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1、数 字 图 像 处 理 基 础,教师：吴正华（副教授） 学位：博士 邮箱： 电话：13908173345 在本科和硕士研究生阶段所学专业为： 电子仪器及测量技术 在博士阶段所学专业为： 生物医学工程 目前的研究方向为： 人工智能,教材 数 字 图 像 处 理 学 阮秋琦 电子工业出版社 参考书 1、Digital Image Processing (Second Edition)， R.C.Gonzalez，R.E.Woods 2、 数字图像处理 （北京交大，阮秋琦译） 3、Computer Image Processing and Pattern Recognition， Universit
2、y of Tennessee。 4、图像处理学，W.K.Pratt。 5、数字图像处理（Digital Picture Processing） A.Rosenfeld ，中译本,6、 Digital Image processing using MATLAB. Rafael C. Gonzalez. Richard E. Woods. Steven L. Eddins 7、Pattern Recognition Principle， R.C.Gonzalez，J. Tou。 8、图像处理和分析 （清华大学，章毓晋编著）。 9、数字图像处理（Digital Image processing）（清
3、华大学 林学訚等译),本课程的目的 内容安排 大致依照教材的脉络行课，根据实际情况对某些内容做适当删减，如第三章中的一些处理方法。(32学时） 分十个章节： 第一章 概括介绍 第二章 图像及图像系统的相关基础知识及视觉系统 第三章 各种正交变换方法 （重点） 第四章 图像增强的各种方法,第五章 图像编码 （重点） 第六章 图像复原 第七章 图像重建 第八章 图像分析 第九章 数学形态学原理 第十章 模式识别的理论和方法,听觉20% 人类传递信息 视觉信息占60 其他感觉器官约20% 第一幅照片 （1839年） 第一幅遥感照片（1909年）,第一章 绪 论,德国维尔茨堡大学校长兼物理研究所所长伦
4、琴教授（18451923年）的第一张X光照片,一、数字图像处理的起源 数字图像处理的历史可追溯至二十世纪二十年代。,1921年经编码后用电报打印机打印的图像,1929年通过海底电缆从伦敦到纽约传输的一幅照片,按照1929年的技术水平，如果不压缩，需要一个多星期，压缩后传输时间减少到3个小时。,1922年两次通过大西洋后打印的数字图像,下图示出了由徘徊者7号在1964年7月31日上午（东部白天时间）9点09分在光线影响月球表面前约17分钟时摄取的第一张月球图像。这也是美国航天器取得的第一幅月球图像。,计算机断层（CT）是一种处理方法，在这种处理中，一个检测器环围绕着一个物体(或病人)，一个X射线
5、源，带有检测器的同心圆绕着物体旋转，X射线通过物体并由位于环上对面的相应的检测器收集起来，然后用特定的重建算法重建通过物体的“切片”的图像。,射 线：0.003 0.03 射 线：0.03 3 紫外线：3 300 红外线：0.8 300 微 波 0.3 100,二、图像处理科学对人类具有重要意义 (1) 图像是人们从客观世界获取信息的重要来源 (2) 图像信息处理是人类视觉延续的重要手段,(3) 图像处理技术对国计民生有重要意义,三、图像处理技术的分类 大致可分为两类： 模拟图像处理与数字图像处理。 （1） 模拟图像处理(Analog image processing) 模拟处理包括：光学处理
6、（利用透镜）和电子处理，如：照相、遥感图像处理、电视信号处理等，电视图像是模拟信号处理的典型例子，它处理的是活动图像，25帧/秒。 优点： 速度快，实时，可同时并行处理。 缺点： 精度较差，灵活性差，非线性处理能力。,（2） 数字图像处理(Digital Image processing) 优点： 精度高，内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件就可以改变处理内容。 缺点：处理速度还是一个问题，分辨率及精度尚有一定限制。,四、 数字图像处理的特点 （1）图像信息量大、数据量也大 （2） 图像处理技术综合性强 （3）图像信息理论与通信理论密切相关,五、 数字图像处
7、理的主要方法及主要内容 空域法 两大类： 变换域法。 空域法-这种方法是把图像看作是平面中各个像素组成的集合，然后直接对这一二维函数进行相应的处理。 空域处理法主要有两大类： (1) 邻域处理法：其中包括梯度运算 (gradient Algorithm)、平滑 算子运算 (Smoothing operator)等 (2) 点处理法：如灰度处理（grey processing），面积、周长、体积、 重心运算等等。,变换域法： 首先对图像进行正交变换，得到变换域系数阵列，然后再施行各种处理，处理后再反变换到空间域，得到处理结果。 这类处理包括：滤波、数据压缩、特征提取等处理。,数字图像处理的主要内
