圖 像 的 質(zhì) 量 ： 2

29、、 對(duì) 比 度 對(duì) 比 度 ： 是 指 一 幅 圖 像 中 灰 度 反 差 的 大 小 對(duì) 比 度 = 最 大 亮 度 / 最 小 亮 度 與 清 晰 度 相 關(guān) 的 主 要 因 素 亮 度 對(duì) 比 度 尺 寸 大 小 細(xì) 微 層 次 顏 色 飽 和度圖 像 的 質(zhì) 量 ： 3、 清 晰 度 降 低 亮 度影 響 清 晰 度 因 素 1、 亮 度原 圖 降 低 對(duì) 比 度原 圖影 響 清 晰 度 因 素 2、 對(duì) 比 度 縮 小 尺 寸原 圖影 響 清 晰 度 因 素 3、 尺 寸 大 小 減 少 細(xì) 微 層 次原 圖影 響 清 晰 度 因 素 4、 細(xì) 微 層 次 降 低 顏 色 飽 和 度

30、原 圖影 響 清 晰 度 因 素 5、 顏 色 飽 和 度 數(shù) 字 圖 像 處 理 基 礎(chǔ) 圖 像 的 采 樣 和 量 化 數(shù) 字 圖 像 的 表 示 數(shù) 字 圖 像 的 質(zhì) 量 像 素 間 的 一 些 基 本 關(guān) 系 像 素 間 的 一 些 基 本 關(guān) 系 相 鄰 像 素 ： 4鄰 域 D鄰 域 8鄰 域 連 通 性 4連 通 8連 通 m連 通 距 離 (x-1,y) P (x+1,y) 4鄰 域 ： 像 素 p(x,y)的 4鄰 域 是 ： (x+1,y)；(x-1,y)； (x,y+1)； (x,y-1) 用 N4(p)表 示 像 素 p的 4鄰 域(x,y+1)(x,y-1)相 鄰

31、像 素 4鄰 域 D鄰 域 定 義 ： 像 素 p(x,y)的 D鄰 域 是 ：對(duì) 角 上 的 點(diǎn) (x+1,y+1)； (x+1,y-1)； (x-1,y+1)； (x-1,y-1) 用 ND(p)表 示 像 素 p的 D鄰 域相 鄰 像 素 D鄰 域(x-1,y+1) (x+1,y+1)(x-1,y-1) (x+1,y-1)P 相 鄰 像 素 8鄰 域 8鄰 域 定 義 ： 像 素 p(x,y)的 8鄰 域 是 ： 4鄰 域 的 點(diǎn) D鄰 域 的 點(diǎn) 用 N8(p)表 示 像 素 p的 8鄰 域 。 N8(p) = N4(p) + ND(p)P 連 通 性 是 描 述 區(qū) 域 和 邊 界

32、的 重 要 概 念 兩 個(gè) 像 素 連 通 的 兩 個(gè) 必 要 條 件 是 ： 兩 個(gè) 像 素 的 位 置 是 否 相 鄰 兩 個(gè) 像 素 的 灰 度 值 是 否 滿(mǎn) 足 特 定 的相 似 性 準(zhǔn) 則 （ 或 者 是 否 相 等 ） 4連 通 、 8連 通 、 m連 通 的 定 義像 素 間 的 連 通 性 對(duì) 于 具 有 值 V的 像 素 p和 q， 如 果 q在 集 合 N4(p)中 ， 則 稱(chēng) 這 兩 個(gè) 像 素 是 4 連 通 的像 素 的 連 通 性 4連 通p q 像 素 的 連 通 性 8連 通 對(duì) 于 具 有 值 V的 像 素 p和 q， 如 果 q在集 合 N8(p)中 ，

33、則 稱(chēng) 這 兩 個(gè) 像 素 是 8連 通 的 p q 對(duì) 于 具 有 值 V的 像 素 p和 q，如 果 :I. q在 集 合 N4(p)中 ， 或II. q在 集 合 ND(p)中 ， 并 且 N4(p)與 N4(q) 的 交 集 為 空 （ 沒(méi) 有 值 V的 像 素 ） 則 稱(chēng) 這兩 個(gè) 像 素 是 m連 通 的 ， 即 4連 通 和 D連 通 的 混 合 連 通 。像 素 的 連 通 性 m連 通 是 m連 通 不 是 m連 通像 素 的 連 通 性 m連 通 p q p q 通 路 的 定 義一 條 從 具 有 坐 標(biāo) (x,y)的 像 素 p,到 具 有 坐 標(biāo) (s,t) 的 像

