《數(shù)字圖像處理概述》PPT課件.ppt

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第1章數(shù)字圖像處理概述,1,第1章緒論,1.1圖像基本概念1.2圖像工程簡介1.3圖像處理系統(tǒng),補充內容：數(shù)字圖像處理常用術語應用領域基本方法基本數(shù)據(jù)結構,第1章數(shù)字圖像處理概述,2,1.1圖像基本概念,1.1.1圖像和數(shù)字圖像1.1.2圖像的表達,第1章數(shù)字圖像處理概述,3,什么是圖像,用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產(chǎn)生視知覺的實體“圖”是物體投射或反射光的分布，“像”是人的視覺系統(tǒng)對圖的接受在大腦中形成的印像或反映。圖像是自然界景物的客觀反映。舉例：人眼所見照片電視電影,第1章數(shù)字圖像處理概述,4,人眼所見,第1章數(shù)字圖像處理概述,5,照片,第1章數(shù)字圖像處理概述,6,電視電影,第1章數(shù)字圖像處理概述,7,圖像的表達,圖像表示2-D數(shù)組f(x,y)x，y：2-D空間XY中坐標點的位置f：代表圖像在(x,y)的性質F的數(shù)值f，x，y的值可以是任意實數(shù)性質F:可對應不同物理量灰度圖像里用灰度表示,第1章數(shù)字圖像處理概述,8,圖像的表達,圖像表示矩陣矢量,第1章數(shù)字圖像處理概述,9,圖片感知,在畫圖軟件中放大圖像像素的概念,第1章數(shù)字圖像處理概述,10,數(shù)字圖像(灰度),數(shù)字圖像是指由被稱作像素的小塊區(qū)域組成的二維矩陣。將物理圖像行列劃分后，每個小塊區(qū)域稱為像素（pixel）。每個像素包括兩個屬性：位置和灰度。對于單色即灰度圖像而言，每個像素的亮度用一個數(shù)值來表示，通常數(shù)值范圍在0到255之間，即可用一個字節(jié)來表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度。,第1章數(shù)字圖像處理概述,11,物理圖像與數(shù)字圖像的對應,第1章數(shù)字圖像處理概述,12,灰度級,第1章數(shù)字圖像處理概述,13,數(shù)字圖像舉例(灰度),125,153,158,157,127,70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,164,165,167,175,175,166,133,60,133,154,158,100,116,120,97,74,54,74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115,88,49,灰度圖像數(shù)值矩陣(前兩行),128128,2631,第1章數(shù)字圖像處理概述,14,數(shù)字圖像(彩色),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(shù)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，這種情況下每個像素可用三個字節(jié)來表示。三基色原理：絕大多數(shù)顏色可以分解成紅、綠、藍三種色光。感知畫圖-顏色-編輯顏色-規(guī)定自定義顏色,第1章數(shù)字圖像處理概述,15,數(shù)字圖像舉例(彩色),128128,2531,(207,137,130)(220,179,163)(215,169,161)(210,179,172)(210,179,172)(207,154,146)(217,124,121)(226,144,133)(226,144,133)(224,137,124)(227,151,136)(227,151,136)(226,159,142)(227,151,136)(230,170,154)(231,178,163)(231,178,163)(231,178,163)(236,187,171)(236,187,171)(239,195,176)(239,195,176)(240,205,187)(239,195,176)(231,138,123),第1章數(shù)字圖像處理概述,16,RGB色彩模式,RGB色彩模式是工業(yè)界的一種顏色標準，是通過對紅(R)、綠(G)、藍(B)三個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色RGB即是代表紅、綠、藍三個通道的顏色這個標準幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運用最廣的顏色系統(tǒng)之一,第1章數(shù)字圖像處理概述,17,RGB色彩模式,RGB色彩模式使用RGB模型為圖像中每一個像素的RGB分量分配一個0255范圍內的強度值。