《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(jiǎn)介1.3圖像處理系統(tǒng),補(bǔ)充內(nèi)容：數(shù)字圖像處理常用術(shù)語應(yīng)用領(lǐng)域基本方法基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),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(dá),第1章數(shù)字圖像處理概述,3,什么是圖像,用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺的實(shí)體“圖”是物體投射或反射光的分布，“像”是人的視覺系統(tǒng)對(duì)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(dá),圖像表示2-D數(shù)組f(x,y)x，y：2-D空間XY中坐標(biāo)點(diǎn)的位置f：代表圖像在(x,y)的性質(zhì)F的數(shù)值f，x，y的值可以是任意實(shí)數(shù)性質(zhì)F:可對(duì)應(yīng)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(dá),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(gè)小塊區(qū)域稱為像素（pixel）。每個(gè)像素包括兩個(gè)屬性：位置和灰度。對(duì)于單色即灰度圖像而言，每個(gè)像素的亮度用一個(gè)數(shù)值來表示，通常數(shù)值范圍在0到255之間，即可用一個(gè)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(duì)應(yīng),第1章數(shù)字圖像處理概述,12,灰度級(jí),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(lán)三元組的二維矩陣來表示。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有，而255則代表相應(yīng)的基色在該像素中取得最大值，這種情況下每個(gè)像素可用三個(gè)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(lán)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(biāo)準(zhǔn)，是通過對(duì)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個(gè)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(lán)三個(gè)通道的顏色這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運(yùn)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(gè)像素的RGB分量分配一個(gè)0~255范圍內(nèi)的強(qiáng)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(gè)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(lán)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(jì)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(jiǎn)介,1.2.1圖像技術(shù)和圖像工程1.2.2圖像工程的三個(gè)層次1.2.3圖像工程相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域1.2.4圖像工程的技術(shù)應(yīng)用,第1章數(shù)字圖像處理概述,22,1.2.1圖像技術(shù)和圖像工程,圖像技術(shù)圖像技術(shù)在廣義上是各種與圖像有關(guān)的技術(shù)的總稱主要功能/作用包括：對(duì)圖像的各種加工（見下）基于加工結(jié)果的判斷決策和行為規(guī)劃為此進(jìn)行的硬件設(shè)計(jì)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(gè)層次,圖像工程：不同層次圖像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合及應(yīng)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(gè)層次,第1章數(shù)字圖像處理概述,25,1.2.3圖像工程相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域,第1章數(shù)字圖像處理概述,26,1.2.3圖像工程相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域,主要相關(guān)學(xué)科：圖形學(xué)：原指用圖形、圖表、繪圖等形式表達(dá)數(shù)據(jù)信息的科學(xué)，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的就是如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來產(chǎn)生這些形式圖像模式識(shí)別：試圖把圖像分解成可用符號(hào)較抽象地描述的類別計(jì)算機(jī)視覺：主要強(qiáng)調(diào)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視覺功能，目前的研究?jī)?nèi)容主要與圖像理解相結(jié)合,第1章數(shù)字圖像處理概述,27,1.2.4圖像工程的技術(shù)應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域示例(1)視頻通信：可視電話，電視會(huì)議，按需電視，遠(yuǎn)程教育；(2)文字檔案：文字識(shí)別，過期檔案復(fù)原，郵件分撿，支票，簽名辮偽，