34、素 q的 通 路 ， 是 具 有 坐 標(biāo)(x0,y0),(x1,y1),.,(xn,yn)的 不 同 像 素 的 序列 。 其 中 ， (x0,y0) = (x,y)， (xn,yn) = (s,t)， (xi,yi) 和 (xi-1,yi-1)是 鄰 接 的 ， 1 i n， n 是 路 徑 的 長(zhǎng) 度 。 如 果 (x0,y0) = (xn,yn) ,則 該 通 路 是 閉 合 通 路像 素 的 連 通 性 通 路 像 素 之 間 距 離 的 定 義 歐 氏 距 離 定 義 D 4 距 離 （ 城 市 距 離 ） 定 義 D 8 距 離 （ 棋 盤(pán) 距 離 ） 定 義像 素 的 連 通 性

35、 距 離 像 素 之 間 距 離 的 定 義對(duì) 于 像 素 p、 q和 z， 分 別 具 有 坐 標(biāo) (x,y)， (s,t)和 (u,v)， 如 果(1) D(p,q) 0 (D(p,q)=0， 當(dāng) 且 僅 當(dāng) p =q),(2) D(p,q) = D(q,p)(3) D(p,z) D(p,q) + D(q,z) 則 稱(chēng) D是 距 離 函 數(shù) 或 度 量 歐 式 距 離 定 義 像 素 p(x,y)和 q(s,t)間 的 歐 式 距 離定 義 如 下 ：D p, q x s2 y t2e 對(duì) 于 這 個(gè) 距 離 計(jì) 算 法 ， 具 有 與(x,y) 距 離 小 于 等 于 某 個(gè) 值 r的

36、像 素 是 ：包 含 在 以 (x,y)為 圓 心 ， 以 r為 半 徑的 圓 平 面 D4距 離 （ 城 市 距 離 ）像 素 p(x,y)和 q(s,t)之 間 的 D4距 離 定 義 為 ：D4(p,q) = |x s| + |y t| 具 有 D4 = 1的 像 素 是(x,y)的 4鄰 域 rD4距 離 舉 例 具 有 與 (x,y)距 離 小于 等 于 某 個(gè) 值 r的 那些 像 素 形 成 一 個(gè) 菱 形 例 如 ， 與 點(diǎn) (x,y)（ 中 心 點(diǎn) ） D4距 離 小 于 等 于 2的 像 素 ， 形 成 右 邊 固 定 距 離 的 輪 廓 22 1 22 1 0 1 22 1

37、 22 D8距 離 （ 棋 盤(pán) 距 離 ） 像 素 p(x,y)和q(s,t)之 間 的 D8距 離定 義 為 ：D8(p,q) = max(|x s| ,|y t|) rD8距 離 舉 例 具 有 與 (x,y)距 離 小于 等 于 某 個(gè) 值 r的 那些 像 素 形 成 一 個(gè) 正 方形 例 如 ， 與 點(diǎn) (x,y)（ 中心 點(diǎn) ） D 距 離 小 于 等8于 2的 像 素 ， 形 成 右 邊固 定 距 離 的 輪 廓 具 有 D8 = 1的 像 素 是(x,y)的 8鄰 域 2 2 2 2 22 1 1 1 22 1 0 1 22 1 1 1 22 2 2 2 2 數(shù) 字 圖 像 處

38、理 （ 1）任 何 問(wèn) 題 ？ 研 究 生 課 程 數(shù) 字 圖 像 處 理 Digital Image Processing彭 宇 新 北 京 大 學(xué) 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 技 術(shù) 研究 所 E_mail: 研 究 生 課 程圖 像 增 強(qiáng) 處 理 策 略處 理 方 法 空 域 方 法 點(diǎn) 處 理 （ 變 換 ）模 板 處 理 （ 濾 波 ）頻 域 方 法 全 局 處 理局 部 處 理處 理 對(duì) 象 灰 度 圖 像 彩 色 圖 像 空 間 域 圖 像 增 強(qiáng) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 基 本 概 念 點(diǎn) 運(yùn) 算 代 數(shù) 運(yùn) 算 直 方 圖 運(yùn) 算 應(yīng) 用 實(shí) 例 鏡 頭 邊 界 的 檢 測(cè) （ 補(bǔ) 充 知