8、容： 图像信息的获取 图像信息的存贮 图像信息的传送 图像信息处理 图像信息的输出和显示,（A）图像获取 (1)电视摄像机(Video Camera) 特点：设备小巧、速度快、成本低、灵敏度高。 缺点：灰度层次较差、非线性失真较大、有黑斑效应，在使用中需校正。,(2)飞点扫描器(flying point Scanner) 这是一种以光源做扫描的图像获取设备。 其特点是：精度较高、图像清晰、可透射成像亦可反射成像，但是其体积略显庞大。,(3)扫描鼓：这是一种高精度的滚桶式的图像摄取设备。 特点：精度高、分辨率高，可以输入也可以输出。 缺点：价钱昂贵、速度低、维护要求高。 (4)扫描仪 特点：精度
9、和分辨率中等，600DPI精度的扫描仪已常见。 缺点：速度较慢，非实时设备。,(5)显微光密度计，精度较高，速度低。 (6)遥感中常用的图像获取设备已有多种设备，如： 光学摄影：摄像机、多光谱像机等。 红外摄影：红外辐射计、红外摄像仪、多通道红外扫描仪。 MSS ：多光谱扫描仪。 微波：微波辐射计，侧视雷达、真实空孔径雷达、合成孔径雷 达(SAR)。,(B)信息的存贮：(Image information Storage) 图像信息的突出特点是数据量巨大。一般作档案存贮主要采用磁带、磁盘或光盘。 (C)图像信息的传送：(Image information transmission) 图像信息的
10、传送可分为系统内部传送与远距离传送。,(D)数字图像处理 (Digital Image processing) 几何处理(geometrical processing) 算术处理(Arithmetic processing) 图像增强(Image Enhancement) 图像复原(Image Restoration) 图像重建(Image Reconstruction) 图像编码(Image Encoding) 图像识别(Image Recognition) 图像理解(Image Understanding),E、图像的输出与显示 一种是硬拷贝，另一种是软拷贝。 （1）CRT显示 优点：显示
11、质量好、亮度高、 电子束寻址方式简单、制造成本低等。 缺点：体积大,（2）、液晶显示器LCD,LCD的突出性能是极吸引人的， 体积小，重量轻 低功耗，低电压 无软X射线 全色显示及相当的亮度 缺点： 视角较窄 寻址复杂 亮度较低,（3）彩色等离子显示技术（Plasma Display Panel-PDP）,它的工作原理有两个基本过程： 1）气体放电，惰性气体受电信号的作用放电发射真空紫外线 2）紫外线激发荧光粉发光 等离子显示技术有如下特点： 易于大面积显示，可达到80英吋 全色显示，显示器可显示256级灰度和1670万种颜色 伏安特性非线性强，可寻址2000线以上,可实现高亮度显示 对比度高
12、 视角在所有的平板显示器中是最大的，可达到160度 色纯度好，与CRT相当 寿命长，可达3万小时以上 工作电压低，一般小于200伏 易于批量生产 其主要缺点： 功耗较大，目前在以上。此外，在亮环境下对比度有 待提高。其最大的弱点是价格偏高,（4）、场致发光显示器(Field Effect Display -FED) 其显著优点是： 薄型，无需加背光源，一般比LCD还要薄 易于拼接，可做成大屏幕 可高度集成做成高清晰度显示器 电压低，功耗小，寿命长 图像质量好 发光亮度起伏小，成品率高 不需要偏转线圈，无X射线，抗电磁辐干扰和辐射 生产工艺简单，FED有数百个阴极，有几个不工作没有影响,(5)
13、新型显示设备-E-Paper (电子纸,数码纸),将来会有更多的新型器件和原理制成新的显示器，如： 碳纳米管制成的显示器（日本） 铁电液晶显示器（韩国） Sharp公司甚至做出了能卷曲的显示器,六、数字图像处理的应用 (1)遥感：(Remote Sensing),(2) 医学应用,（3) 图像处理技术在通信中的应用 （4） 工业生产的质量控制 （5） 安全保章、公安等方面的应用 （6） 教学及科研领域中也将大量应用图像处理技术 （7）当前呼声甚高的电子商务中，图像处理技术也大有可为,七、 数字图像处理领域的发展动向 （1）在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题 （2）加强软件研究、开发新的处理方法 （3）加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展 （4）加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系 （5）时刻注意图像处理领域的标准化问题,图像处理技术未来发展大致可归纳如下四点： （1）图像处理的发展将向着高速、高分辨率、立体化、多媒体化、 智能化和标准化方向发展 (2)图像、图形相结合朝着三维成像或多维成像的方向发展 (3)硬件芯片研究 (4)新理论与算法研究,