辦公自動(dòng)化；(3)生物醫(yī)學(xué)：紅白學(xué)球計(jì)數(shù)，染色體分析、X光、CT、MRI、PET圖像分析，醫(yī)學(xué)手術(shù)模擬規(guī)劃，遠(yuǎn)程醫(yī)療；(4)遙感測(cè)繪：巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)，無人駕駛飛機(jī)飛行，精確制導(dǎo)，礦藏勘探，資源探測(cè)，氣象預(yù)報(bào)，自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)；(5)工業(yè)生產(chǎn)：工業(yè)檢測(cè)，工業(yè)探傷，自動(dòng)生產(chǎn)流水線監(jiān)控，移動(dòng)機(jī)器人，無損探測(cè)，金相分析，印刷板質(zhì)量檢驗(yàn)，精細(xì)印刷品缺陷檢測(cè)；(6)軍事公安：雷達(dá)圖像分析、巡航導(dǎo)彈路徑規(guī)劃/制導(dǎo)，罪犯臉形合成、識(shí)別，指紋、印章的鑒定識(shí)別；(7)交通管理：太空探測(cè)、航天飛行、公路交通管理。,第1章數(shù)字圖像處理概述,28,內(nèi)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(dá)1.2圖像工程簡(jiǎn)介圖像技術(shù)圖像工程的3個(gè)層次涉及的學(xué)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(gòu)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(chǔ)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行各種目的的處理。數(shù)字圖像處理的內(nèi)容包括圖像變換、圖像編碼、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像分割、圖像的理解和識(shí)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(shè)備、圖像處理計(jì)算機(jī)和圖像輸出設(shè)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(gòu)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(shè)備：掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)與圖像采集卡等。圖像處理計(jì)算機(jī)：PC、工作站等。圖像輸出設(shè)備：打印機(jī)等。圖像輸入設(shè)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(shè)備,掃描儀平板式、手持式、滾筒式攝像機(jī)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(shù)語,由于數(shù)字圖像處理是多學(xué)科交叉領(lǐng)域，因此充斥著相互矛盾和不準(zhǔn)確的定義。數(shù)字圖像處理：是指將一幅圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环鶊D像。數(shù)字圖像分析：是指將一幅圖像轉(zhuǎn)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(yù)報(bào)，視頻統(tǒng)計(jì)等。,第1章數(shù)字圖像處理概述,37,數(shù)字圖像處理的術(shù)語,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：用計(jì)算機(jī)將由概念或數(shù)學(xué)描述所表示的物體圖像（非實(shí)物）進(jìn)行處理和顯示的過程。如機(jī)械圖、建筑圖等，通過建筑圖統(tǒng)計(jì)水泥、鋼筋用量等。計(jì)算機(jī)視覺：用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展能夠理解自然景物的系統(tǒng)。如機(jī)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(shù)語,數(shù)字化和顯示：將一幅圖像從原有形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。顯示是數(shù)字化的逆過程。掃描：對(duì)象素的尋址。采樣、采樣密度：對(duì)應(yīng)象素灰度值的測(cè)量。通常轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷褐?。量化：將電壓值用一個(gè)整數(shù)表示?；叶确直媛剩簣D像中包含的灰度級(jí)數(shù)。對(duì)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(diào)色板,調(diào)色板（palette）：圖像的色彩索引表。若圖像的色彩數(shù)遠(yuǎn)小于全色彩數(shù)時(shí)，當(dāng)每個(gè)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(chǔ)空間。這種技術(shù)長(zhǎng)用于各種圖像的存儲(chǔ)格式中，如bmp,tif,gif等。舉例計(jì)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(duì)顏色的感覺，HSI模型描述顏色的三個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)識(shí)的，比如紅、橙或綠色。S：飽和度，有時(shí)也稱彩度，是指顏色的強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(chǔ),行掃描存儲(chǔ)以行掃描順序，自左向右，從上到下將圖像的每個(gè)像素順序存儲(chǔ)在字節(jié)矩陣中交叉存儲(chǔ)方式即隔行存儲(chǔ)或隔行隔列存儲(chǔ)。前者叫一維交叉，后者叫二維交叉。