39、 識(shí) ） 空 間 濾 波 器 平 滑 空 間 濾 波 器 銳 化 空 間 濾 波 器 基 本 概 念 圖 像 增 強(qiáng) 分 為 兩 類(lèi) ： 空 間 域 增 強(qiáng) ： 對(duì) 圖 像 的 像 素 直 接 處 理 頻 域 增 強(qiáng) ： 修 改 圖 像 的 傅 里 葉 變 換 （ 后 面 介 紹 ） 空 間 域 增 強(qiáng) ： gx, y Tf x, y f(x,y)是 原 圖 像 g(x,y)是 處 理 后 的 圖 像 T是 作 用 于 f的 操 作 ， 定 義 在 (x,y)的 鄰 域 空 間 域 增 強(qiáng) 的 簡(jiǎn) 化 形 式 ： s Tr r是 f(x,y)在 任 意 點(diǎn) (x,y)的 灰 度 級(jí) s是 g(

40、x,y)在 任 意 點(diǎn) (x,y)的 灰 度 級(jí) 點(diǎn) 運(yùn) 算 點(diǎn) 運(yùn) 算 1反 轉(zhuǎn) 變 換 ， 2對(duì) 數(shù) 變 換 0,L-1為 圖 像 的 灰 度 級(jí) 。 作 用 ： 黑 的 變 白 ， 白 的 變 黑 有 時(shí) 原 圖 的 動(dòng) 態(tài) 范 圍 太 大 ， 超 出 某 些 顯 示 設(shè) 備 的 允 許 動(dòng) 態(tài) 范 圍 ， 如 直 接 使 用 原 圖 ， 則 一 部 分 細(xì) 節(jié) 可 能 丟 失 解 決 辦 法 是 對(duì) 原 圖 進(jìn) 行 灰 度 壓 縮 ， 如 對(duì) 數(shù) 變 換反 轉(zhuǎn) 變 換 ： s L 1 r對(duì) 數(shù) 變 換 ： s c log1 r c是 常 數(shù)r 0 點(diǎn) 運(yùn) 算 1反 轉(zhuǎn) 變 換 ， 2對(duì)

41、 數(shù) 變 換 圖 a顯 示 了 值 為 0- 1.5106 的 傅 里 葉 頻 譜 在 一 個(gè) 8位 的 系 統(tǒng) 中 顯 示 圖 b顯 示 了 對(duì) 數(shù) 變 換 在 8位 系 統(tǒng) 中 的 顯 示 結(jié) 果a b 點(diǎn) 運(yùn) 算 3冪 次 變 換 冪 次 變 換 ： s cr c和 是 正 常 數(shù) 1 提 高 灰 度 級(jí) ， 在 正 比 函 數(shù) 上 方 ， 使 圖 像 變 亮 1 降 低 灰 度 級(jí) ， 在 正 比 函 數(shù) 下 方 ， 使 圖 像 變 暗 例 ： 人 體 胸 上 部 脊 椎 骨 折 的 核 磁 共 振 圖 像 1 提 高 灰 度 級(jí) ， 使 圖 像 變 亮 。 c=1, 0.6,0.4,

42、0.3點(diǎn) 運(yùn) 算 3冪 次 變 換 0.4增 強(qiáng) 效 果 最 好 點(diǎn) 運(yùn) 算 3冪 次 變 換 5 例 ： 航 空 地 面 圖 像 1降 低 灰 度 級(jí) ， 使 圖 像 變 暗 c=1, 3,4,5 3 4 點(diǎn) 運(yùn) 算 4對(duì) 比 度 拉 伸思 想 ： 提 高 圖 像 處 理 時(shí) 灰 度 級(jí) 的 動(dòng) 態(tài) 范 圍 點(diǎn) 運(yùn) 算 5灰 度 級(jí) 切 片關(guān) 心 范 圍 指 定 較 高 值 ， 其 它 保 持 不 變r(jià) r關(guān) 心 范 圍 指 定 較 高 值 ， 其 它 指 定 較 低 值s sa變 換 b變 換 一 幅 圖 像 a變 換 結(jié) 果 0255 255點(diǎn) 運(yùn) 算 5灰 度 級(jí) 切 片 點(diǎn) 運(yùn) 算