例如：純紅色R值為255，G值為0，B值為0；灰色的R、G、B三個值相等（除了0和255）；白色的R、G、B都為255；黑色的R、G、B都為0。RGB圖像只使用三種顏色，就可以使它們按照不同的比例混合，在屏幕上重現(xiàn)16777216種顏色。,第1章數(shù)字圖像處理概述,18,R、G、B三基色,彩色空間,第1章數(shù)字圖像處理概述,19,舉例2,彩色原圖,紅色分量,綠色分量,藍色分量,第1章數(shù)字圖像處理概述,20,圖像的數(shù)據(jù)量計算,灰度圖像彩色圖像視頻,第1章數(shù)字圖像處理概述,21,1.2圖像工程簡介,1.2.1圖像技術和圖像工程1.2.2圖像工程的三個層次1.2.3圖像工程相關學科和領域1.2.4圖像工程的技術應用,第1章數(shù)字圖像處理概述,22,1.2.1圖像技術和圖像工程,圖像技術圖像技術在廣義上是各種與圖像有關的技術的總稱主要功能/作用包括：對圖像的各種加工（見下）基于加工結果的判斷決策和行為規(guī)劃為此進行的硬件設計及制作,第1章數(shù)字圖像處理概述,23,1.2.2圖像工程的三個層次,圖像工程：不同層次圖像技術的有機結合及應用圖像工程三層次：圖像處理（圖像圖像）圖像分析（圖像數(shù)據(jù)）圖像理解（圖像解釋）,第1章數(shù)字圖像處理概述,24,1.2.2圖像工程的三個層次,第1章數(shù)字圖像處理概述,25,1.2.3圖像工程相關學科和領域,第1章數(shù)字圖像處理概述,26,1.2.3圖像工程相關學科和領域,主要相關學科：圖形學：原指用圖形、圖表、繪圖等形式表達數(shù)據(jù)信息的科學，而計算機圖形學研究的就是如何利用計算機技術來產(chǎn)生這些形式圖像模式識別：試圖把圖像分解成可用符號較抽象地描述的類別計算機視覺：主要強調用計算機實現(xiàn)人的視覺功能，目前的研究內容主要與圖像理解相結合,第1章數(shù)字圖像處理概述,27,1.2.4圖像工程的技術應用,應用領域示例(1)視頻通信：可視電話，電視會議，按需電視，遠程教育；(2)文字檔案：文字識別，過期檔案復原，郵件分撿，支票，簽名辮偽，辦公自動化；(3)生物醫(yī)學：紅白學球計數(shù)，染色體分析、X光、CT、MRI、PET圖像分析，醫(yī)學手術模擬規(guī)劃，遠程醫(yī)療；(4)遙感測繪：巡航導彈制導，無人駕駛飛機飛行，精確制導，礦藏勘探，資源探測，氣象預報，自然災害監(jiān)測；(5)工業(yè)生產(chǎn)：工業(yè)檢測，工業(yè)探傷，自動生產(chǎn)流水線監(jiān)控，移動機器人，無損探測，金相分析，印刷板質量檢驗，精細印刷品缺陷檢測；(6)軍事公安：雷達圖像分析、巡航導彈路徑規(guī)劃/制導，罪犯臉形合成、識別，指紋、印章的鑒定識別；(7)交通管理：太空探測、航天飛行、公路交通管理。,第1章數(shù)字圖像處理概述,28,內容回顧,1.1圖像基本概念圖像數(shù)字圖像（灰度、彩色）RGB色彩模式圖像表達1.2圖像工程簡介圖像技術圖像工程的3個層次涉及的學科,第1章數(shù)字圖像處理概述,29,1.3圖像處理系統(tǒng),1.3.1系統(tǒng)構成框圖1.3.2圖像采集1.3.3圖像顯示打印1.3.4圖像存儲1.3.5圖像處理,第1章數(shù)字圖像處理概述,30,數(shù)字圖像處理,數(shù)字圖像處理就是利用計算機系統(tǒng)對數(shù)字圖像進行各種目的的處理。數(shù)字圖像處理的內容包括圖像變換、圖像編碼、圖像增強、圖像恢復、圖像分割、圖像的理解和識別。