第一章数字图像基础.PPT

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1、2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,1,第一章 数字图像基础,2,3,4,5,6,7,8,授课： 陈礼民 教授 助课： 叶含笑， 彭春,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,2,1. 什么是图像,什么是图像:图象是自然界景物的客观反映，是人类认识世界和人类本身的重要源泉 图像（image or picture）:图片（相片，胶片，绘画）， 影视片（影片和电视）， 声音,图像,数学函数,连续函数,离散函数,可见图像,图片,照片,图,画,不可见物理图像,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,3,传统图象是二维(2-D)的,图象可以是连续的和离散的。 在计算机中处理离散的图像，这时图像

2、可以看作由点阵组成。如p2/图1.1.2/b 原点在左上角， 原点在左下角,1,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,4,每个点称为象素:pixel 图象可以用2-D数组f(x, y)来表示， x和y表示2-D空间pixel的位置 f(x,y)代表象素的某种性质的值。 图象的灰度值-对应客观景物的亮度 对于彩色的应该有3个函数,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,5,2.主要发展阶段：,在70年代第一本重要的图象处理专著Rosenfeld 1976 在80年代，各种硬件的发展， 开始处理3-D图象。 许多能获取3-D图象的设备和处理分析3-D图象的系统研制成功，图象技术得到了广泛的应

3、用。 90年代，图象技术已逐步涉及人类生活和社会发展的各个方面。如得到广泛应用的多媒体技术中，图象在其中占据了主要地位。 广义上来说，文本、图形、视频等都需要借助图象技术才能充分利用。,1,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,6,3. 图象技术 与分类,图象技术在广义上是各种与图象有关的技术的总称。 在计算机领域主要研究的是数字图象 内容包括： 图象的采集、获取、编码、存储和传输， 图象的合成和产生，图象的显示和输出， 图象的变换、增强、 恢复（复原）和重建， 图象的分割、 图象的分类、表示（和描述），特征的提取、目标的检测和识别 图象和场景的解释和理解，以及基于它们的判断决策和行为规划

4、 3-D景物的重建复原， 图象数据库的建立、 索引和抽取， 等等。另外，图象技术还可包括为完成上述功能而进行的硬件设计及制作等方面的技术。,1,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,7,分类：,图像根据抽象程度和研究方法等的不同可分为三个层次(见图1.1.2和表1.2.1） 低级： 图象处理 中级： 图象的分割和描述 高级： 图象分析和理解 图象处理: 对图像加工：从图象到图象 图象分析：对目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息从而建立对图象的描述。 它是一个从图象到数据的过程 图象理解：借助图象的描述和知识、经验等来认知图象的内容（包括没有直接观察到的事物）。,2019/7/16,浙江

5、中医学院 陈礼民,8,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,9,人们常用图象处理泛指各种图象技术， 但比较狭义的图象处理是对图象进行各种加工 以改善图象的视觉效果并为自动识别打基础， 或对图象进行压缩编码以减少所需存储空间或传输时间、 传输通路的要求。 本课程主要研究2-D图像处理,2-D图像,图像处理,2-D图像,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,10,图象处理的次序：p20,图象获取 变换和增强：按主观需求改变图象，（数学：傅氏变换） 复原：按客观的原始的图象复原 彩色：以成为重要领域 压缩：减少存储量 形态学：从图象中提取图象分量：边界，骨架， 分割；对图象进行划分或分出目标

6、物 表示或描述：根据分割的结果描述图象 对象识别（理解）：,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,11,图像变换,几何变换-放缩，旋转，平移（滚动与漫游），投影 付里叶变换（DFT)，离散余弦变换(DCT)，离散小波变换（DWT)，Walsh变换，Hadamard变换，Slant变换，Haar变换，K-L变换,返回,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,12,图像增强,对比度增强 亮度增强 直方图修改 图像平滑去噪声 滤波 图像锐化,返回,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,13,图像复原,运动模糊的复原 逆滤波复原 维纳滤波复原 能量相等准则复原 代数复原 图像增强与图像复原之

7、间的区别？,返回,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,14,图像压缩与编码,熵编码 预测编码 变换编码 矢量量化 分形编码 小波变换与压缩编码,返回,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,15,图像分析,图像分割 特征提取，包括形状特征，颜色特征，纹理特征,返回,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,16,相关硬件,扫描仪，照相机，摄像机 采集卡，图像处理加速卡 显示器，打印机，绘图仪，投影仪,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,17,应用,医学图像处理（成像，处理，重建） 遥感图像处理 艺术创作 Web 人机交互 广播与娱乐,返回,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民

8、,18,空间探索,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,19,地球资源勘探,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,22,气象云图 气象预报,计算机绘画,计算机合成图像,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,25,广告设计,动画,娱乐,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,28,军事应用 隐形飞机、定位轰炸,军事应用,军事应用,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,31,4. 图像显示,1。 图像显示设备： 阴极射线管（CRT):电子枪束上不同极上电压控制：光亮点的亮度和偏转角度 打印设备 2. 常用象素的值 2值（黑白） 灰度：原始的为：几十几百，常用的：0255 彩色：真

