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1、第一章第一章 引言引言数字图像处理数字图像处理1.1 图像的重要性图像的重要性人类离不开图像，计算机图像技术渗透到各个科技领域，百闻不如一见。画面比文字更形象生动，人类70%信息来自视觉。21世纪信息技术时代，卫星通讯、数据传输、压缩、计算机网络、多媒体、人工智能等技术都离不开图象。图象处理识别的过程：图象处理识别的过程：人类：一幅图象图上有字中文字含义计算机：采集分析识别（判断）一、图象处理是交叉边缘学科：一、图象处理是交叉边缘学科：是计算机、传感器、信息技术、信号处理、人工智能、模式识别、应用对象等的交叉学科和技术。二、图象处理分类：二、图象处理分类：模模拟拟图图像像处处理理实时光学（实时
2、，速度快）但只是有限处理）如：望远镜、显微镜、哈哈镜、透镜、胶片合成照相、凸透镜实时FFT变换计计算算机机图图像像处处理理：图象处理技术是随着计算机处理速度和数据量增加发展起来的。第阶段：科学计算，有限个原始数据；第阶段：数据管理应用；第阶段：数字图像处理。如一幅卫片spot星800080007(波段)=64M7(数据量之大少见之)三、图像技术应用：三、图像技术应用：我国发射卫星中，80%左右属军事侦察。如96年科学卫星实际上也是军事侦察。微机普及图像民用、普及、计算机成熟是图像技术普及应用基础。数字图象处理技术已应用到各个领域应用到各个领域，以下举几个例子：1遥遥感感图图像像：农业普查、森林
3、覆盖计算、水利工程等的客观估计、计算。2石油管线铺设石油管线铺设：周期短、效率高。3应用遥感图像技术可普查北京市垃圾有多少。4森林火灾监护森林火灾监护客观反映火灾情况、面积。5巡巡舰舰弹弹：图象识别技术应用于导弹的精确未制导，使其精确打击目标。如：机场、桥梁等。6军事、公安、安全军事、公安、安全：指纹、掌纹、虹膜等识别。7医医学学应应用用：CT、MRI、PET、B超、DSA、血管造影、红外乳腺、显微病理、电子显微镜、远程医疗图像、皮肤图象、X线、刀与刀脑外科等等离不开图像。8工工业业图图像像：X线控探伤（轴）、X线检察、三维测量（定位、形状测量）机器人视觉、商检。9民用民用：数码相机、数字视频
4、、照片扫描、计算机逻辑管理等。1.2 图像处理的内容图像处理的内容一、图像的定义：一、图像的定义：客观对象（物体）一种仿真的或模拟的描述，一种生动的图形表述。图像指广义的概念：ImageImage是Object之一子集可见不可见数学函数光学画面照片可测量的物理量温度压力等曲线二、数字图像数学模型：二、数字图像数学模型：一幅数字图象可描述为如下模型：(pictureelement=pixel)抽象为数字矩阵：抽象为数字矩阵：f：代表该象素彩色或灰度值；脚码代表象素的坐标位置。三、数字化：三、数字化：由模拟照片到数字图象的过程。由模拟照片到数字图象的过程。采样：采样：将图象分成离散的（横竖均匀的）
5、网格点。量化：量化：将图象上各个网格点的黑白及彩色程度做数字量化，如：256级，由0到255，亮度从黑到白变化，人眼仅能分辨50左右级灰度。人眼分辨率远远小于目前仪器设备分辨率，但图像质量最终判别依据是人。几何：80点/mm，黑白：12bit4096层(人眼仅看40多层)四、处理：四、处理：经过一系列操作得到所需结果。点处理：与原始数据局域处理：与原始数据 及其邻域全局处理：与原始数据 及全图处理包括如下几类：图像预处理图像预处理改善象质，以便于目视判读。校正技术校正技术：对形状变形的图象进行几何校正、辐射校正。增强技术增强技术：去除干扰，突出主要特征，包括：平滑与锐化技术。恢复技术恢复技术：
6、忠实原图，去除干扰，恢复原图像，实用中往往干扰复杂，模型不清，难能准确恢复。图像分析（图像分析（测量）（analysis）：密度（灰度）、平面几何参数，三维参数测量技术。图像识别图像识别（recognition）：模式识别与景物分析1.3 图像处理的特点：图像处理的特点：再现性好：数字图像可多次拷贝，不失真，不退化。精度高：采样量化一定，多次处理可保精度。适用面宽：可处理抽象数据、可做非线性处理（光学只作线性处理）图形学与图像处理图形学与图像处理广义上讲密切相关。二者之间许多基础是相同的，只不过研究角度不同，服务对象不同，产生社会经济效益不同。imagedescriptionprocessin