43、6位 平 面 切 片 位 平 面 切 片 假 設(shè) 圖 像 中 每 個(gè) 像 素 的 灰 度 級(jí) 是 256， 這 可以 用 8位 來(lái) 表示 ， 假 設(shè) 圖 像 是 由 8個(gè) 1位 平 面 組 成 ， 范 圍 從 位 平 面 0到 位平 面 7。 其 中 ， 位 平 面 0包 含 圖 像 中 像 素 的 最 低 位 ， 位 平 面 7包 含 像 素 的 最 高 位 點(diǎn) 運(yùn) 算 6位 平 面 切 片 作 用 通 過(guò) 對(duì) 特 定 位 提 高 亮 度 ， 改 善 圖 像 質(zhì) 量 較 高 位 （ 如 前 4位 ） 包 含 大 多 數(shù) 視 覺(jué) 重 要 數(shù) 據(jù) 較 低 位 （ 如 后 4位 ） 對(duì) 圖 像 中

44、 的 微 小 細(xì) 節(jié) 有 作 用 分 解 為 位 平 面 ， 可 以 分 析 每 一 位 在 圖 像 中 的 相 對(duì) 重 要 性 點(diǎn) 運(yùn) 算 6位 平 面 切 片一 幅 8比 特 分 形 圖 像 點(diǎn) 運(yùn) 算 6位 平 面 切 片 代 數(shù) 運(yùn) 算 算 術(shù) 運(yùn) 算 加 減 乘 除 :一 幅 圖 像 取 反 和 另 一 幅 圖 像 相 乘 邏 輯 運(yùn) 算 非 與 或 異 或 加 法 運(yùn) 算 的 定 義C(x,y) = A(x,y) + B(x,y) 主 要 應(yīng) 用 舉 例 去 除 疊 加 性 噪 聲 生 成 圖 像 疊 加 效 果代 數(shù) 運(yùn) 算 加 法 去 除 疊 加 性 噪 聲對(duì) 于 原 圖 像

45、f(x,y),有 一 個(gè) 噪 聲 圖 像 集 gi(x,y) i =1,2,.N其 中 ： gi(x,y) = f(x,y) + h(x,y)i假 設(shè) 噪 聲 h(x,y)均 值 為 0， 且 互 不 相 關(guān) N個(gè) 圖像 的 均 值 定 義 為 ：g(x,y) = 1/N(g0(x,y)+g1(x,y)+ gN(x,y)期 望 值 E(g(x,y) = f(x,y)上 述 圖 像 均 值 將 降 低 噪 聲 的 影 響代 數(shù) 運(yùn) 算 加 法 代 數(shù) 運(yùn) 算 加 法原 圖 噪 聲 圖 像N=8 N=16N=64 N=128 去 除 疊 加 性 噪 聲 星 系 圖 舉 例 N=8N=16N=64N

46、=128去 除 疊 加 性 噪 聲 星 系 圖 舉 例灰 度 級(jí)差 別 越 小， 圖像 越暗 原 圖 與 均 值 圖 像 的 差 值 圖 像 和 直 方 圖像 素 個(gè) 數(shù) 均值 減 小， 標(biāo) 準(zhǔn) 差 減 小 生 成 圖 像 疊 加 效 果 對(duì) 于 兩 個(gè) 圖 像 f(x,y)和h(x,y)的 均 值 有 ：g(x,y) = 1/2f(x,y) + 1/2h(x,y) 推 廣 這 個(gè) 公 式 為 ：g(x,y) = f(x,y) + h(x,y)其 中 + = 1可 以 得 到 各 種 圖 像 合 成 的 效 果 ， 也 可 以 用 于 兩 張 圖 片 的 銜 接代 數(shù) 運(yùn) 算 加 法 代 數(shù)

47、運(yùn) 算 加 法 減 法 的 定 義C(x,y) = A(x,y) - B(x,y) 主 要 應(yīng) 用 舉 例 顯 示 兩 幅 圖 像 的 差 異 ， 檢 測(cè) 同 一 場(chǎng) 景 兩 幅 圖 像 之 間 的 變 化如 ： 視 頻 中 鏡 頭 邊 界 的 檢 測(cè) 去 除 不 需 要 的 疊 加 性 圖 案 圖 像 分 割 ： 如 分 割 運(yùn) 動(dòng) 的 車(chē) 輛 ， 減 法 去 掉 靜 止 部 分 ， 剩 余 的 是 運(yùn) 動(dòng) 元 素 和 噪 聲代 數(shù) 運(yùn) 算 減 法 檢 測(cè) 同 一 場(chǎng) 景 兩 幅 圖 像 之 間 的 變 化設(shè) ： 時(shí) 間 1的 圖 像 為 T1(x,y)， 時(shí) 間 2的 圖 像 為 T2(x