9、彩色1.6*106种,1,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,32,5. 图像储存格式,1.储存单位： 字节：byte=8比特 B 位：bit(比特） kB:千字节 MB: 106字节 GB: 109字节 TB: 1012字节 2. 存储器 内存：计算机内的快速存储器 帧存：显卡上暂存图像的存储器：用于图像读取，缩放、翻转 4，8，32，64，128M 闪存: 工作原理和结构与内存相似（但断电后能够保持内容不丢） 磁盘 光盘：650M 数据库存储器：容量非常大,读去频率低：磁带，光盘,1,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,33,6. 图像文件的格式,图像在连机存储器（磁盘、光盘）

10、和数据库存储器（磁带，光盘）中，一般以文件形式存储的。 文件：数据描述信息+数据，所以文件有格式 文件分类：矢量式和光栅式 矢量式 图像由一系列线段组成（每个线段直线和曲线可以用矢量表示） 线段的颜色可以是均匀的或变化的 矢量文件中有一系列命令和数据，执行这些命令就可以画出图来 比较小， 主要用于人工绘制取得图形数据文件,矢量图形与分辨率无关，可以任意缩放 光栅式(位图图像) 由点阵组成:位图图象是用小方形网格（位图或栅格），即人所共知的象素来代表图象，每个象素都被分配一个特定位置和颜色值 主要用于真实图像 缺点：分辨率固定，不易缩放，象素间缺少直接表示关联的结构,1,2019/7/16,浙江

11、中医学院 陈礼民,34,文件格式,文件格式不仅仅是一个方便的问题 它们决定了应该在文件中存放何种类型的信息、 文件将如何与各种应用软件兼容、 如何能方便地与生产过程中涉及的其他文件交换数据等。 如何能最好地保存扫描图象取决于若干因素: 图象后期处理时使用的程序、可以使用的磁盘存储空间、 在生产过程中是否必须交换文件、最终输出介质等,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,35,文件的交换,大多数图象数据在到达其最终目的地之前 要经过不同的软件包和多个平台的处理 保存文件时必须记住的基本准则： a. 用大多数应用软件可以读取的标准格式保存文件。 准备打印或印刷输出的图象采用TIFF或EPS格式

12、； 对于多媒体或视频介质采用TIFF或PICT格式； 对于多种演示设备采用TIFF或PICT格式。 如果文件肯定要在不同的应用软件间传送， 而且采用几种兼容的文件格式， 那么就用一种包含与图象数据有关的最广泛信息的格式保存文件。 b总是使用三个字符的扩展名有助于方便地识别文件类型,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,36,常用文件格式4种,BMP GIF TIFF JPEG,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,37,BMP（.bmp）格式 p12,Windows Bitmap(BMP)文件格式 -windows环境的标准 是为了与所有的Windows应用软件兼容而开发的。 在PC和

13、Macintosh平台上的很多多媒体编辑程序、演示程序和数字化视频编辑程序都接受BMP格式的文件。 黑白、灰度。RGB等图象都可以作为BMP文件来保存，但双色调或CMYK彩色图象却不能 BMP:位图文件 由3部分组成： 位图文件头：54字节 位图信息（常称调色板） 位图阵列（即图像数据） 位图文件头54字节：文件类型， 大小、位图阵列起始位置 位图信息：图像的长、宽每个象素的位数（1：单色，4：16色，8：256色，24：真彩色）、压缩方法、目标设备的分辨率 位图阵列：每个象素的值,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,38,GIF,GIF是Graphic Interchange Form

14、at （图形交换格式）的缩写，在WWW和其它网上服务的HTML文档中， GIF文件格式普遍用于显示索引颜色图形和图象。 GIF 是一种 LZW 压缩格式（无畸变）， 最小化文件大小和电子传递时间。 最多支持256种颜色。,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,39,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,40,TIFF,TIFF（Tagged Image FORMat标记图象文件格式） 格式是专门为页面排版开发的 是一种灵活的位图图象格式 实际上被所有主要的图象编辑、作图、页面合成软件包都支持它， 而且在多个平台上都是可读的。(跨平台) EPS（Encapsulated PostScri

15、pt，压缩PostScript）格式（在PC平台上缩写为.eps,在Macintosh平台上缩写为epsf）是另一种跨平台的标准。，特别适合于印刷或打印输出,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,41,JPEG,是如果2:1压缩比不能满足你的要求，就可考虑采用JPEG。JPEG是Joint Photographic Experts Group(联合摄影专家组)的缩写，它是用于静止图象（灰度或彩色）的压缩标准。 JPEG 格式支持 CMYK、RGB 和灰度颜色模式，与 GIF 格式不同，JPEG 保留 RGB 图象中的所有颜色信息，通过选择性地去掉数据来压缩文件。 通过主机软件，用户可以选择

16、JPEG压缩比，从2：1（真正的无损压缩）到约40：1。 随着压缩比的增加（或质量的降低），所产生的文件就越来越短，图象中的数据就丢失得越多。,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,42,JPEG（续）,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,43,PCX,PCX 格式普遍用于 IBM PC 兼容计算机上。大多数 PC 软件支持 PCX 格式版本 5。版本 3 文件采用标准 VGA 调色板，该版本不支持自定调色板。 PCX 格式支持 RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式。PCX 支持 RLE 压缩方式。支持位深度为1、4、8 或 24 的图象。,2019/7/16,浙江中医学院 陈礼民,44,关于教材,课本：数字图象处理 冈萨雷斯 参考书： 数字图象处理 阮秋琦，电子工业出版社 2001-1-1 数字图象处理 朱志刚 译电子工业出版社 2001-5 第3版 医学图象处理与分析 罗述慊 数字图象处理及其应用 孙仲康 国防工业出版社 1983,