7、grecognition判别Graphics绘画1.4 图象的数据格式图象的数据格式从数据组织角度来谈图像数据基本格式，而不是从人的感受角度来谈。四类用紧凑程度不同的表达方式：灰度的彩色图象灰度的彩色图象：灰度级：0255，1字节/pixel彩色：RGB224=16M真色彩0255025502553字节/pixel彩色R(红)叫一个波段，对单一波彩可看作灰度图像。关于各种标准图像格式：Tiff、BMP、TAG、GIF、DXF、JPG等不介绍。二值图像：二值图像：黑或白1bit/pixel连续曲线：仅保留黑的连续点坐标。多边形：vector仅保留直线端点。存贮数据量由逐渐降低。突出介绍突出介绍点
8、序列：存储各点（X,Y）坐标。点序列增量：起点（X,Y）增量编码链：增量用3bits表示07差分编码链：2bits2bits342 10X7651.5 视觉现象视觉现象客观存在是不变的，而人的感觉是与周围环境有关的，人感觉是会变的。人眼对亮度的适应能力：人眼的适应亮度范围很宽1010(最大与最小之差)光强度量用勒克斯：Lux0.02LuxCCD黑白太阳光度:白天10000Lux同时识别亮度范围很有限的：（适应的范围宽，同时识别范围窄）。如从亮屋到黑屋什么都看不见（需适应2030秒），从黑屋到白屋适应较快（仅需12秒）。光强客观是存在的，主观感觉是以光强的对数成线性关系（正比）的。同时对比度：人
9、眼对亮度有适应能力，因此很难判别亮度绝对值。即使相同亮度，但若背景亮度不同，人眼的主观感觉的亮度亦不一致。对比灵敏度：人眼刚能分辨光强出差别I 与背景光强I的关系I/I。在相当范围内为0.02（50层），但当很大或很小时比值加大。解释：解释：256级灰度，8bits，计算机处理方便8bits6bits眼睛感觉不到。分辨率空间二相邻视觉信号，人能辨别出二者存在的能力称视觉系统的分辨率。清晰3-5对/度。20周/度，不能识别。或者说一个毫弧度57.3/10001/20 Mach带(马赫带现象)人眼在观察均匀黑区与白区形成边界时，与实际情况不一致，即在亮度变化部位附近有暗区更暗，亮区更亮的感觉。这一
10、更黑和更亮的带叫Mach带。主观感觉相当于增加了一个分量，相当于原图进行了二阶导数操作。空间错觉：人带有主观经验性错觉。主观轮廓1.6 彩色原理：（自学）彩色原理：（自学）1.7 图像处理系统框图图像处理系统框图图像处理系统软件应用举例显微细胞测量问题作作 业业 一一自学“彩色原理”“CCD成像原理”“视觉生理现象”等内容。讲义下载:Email:密码:111111参考书：参考书：1、数字图像处理,朱志刚等译著，电子工业出版社，1998。2、数字图像处理，RafaelC.Gonzalez,RichardE.Woods著，阮秋琦等译，电子工业出版社（第二版）。3、图象工程:图象处理和分析，章毓晋，
11、清华大学出版社,1999。4、图像处理、分析与机器视觉，ImageProcessing,Analysis,andMachineVision second edition,MILAN SONKA,VACLAV HLAVAC,ROGERBOYLE,人民邮电出版社，2002年1月。5、DIGITAL IMAGE PROCESSING，Rafael C.Gonzalez,Richard E.Woods,1992.6、W.K.普拉特(W.K.Pratt),“数字图像处理学”,科学出版社19847、A.RosenfieldandA.kaka,“DigitalPictureProcessing”1982Ac
12、ademicPressInc.8、T.Pavlidis,“Algorithms for Graphics and Image Processing”1982ComputerSciencePress1、中国图象图形学会中国图象图形学报杂志图像领域图像领域相关学术组织相关学术组织2、中国体视学学会中国体视学与图像分析杂志投稿：北京海淀区清华大学工物馆113室，邮政编码100084，中国体视学与图像分析编辑部EMAIL:教师：教师：姜志国82338061n谢凤英82339972单位：宇航学院图像中心新主楼D座409，407室讲课方式：讲课方式：课堂讲授+专题报告+自学+软件编程考核：考核：作业(%)+考试(%)