48、,y)g(x,y) = T2 (x,y) - T1(x,y)例 ： 視 頻 中 鏡 頭 邊 界 的 檢 測(cè) (后 面 介 紹 )代 數(shù) 運(yùn) 算 減 法 去 除 不 需 要 的 疊 加 性 圖 案設(shè) ： 背 景 圖 像 b(x,y) ， 前 景 背 景 混 合 圖 像 f(x,y)g(x,y) = f(x,y) b(x,y)g(x,y) 為 去 除 了 背 景 的 圖 像 。代 數(shù) 運(yùn) 算 減 法 代 數(shù) 運(yùn) 算 減 法g(x,y) 疊 加 藍(lán) 色 背 景減 去 背 景 b(x,y) 去 除 不 需 要 的 疊 加 性 圖 案 例 ： 電 視 制作 的 藍(lán) 屏 技 術(shù) 問(wèn) 題 ？f(x,y) 代

49、 數(shù) 運(yùn) 算 乘 法 乘 法 的 定 義C(x,y) = A(x,y) * B(x,y) 主 要 應(yīng) 用 舉 例 圖 像 的 局 部 顯 示 用 二 值 蒙 板圖 像 與 原 圖 像 做 乘 法 代 數(shù) 運(yùn) 算 乘 法 非 的 定 義g(x,y) = 255 - f(x,y) 主 要 應(yīng) 用 舉 例 獲 得 一 個(gè) 陰 圖 像 獲 得 一 個(gè) 子 圖 像 的 補(bǔ) 圖像代 數(shù) 運(yùn) 算 1、 非 代 數(shù) 運(yùn) 算 1、 非 獲 得 一 個(gè) 陰 圖 像 =代 數(shù) 運(yùn) 算 1、 非 獲 得 一 個(gè) 子 圖 像 的 補(bǔ) 圖 像 與 運(yùn) 算 的 定 義g(x,y) = f(x,y) h(x,y) 主 要 應(yīng)

50、 用 舉 例 求 兩 個(gè) 子 圖 像 的 相 交 子 圖 =代 數(shù) 運(yùn) 算 2、 與 代 數(shù) 運(yùn) 算 2、 與 模 板 運(yùn) 算 ： 提 取 感 興 趣 的 子 圖 像 或 運(yùn) 算 的 定 義g(x,y) = f(x,y) v h(x,y) 主 要 應(yīng) 用 舉 例 合 并 子 圖 像 =代 數(shù) 運(yùn) 算 3、 或 代 數(shù) 運(yùn) 算 3、 或 模 板 運(yùn) 算 ： 提 取 感 興 趣 的 子 圖 像 異 或 運(yùn) 算 的 定 義g(x,y) = f(x,y) h(x,y) 主 要 應(yīng) 用 舉 例 獲 得 相 交 子 圖 像代 數(shù) 運(yùn) 算 4、 異 或 = 直 方 圖 運(yùn) 算 直 方 圖 定 義 直 方 圖

51、 均 衡 化 一 個(gè) 灰 度 級(jí) 在 范 圍 0， L-1的 數(shù) 字 圖 像 的 直 方 圖 是 一 個(gè) 離 散 函 數(shù)h(rk)= nknk是 圖 像 中 灰 度 級(jí) 為 rk的 像 素 個(gè) 數(shù)rk 是 第 k個(gè) 灰 度 級(jí) ， k = 0,1,2,L-1由 于 rk的 增 量 是 1， 直 方 圖 可 表 示 為 ：p(k)= nk 即 ， 圖 像 中 不 同 灰 度級(jí) 像 素 出 現(xiàn) 的 次 數(shù)直 方 圖 定 義 圖 像 直 方 圖 的 定 義 （ 1） 圖 像 直 方 圖 的 定 義 （ 2）一 個(gè) 灰 度 級(jí) 在 范 圍 0， L-1的 數(shù) 字 圖 像 的 直 方 圖 是 一 個(gè) 離

52、 散 函 數(shù)p(rk)= nk/nn 是 圖 像 的 像 素 總 數(shù) nk是 圖 像 中 灰 度 級(jí) 為 rk的 像 素 個(gè) 數(shù)rk 是 第 k個(gè) 灰 度 級(jí) ， k = 0,1,2,L-1直 方 圖 定 義 兩 種 圖 像 直 方 圖 定 義 的 比 較其 中 ， 定 義 （ 2） 使 函 數(shù) 值 正 則 化 到 0,1區(qū) 間 ， 成 為 實(shí) 數(shù)函 數(shù) 函 數(shù) 值 的 范 圍 與 象 素 的 總 數(shù) 無(wú) 關(guān) 給 出 灰 度 級(jí) rk在 圖 像 中 出 現(xiàn) 的 概 率 密 度 統(tǒng) 計(jì)直 方 圖 定 義 h(rk)= nk 定 義 (1)p(rk)= nk/n 定 義 (2) 圖 像 直 方 圖