,第1章數(shù)字圖像處理概述,31,數(shù)字圖像處理舉例,第1章數(shù)字圖像處理概述,32,數(shù)字圖像處理系統(tǒng),數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像數(shù)字化設備、圖像處理計算機和圖像輸出設備組成，如下圖所示：,第1章數(shù)字圖像處理概述,33,系統(tǒng)構成框圖,第1章數(shù)字圖像處理概述,34,數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成部分,圖像數(shù)字化設備：掃描儀、數(shù)碼相機、攝像機與圖像采集卡等。圖像處理計算機：PC、工作站等。圖像輸出設備：打印機等。圖像輸入設備日益向高速度、高分辨率、多功能、智能化方向發(fā)展。,第1章數(shù)字圖像處理概述,35,圖像輸入設備,掃描儀平板式、手持式、滾筒式攝像機輸入速度快、靈敏度高、使用方便,第1章數(shù)字圖像處理概述,36,數(shù)字圖像處理的術語,由于數(shù)字圖像處理是多學科交叉領域，因此充斥著相互矛盾和不準確的定義。數(shù)字圖像處理：是指將一幅圖像轉變?yōu)榱硪环鶊D像。數(shù)字圖像分析：是指將一幅圖像轉換為一種非圖像的表示。但數(shù)字圖像處理通常又包括數(shù)字圖像分析。如天氣預報，視頻統(tǒng)計等。,第1章數(shù)字圖像處理概述,37,數(shù)字圖像處理的術語,計算機圖形學：用計算機將由概念或數(shù)學描述所表示的物體圖像（非實物）進行處理和顯示的過程。如機械圖、建筑圖等，通過建筑圖統(tǒng)計水泥、鋼筋用量等。計算機視覺：用計算機技術發(fā)展能夠理解自然景物的系統(tǒng)。如機器人足球等。,第1章數(shù)字圖像處理概述,38,數(shù)字圖像處理的術語,數(shù)字化和顯示：將一幅圖像從原有形式轉換為數(shù)字形式。顯示是數(shù)字化的逆過程。掃描：對象素的尋址。采樣、采樣密度：對應象素灰度值的測量。通常轉變?yōu)殡妷褐?。量化：將電壓值用一個整數(shù)表示?；叶确直媛剩簣D像中包含的灰度級數(shù)。對比度：圖像中灰度反差的大小。噪聲：通常在數(shù)字化過程中引入的誤差。,第1章數(shù)字圖像處理概述,39,調色板,調色板（palette）：圖像的色彩索引表。若圖像的色彩數(shù)遠小于全色彩數(shù)時，當每個像素的值用色彩索引表的位置表示就可以大大節(jié)約存儲空間。這種技術長用于各種圖像的存儲格式中，如bmp,tif,gif等。舉例計算數(shù)據(jù)量,第1章數(shù)字圖像處理概述,40,HSI模型,HSI模型基于人類對顏色的感覺，HSI模型描述顏色的三個基本特征。,第1章數(shù)字圖像處理概述,41,HSI模型,H：色相是從物體反射或透過物體傳播的顏色。在0到360度的標準色輪上，色相是按位置度量的。在通常的使用中，色相是由顏色名稱標識的，比如紅、橙或綠色。S：飽和度，有時也稱彩度，是指顏色的強度或純度。飽和度表示色相中灰成分所占的比例，用從0%（灰色）到100%（完全飽和）的百分比來度量。在標準色輪上，從中心向邊緣飽和度是遞增的。I：亮度是顏色的相對明暗程度，通常用從0%（黑）到100%（白）的百分比來度量。,第1章數(shù)字圖像處理概述,42,彩色原圖,H分量,S分量,I分量,第1章數(shù)字圖像處理概述,43,數(shù)字圖像的存儲,行掃描存儲以行掃描順序，自左向右，從上到下將圖像的每個像素順序存儲在字節(jié)矩陣中交叉存儲方式即隔行存儲或隔行隔列存儲。前者叫一維交叉，后者叫二維交叉。交叉存儲的優(yōu)點是顯示時即使沒有讀出全部圖像數(shù)據(jù)，也可構成原始圖像的近似輪廓。顯然，這種存儲方式非常適合于強調傳輸速度、對圖像精度要求不很苛刻的系統(tǒng)。,第1章數(shù)字圖像處理概述,44,交叉存儲方式,第1章數(shù)字圖像處理概述,45,數(shù)字圖像的存儲,有損壓縮存儲方式存儲時記錄圖像主體特征信息，忽略部分冗余、附屬信息。這種方法存儲的圖像與原始圖像不完全一致，但失真度在允許的范圍內矢量存儲方式矢量存儲方式只記錄圖像的輪廓（向量）部分，而不是存儲圖像中每個點的信息，換句話說，它僅僅存儲原始圖像中的一些比較高級的圖形結構（如線段，弧，圓等）。這種文件格式中存儲的圖像內容實際為一系列的繪圖命令，指示應用程序如何操作，從而構成原始圖,第1章數(shù)字圖像處理概述,46,數(shù)字圖像文件組成,識別信息文件識別-圖像文件識別碼和版本代號。文件識別碼用以判斷文件格式-版本代號用于指定同類文件屬于第幾代產(chǎn)品，不同版本的同一類圖像文件其數(shù)據(jù)結構有所區(qū)別圖像識別圖像識別信息通常包括圖像的寬度和高度、一個圖像像素所需的比特數(shù)與彩色位平面數(shù)、數(shù)據(jù)壓縮格式和調色板個數(shù)。