交叉存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是顯示時(shí)即使沒有讀出全部圖像數(shù)據(jù)，也可構(gòu)成原始圖像的近似輪廓。顯然，這種存儲(chǔ)方式非常適合于強(qiáng)調(diào)傳輸速度、對(duì)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(chǔ)方式,第1章數(shù)字圖像處理概述,45,數(shù)字圖像的存儲(chǔ),有損壓縮存儲(chǔ)方式存儲(chǔ)時(shí)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(chǔ)的圖像與原始圖像不完全一致，但失真度在允許的范圍內(nèi)矢量存儲(chǔ)方式矢量存儲(chǔ)方式只記錄圖像的輪廓（向量）部分，而不是存儲(chǔ)圖像中每個(gè)點(diǎn)的信息，換句話說，它僅僅存儲(chǔ)原始圖像中的一些比較高級(jí)的圖形結(jié)構(gòu)（如線段，弧，圓等）。這種文件格式中存儲(chǔ)的圖像內(nèi)容實(shí)際為一系列的繪圖命令，指示應(yīng)用程序如何操作，從而構(gòu)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(shí)別信息文件識(shí)別--圖像文件識(shí)別碼和版本代號(hào)。文件識(shí)別碼用以判斷文件格式--版本代號(hào)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(jié)構(gòu)有所區(qū)別圖像識(shí)別圖像識(shí)別信息通常包括圖像的寬度和高度、一個(gè)圖像像素所需的比特?cái)?shù)與彩色位平面數(shù)、數(shù)據(jù)壓縮格式和調(diào)色板個(gè)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(jìn)的LZW壓縮法PNGWWW網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸改進(jìn)的LZⅡ壓縮法BMPWindowsRLE4、RLE8或不壓縮,JPEG存儲(chǔ)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(yīng)用,隨著微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，圖像數(shù)字化設(shè)備如CCD攝像機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、圖像采集卡的成本大大降低，普通的微機(jī)已經(jīng)可以勝任部分圖像處理任務(wù)，使得圖像處理的應(yīng)用越來越廣泛，可以預(yù)見在不久的將來，圖像及視頻處理的應(yīng)用將與目前語音處理的應(yīng)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(yīng)用,航天航空生物醫(yī)學(xué)工程通訊領(lǐng)域工業(yè)軍事公安文化藝術(shù)……,第1章數(shù)字圖像處理概述,51,應(yīng)用1：航空航天,登月、火星照片處理飛機(jī)遙感、衛(wèi)星遙感氣象預(yù)報(bào),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(yīng)用2：生物醫(yī)學(xué)工程,CT、MRI（核磁共振）、B超顯微圖像：紅細(xì)胞、白細(xì)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(yīng)用3：通訊領(lǐng)域,發(fā)展趨勢(shì)：多媒體通訊電話、電視、計(jì)算機(jī)三網(wǎng)合一,第1章數(shù)字圖像處理概述,58,應(yīng)用4：工業(yè),印刷電路板機(jī)器人視覺零件檢測(cè)郵政信件的自動(dòng)檢測(cè)……,第1章數(shù)字圖像處理概述,59,應(yīng)用5：軍事公安,導(dǎo)彈制導(dǎo)偵察照片的處理指紋識(shí)別、人臉識(shí)別……車牌自動(dòng)識(shí)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(yīng)用6：文化藝術(shù),電視畫面的數(shù)字編輯動(dòng)畫制作游戲紡織工藝品設(shè)計(jì)發(fā)型設(shè)計(jì)文物資料圖片的修復(fù)……,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(jié)構(gòu),數(shù)字圖像處理中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)——鏈碼什么是二值圖像：只有黑白兩種灰度，如文字識(shí)別，邊界輪廓等；什么是鏈碼：通過規(guī)定鏈的起點(diǎn)坐標(biāo)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(diǎn)：減少信息存儲(chǔ)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(shí)例,十進(jìn)制鏈碼：11222110076654570二進(jìn)制自然碼：001001010010010001001000000111110110101100101111000,第1章數(shù)字圖像處理概述,68,小結(jié),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(gè)基本結(jié)構(gòu)數(shù)字圖像處理、數(shù)字圖像分析、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺等異同。掃描、采樣、量化、噪聲、灰度分辨率、對(duì)比度等概念。了解典型數(shù)字圖像處理的應(yīng)用。數(shù)字圖像處理的基本方法、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)字圖像的存儲(chǔ),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(chǔ)計(jì)算一幅1024*1024的真彩色圖像未壓縮的數(shù)據(jù)量鏈碼編碼,