53、 的 定 義 舉 例p(rk) r k 直 方 圖 定 義 灰 度 級(jí) rk像 素 數(shù) 目 p(rk) 直 方 圖 均 衡 化 達(dá) 到 的 效 果 直 方 圖 應(yīng) 用 舉 例 直 方 圖 均 衡 化 希 望 一 幅 圖 像 的 像 素 占 有 全 部 可 能 的 灰 度級(jí) 且 分 布 均 勻 ， 能 夠 具 有 高 對(duì) 比 度 使 用 的 方 法 是 灰 度 級(jí) 變 換 ： s = T(r) 基 本 思 想 是 把 原 始 圖 的 直 方 圖 變 換 為 均 勻分 布 的 形 式 ， 這 樣 就 增 加 了 像 素 灰 度 值 的動(dòng) 態(tài) 范 圍 ， 從 而 達(dá) 到 增 強(qiáng) 圖 像 整 體 對(duì)

54、比 度的 效 果直 方 圖 均 衡 化 直 方 圖 均 衡 化 0 r 1s=T(r)T(r)滿(mǎn) 足 下 列 兩 個(gè) 條 件 ：（ 1） T(r)在 區(qū) 間 0 r 1中 為 單 值 且 單 調(diào) 遞 增（ 2） 當(dāng) 0 r 1時(shí) ,0 T(r) 1條 件 （ 1） 保 證 原 圖 各 灰 度 級(jí) 在 變 換 后 仍 保 持 從 黑 到 白 （ 或 從 白 到 黑 ） 的 排 列 次 序條 件 （ 2） 保 證 變 換 前 后 灰 度 值 動(dòng) 態(tài) 范 圍 的 一 致 性 直 方 圖 均 衡 化Pr(r)是 r的 概 率 密 度 函 數(shù) ， Ps(s)是 s的 概 率 密 度 函 數(shù) ， Pr(r

55、)和 T(r)已 知 ， 且 T-1(s) 滿(mǎn) 足 上 述 條 件 (1)， 所 以 dss rP s P r dr 直 方 圖 均 衡 化 r已 知 一 種 重 要 的 變 換 函 數(shù) ： s T r 0 pr w dwds dTdr dr rr r p w dw p r dr r d 0關(guān) 于 上 限 的 定 積 分 的 導(dǎo) 數(shù) 就 是 該 上 限 的 積 分 值（ 萊 布 尼 茨 準(zhǔn) 則 ） 1 1p r p r dr rrps s pr r ds 直 方 圖 均 衡 化 n對(duì) 于 離 散 值 ： p r nkr k jr jk k nnp r s T r kj 0j 0k 0,1,2,

56、L-1sk稱(chēng) 作 直 方 圖 均 衡 化將 輸 入 圖 像 中 灰 度 級(jí) 為 r k（ 橫 坐 標(biāo) ） 的 像 素 映 射 到 輸 出 圖 像 中 灰 度 級(jí) 為 sk （ 橫 坐 標(biāo) ） 的 對(duì) 應(yīng) 像 素 得 到已 知 變 換 函 數(shù) 的 離 散 形 式 為 ： k jr j nnp r sk Trk kj0 kj0直 方 圖 均 衡 化 r ksk 應(yīng) 用 鏡 頭 邊 界 的 檢 測(cè) 為 什 么 要 補(bǔ) 充 該 部 分 知 識(shí) ？ 涉 及 兩 幅 圖 像 相 減 涉 及 直 方 圖 知 識(shí) 涉 及 兩 幅 圖 像 直 方 圖 的 相 減 什 么 是 鏡 頭 ？ 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法

57、1連 續(xù) 幀 相 減 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 2連 續(xù) 幀 的 直 方 圖 相 減 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 3時(shí) 空 切 片 分 析 什 么 是 鏡 頭 ？ 從 視 頻 的 制 造 產(chǎn) 生 來(lái) 看 ， 視 頻 由 一 個(gè) 個(gè) 鏡 頭 (shot)所 組 成 一 個(gè) 鏡 頭 是 指 一 系 列 連 續(xù) 記 錄 的 圖 像 幀 ， 用 于 表 示 一 個(gè) 時(shí) 間 段 或 相 同 地 點(diǎn) 連 續(xù) 的 動(dòng) 作 鏡 頭 由 攝 像 機(jī) 一 次 攝 像 的 開(kāi) 始 和 結(jié) 束 所 決 定 什 么 是 鏡 頭 ？ 檢 測(cè) 到 鏡 頭 及 由 鏡 頭 產(chǎn) 生 的 關(guān) 鍵 幀 ， 可 以 ： 提 供 基 于 關(guān)