圖像數(shù)據(jù),第1章數(shù)字圖像處理概述,47,常用圖像文件格式,GIFCompuserve網(wǎng)上圖像在線傳輸改進的LZW壓縮法PNGWWW網(wǎng)絡圖像傳輸改進的LZ壓縮法BMPWindowsRLE4、RLE8或不壓縮,JPEG存儲照片類圖像有損編碼壓縮AVI多媒體（音視頻圖像）數(shù)字化視頻壓縮WMFWindows,第1章數(shù)字圖像處理概述,48,常用圖像文件格式分類,常用圖像文件可分為兩類：位圖文件-TGA、PCX、TIFF、GIF、PNG、BMP、JPEG、AVI矢量文件-WMF、PostScript,第1章數(shù)字圖像處理概述,49,數(shù)字圖像處理的應用,隨著微電子與計算機技術的高速發(fā)展，圖像數(shù)字化設備如CCD攝像機、掃描儀、數(shù)碼相機、圖像采集卡的成本大大降低，普通的微機已經(jīng)可以勝任部分圖像處理任務，使得圖像處理的應用越來越廣泛，可以預見在不久的將來，圖像及視頻處理的應用將與目前語音處理的應用一樣變得日益普及和重要。,第1章數(shù)字圖像處理概述,50,主要應用,航天航空生物醫(yī)學工程通訊領域工業(yè)軍事公安文化藝術,第1章數(shù)字圖像處理概述,51,應用1：航空航天,登月、火星照片處理飛機遙感、衛(wèi)星遙感氣象預報,第1章數(shù)字圖像處理概述,52,阿波羅登月,第1章數(shù)字圖像處理概述,53,應用2：生物醫(yī)學工程,CT、MRI（核磁共振）、B超顯微圖像：紅細胞、白細胞、染色體的分析X光、心電圖,第1章數(shù)字圖像處理概述,54,第1章數(shù)字圖像處理概述,55,第1章數(shù)字圖像處理概述,56,第1章數(shù)字圖像處理概述,57,應用3：通訊領域,發(fā)展趨勢：多媒體通訊電話、電視、計算機三網(wǎng)合一,第1章數(shù)字圖像處理概述,58,應用4：工業(yè),印刷電路板機器人視覺零件檢測郵政信件的自動檢測,第1章數(shù)字圖像處理概述,59,應用5：軍事公安,導彈制導偵察照片的處理指紋識別、人臉識別車牌自動識別,第1章數(shù)字圖像處理概述,60,第1章數(shù)字圖像處理概述,61,應用6：文化藝術,電視畫面的數(shù)字編輯動畫制作游戲紡織工藝品設計發(fā)型設計文物資料圖片的修復,第1章數(shù)字圖像處理概述,62,數(shù)字圖像處理的基本方法,兩類處理方法：空間域方法變換域方法（即頻率域方法）,第1章數(shù)字圖像處理概述,63,數(shù)字圖像處理的基本數(shù)據(jù)結構,數(shù)字圖像處理中常用的數(shù)據(jù)結構包括矩陣、鏈碼、屬性圖等,第1章數(shù)字圖像處理概述,64,鏈碼,二值圖像表示的數(shù)據(jù)結構鏈碼什么是二值圖像：只有黑白兩種灰度，如文字識別，邊界輪廓等；什么是鏈碼：通過規(guī)定鏈的起點坐標和鏈的斜率序列，就可以完全描述曲線和直線；鏈碼的分類：根據(jù)斜率是45。，60。，90。的倍數(shù)，分為八向鏈碼，六向鏈碼和四向鏈碼等。鏈碼的優(yōu)點：減少信息存儲量。,第1章數(shù)字圖像處理概述,65,鏈碼,第1章數(shù)字圖像處理概述,66,鏈碼及其編碼,第1章數(shù)字圖像處理概述,67,鏈碼編碼實例,十進制鏈碼：11222110076654570二進制自然碼：001001010010010001001000000111110110101100101111000,第1章數(shù)字圖像處理概述,68,小結,數(shù)字圖像的像素和灰度概念數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的三個基本結構數(shù)字圖像處理、數(shù)字圖像分析、計算機圖像學、計算機視覺等異同。掃描、采樣、量化、噪聲、灰度分辨率、對比度等概念。了解典型數(shù)字圖像處理的應用。數(shù)字圖像處理的基本方法、基本數(shù)據(jù)結構。數(shù)字圖像的存儲,第1章數(shù)字圖像處理概述,69,作業(yè)題,數(shù)字圖像的表示數(shù)字圖像系統(tǒng)的基本組成數(shù)字圖像的存儲計算一幅1024*1024的真彩色圖像未壓縮的數(shù)據(jù)量鏈碼編碼,