58、 鍵 幀 的 視 頻 瀏 覽 提 供 基 于 內(nèi) 容 的 視 頻 檢 索 和 查 詢(xún) 計(jì) 算 機(jī) 自 動(dòng) 分 析 和 總 結(jié) ， 節(jié) 省 人 力 和 時(shí) 間 使 海 量 視 頻 數(shù) 據(jù) 的 管 理 和 索 引 成 為 可 能 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 1連 續(xù) 幀 相 減 算 法 原 理 ： 計(jì) 算 相 鄰 兩 幀 像 素 變 化 的 數(shù) 目 。 當(dāng) 超 過(guò) 設(shè) 定 的 閾 值 時(shí) ， 即 找 到 鏡 頭 的 邊 界 缺 點(diǎn) ： 對(duì) 攝 像 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 敏 感 ， 如 放 縮 、 平 移 解 決 辦 法 ： 通 過(guò) 濾 波 器 的 使 用 來(lái) 降 低 。 在 比 較 一 幀 的 每 個(gè) 像 素

59、前 ， 用 它 的 鄰 近 區(qū) 域 的 平 均 值 來(lái) 代 替 ， 這 也 過(guò) 濾 了 輸 入 圖 像 的 一 些 噪 聲 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 2直 方 圖 相 減 算 法 原 理 ： 統(tǒng) 計(jì) 相 鄰 兩 幀 中 所 有 像 素 在 不 同 灰 度 （ 顏 色 ） 上 的 分 布 差 異 ， 當(dāng) 差 異 的 累 加 值 超 過(guò) 閾 值 T時(shí) ， 即 檢 測(cè) 到 鏡 頭 邊 界（ 后 面 有 算 法 的 詳 細(xì) 說(shuō) 明 ） 優(yōu) 點(diǎn) ： 對(duì) 對(duì) 象 運(yùn) 動(dòng) 不 敏 感 ， 因 為 直 方 圖 忽 略 了 幀 內(nèi) 的 空 間 變 化 缺 點(diǎn) ： 可 能 兩 個(gè) 圖 像 有 類(lèi) 似 的 直 方 圖

60、但 卻 是 完 全 不 同 的 內(nèi) 容 。 然 而 ， 這 種 事件 的 概 率 是 足 夠 低 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 2直 方 圖 相 減（ 1） 首 先 計(jì) 算 相 鄰 兩 幀 顏 色 分 布 差 值 的 均 值 和 方 差 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 2直 方 圖 相 減參 考 文 獻(xiàn) ：H.J.Zhang,A.Kankanhalli,and S.W.Smoliar, “Automatic Partitioning of Full-Motion Video”. ACM Multimedia System, Apr.1993. 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 3時(shí) 空 切 片 分 析 什 么 是 時(shí)

61、 空 切 片 spatio-temporal slices？ 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 3時(shí) 空 切 片 分 析 顏 色 和 紋 理 的 不 連 續(xù) ， 表 明 鏡 頭 邊 界 的 出 現(xiàn) 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 3時(shí) 空 切 片 分 析 紋 理 的 方 向 表 明 攝 像 機(jī) 和 對(duì) 象 的 不 同 運(yùn) 動(dòng) 鏡 頭 檢 測(cè) 方 法 3時(shí) 空 切 片 分 析 參 考 文 獻(xiàn) ：C.W.Ngo,T.C.Pong,and R.T.Chin. “Video Partitioning by Temporal Slice Coherency”. IEEE Transactions on Circuits

62、and Systems for Video Technology, Aug.2001. 空 間 域 圖 像 增 強(qiáng) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 基 本 概 念 點(diǎn) 運(yùn) 算 代 數(shù) 運(yùn) 算 直 方 圖 運(yùn) 算 應(yīng) 用 鏡 頭 邊 界 的 檢 測(cè) 空 間 濾 波 器 平 滑 空 間 濾 波 器 銳 化 空 間 濾 波 器 空 間 濾 波 器 空 間 濾 波 和 空 間 濾 波 器 的 定 義 使 用 空間 模 板 進(jìn) 行 的 圖 像 處 理 ， 被 稱(chēng)為 空 間 濾 波 。 模 板 本 身 被 稱(chēng) 為 空 間 濾 波 器 空 間 濾 波 和 空 間 濾 波 器 的 定 義 在 MN 的 圖 像 f上 ， 使

63、用 mn 的 濾 波 器 ：a bgx, y ws, t f x s, y t sat b其 中 ， m=2a+1,n=2b+1, w(s,t)是 濾 波器 系 數(shù) ， f(x,y)是 圖 像 值 空 間 濾 波 的 簡(jiǎn) 化 形 式 ： mnR w1z1 w2z2 .wmnzmn wi zi i1其 中 ， w是 濾 波 器 系 數(shù) ， z是 與 該 系 數(shù) 對(duì) 應(yīng) 的 圖 像 灰 度 值 ， mn為 濾 波 器 中 包 含 的 像 素 點(diǎn) 總 數(shù) 平 滑 空 間 濾 波 器 的 作 用 模 糊 處 理 :去 除 圖 像 中 一 些 不 重 要 的 細(xì) 節(jié) 減 小 噪 聲 平 滑 空 間 濾

64、波 器 的 分 類(lèi) 線(xiàn) 性 濾 波 器 ： 均 值 濾 波 器 非 線(xiàn) 性 濾 波 器 最 大 值 濾 波 器 中 值 濾 波 器 最 小 值 濾 波 器 線(xiàn) 性 濾 波 器 包 含 在 濾 波 器 鄰 域 內(nèi) 像 素 的 平 均 值 ， 也 稱(chēng) 為 均 值 濾 波 器 作 用 減 小 圖 像 灰 度 的 “尖 銳 ”變 化 ， 減 小 噪 聲 由 于 圖 像 邊 緣 是 由 圖 像 灰 度 尖 銳 變 化 引 起 的 ， 所 以 也 存 在 邊 緣 模 糊 的 問(wèn) 題 線(xiàn) 性 濾 波 器 a ba b ws, t sat bws, t f x s, y t gx, y sat b a b圖

65、a是 標(biāo) 準(zhǔn) 的 像 素 平 均 值 圖 b是 像 素 的 加 權(quán) 平 均 ，表 明 一 些 像 素 更 為 重 要 線(xiàn) 性 濾 波 器 例 1原 圖 3 x 35 x 5 9 x 9 15 x 15 35 x 35 線(xiàn) 性 濾 波 器 例 2原 圖 15 x 15 閾 值 25 x b圖 像 的 最 高 亮 度提 取 感 興 趣 物 體 而 模 糊 圖 像 什 么 是 統(tǒng) 計(jì) 排 序 濾 波 器 ？ 是 一 種 非 線(xiàn) 性 濾 波 器 基 于 濾 波 器 所 在 圖 像 區(qū) 域 中 像 素 的 排 序 ， 由 排 序 結(jié) 果 決 定 的 值 代 替 中 心 像 素 的 值 分 類(lèi) 中 值 濾

66、 波 器 ： 用 像 素 領(lǐng) 域 內(nèi) 的 中 間 值 代 替 該 像 素 最 大 值 濾 波 器 ： 用 像 素 領(lǐng) 域 內(nèi) 的 最 大 值 代 替 該 像 素 最 小 值 濾 波 器 ： 用 像 素 領(lǐng) 域 內(nèi) 的 最 小 值 代 替 該 像 素統(tǒng) 計(jì) 排 序 濾 波 器 中 值 濾 波 器 主 要 用 途 ： 去 除 噪 聲 計(jì) 算 公 式 ： R = mid zk | k = 1,2,n 最 大 值 濾 波 器 主 要 用 途 ： 尋 找 最 亮 點(diǎn) 計(jì) 算 公 式 ： R = max zk | k = 1,2,n 最 小 值 濾 波 器 主 要 用 途 ： 尋 找 最 暗 點(diǎn) 計(jì) 算 公 式 ： R = min zk | k = 1,2,n統(tǒng) 計(jì) 排 序 濾 波 器 中 值 濾 波 的 原 理 用 模 板 區(qū) 域 內(nèi) 像 素 的 中 間 值 ， 作 為 結(jié) 果 值R = mid zk | k = 1,2,n 強(qiáng) 迫 突 出 的 亮 點(diǎn) （ 暗 點(diǎn) ） 更 象 它 周 圍 的 值 ， 以 消 除 孤 立 的 亮 點(diǎn) （ 暗 點(diǎn) ）中 值 濾 波 器 中 值 濾 波 算 法 的 實(shí)