数字图像处理(翟瑞芳)第1章.ppt
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1、数 字 图 像 处 理 Digital Image Processing,翟瑞芳 Email: Office: 逸夫楼B407-1,人与动物的区别,在一间有灰色墙面的屋子里,一个人靠画面的右边坐着。他穿着白色的衬衫和褐色的西服,面对着一个画架,右手拿着油画笔,左手端着调色盘,正在画着一只飞鸟。那幅画要基本完成了。画面上的鸟正展开翅膀,似乎要飞出画布。那个画家神情严肃地盯着左面靠着他的桌子,桌子上有一个白色的个头不大的鸡蛋.,如果在你眼前展现一幅图像呢?,上面描述的是怎样一个景象?一万个人能想象出一万种画面,Rene Magritte (1936) “La Clairvoyance (auto
2、portraint)” 勒内.玛格丽特 比利时,远见,自画像,人类通过眼、耳、鼻、舌、身接受信息,感知世界。视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉 约有75%的信息是通过视觉系统获取的。,“One picture is worth 10,000 words”,百闻不如一见,为什么要做图像处理?,图像处理研究的意义: 图像是人类信息传递的主要媒介 图像信息处理是人类视觉延续的重要手段 图像处理技术具有广泛的应用价值,课程目的与要求,掌握数字图像处理的基本概念、原理和方法 初步运用所学知识解决实际问题 为图像处理及相关领域的研究打下基础 图像处理 计算机视觉 基于内容的图像、视频检索 人脸识别、指纹识别、掌
3、纹识别、虹膜识别 图像分类、图像和视频的语义概念检索,数字图像处理基础(采样、量化) 空间域图像增强(直方图、图像平滑、锐化) 频率域图像增强(各种变换、图像平滑、锐化) 图像的几何变换(缩放、旋转等) 图像复原(几种复原方法和技术) 图像压缩 图像分割与边缘检测 形态学图像理论 图像特征与理解,课程内容及安排,主要参考书目,图像处理和分析,章毓晋, 清华大学出版社 数字图像处理,贾永红,武汉大学出版社 数字图像处理学,阮秋琦,清华大学出版社,国内外相关会议和杂志,国内杂志:一级学报 Journal of Computer Science and Technology (JCST) (SCI)
4、 计算机学报 软件学报 电子学报 计算机研究与发展 国外会议: IEEE International Conference on Computer Vision(ICCV) IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR) ACM Multimedia Conference (MM) IEEE International Conference on Image Processing (ICIP),国外杂志: IEEE Transactions on Pattern Analysis a
5、nd Machine Intelligence (PAMI) IEEE Transactions on Image Processing (IP) IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology (CSVT) International Journal of Computer Vision(IJCV) Pattern Recognition (PR) Image and Vision Computing (IVC),国内外相关会议和杂志,成绩评定办法,平时作业:10 上机作业(程序及试验结果,含相应文档):20% 笔
6、试:70%,如何学习本课程?,需要掌握一些数学知识,但更重要的是理解隐藏在公式背后的物理、几何意义,以及如何应用它们。 勤于动手,勤于编写程序。 要和实际应用相结合,创造性地应用图像处理方法。 更重要的是,如何学习本课程?,千里之行 始于足下,Maria Petrou. Image Procesing: The Fundamentals. 2002,综合实训的思考,界定图像处理的范围; 简要讨论一下在数字图像处理中进行的主要研究; 概述一下典型通用的图像处理系统的组成; 介绍数字图像处理的应用。,本章学习的几个主要目的,第一章 概 论,1.1 数字图像基本概念,1.1.1模拟图像,1.1 数字
7、图像基本概念,1.1.2 数字图像 一个二维函数f(x,y),这里x和y是空间坐标,而在任何一对空间坐标(x,y)上的幅值f 称为该点图像的强度或灰度。当x,y和幅值f为有限的、离散的数值时,称该图像为数字图像。数字图像是由有限的元素组成,每一个元素都有一个特定的位置和幅值。,图1-4 数字图像,1.1 数字图像基本概念,在计算机中,图像被分割成图1-1所示的像素(Pixel),各像素的灰度值用整数表示。一幅MN个像素的数字图像,其像素灰度值可以用M行、N列的矩阵G表示:,(1-1),1.1 数字图像基本概念,1.2.1 什么是数字图像处理 数字图像处理是指借用数字计算机处理数字图像例如对图像
8、进行去除噪声、 增强、复原、分割、提取特征等。数字图象处理也称之为计算机图像处理(Computer Image Processing)。,1.2 图像处理目的、内容和特点,1.2.2 数字图像处理的目的 一般而言, 对图像进行加工分析主要有如下三方面目的: (1) 提高图像的视感质量, 以达到赏心悦目的目的。 (2) 提取图像中所包含的某些特征或特殊信息,以便于计算机分析,例如,常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。 (3) 对图像数据进行变换、 编码和压缩,以便于图像的存储和传输。,1.2 图像处理目的、内容和特点,1.2.3 数字图像处理的主要内容 (1) 图像获取、表示和表现(Image
9、 Acquisition, Representation and Presentation):把模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式,以及把数字图像显示和表现出来(如打印)。这一过程主要包括摄取图像、 光电转换及数字化等几个步骤。,1.2 图像处理目的、内容和特点,(2)图像复原(Image Restoration) 当造成图像退化(图像品质下降)的原因已知时,复原技术可以对图像进行校正。图像复原最关键的是对每种退化都需要有一个合理的模型。,1.2 图像处理目的、内容和特点,(3) 图像增强(Image Enhancement) 图像增强是对图像质量在一般意义上的改善。当无法知道图像退化
10、有关的定量信息时,可以使用图像增强技术较为主观地改善图像的质量。,1.2 图像处理目的、内容和特点,(4)图像分割(Image Segmentation) 把图像分成区域的过程就是图像分割。图像中通常包含多个对象, 例如, 一幅医学图像中显示出正常的或有病变的各种器官和组织。图像处理为达到识别和理解的目的,几乎都必须按照一定的规则将图像分割成区域, 每个区域代表被成像的一个物体(或部分)。,1.2 图像处理目的、内容和特点,(5)图像分析 图像处理应用的目标几乎均涉及到图像分析, 即对图像中的不同对象进行分割、 特征提取和表示,从而有利于计算机对图像进行分类、 识别和理解。,1.2 图像处理目
11、的、内容和特点,(6)图像重建 图像重建是指从数据到图像的处理,CT就是图像重建处理的典型应用实例。,1.2 图像处理目的、内容和特点,(7)图像压缩编码 数字图像的特点之一是数据量庞大。尽管现在有大容量的存贮器, 但仍不能满足对图像数据(尤其是动态图像、高分辨率图像)处理的需要, 因此在实际应用中图像压缩是必需的。,1.2 图像处理目的、内容和特点,数字图像处理的关键步骤,图像采集,图像复原,形态学处理,分割,表示&描述,图像增强,对象识别,问题域,彩色图像处理,图像压缩,1.2.3 数字图像处理的特点 数字图像处理是利用计算机的计算,实现与光学系统模拟处理相同效果的过程。 处理精度高,再现
12、性好; 易于控制处理效果; 处理的多样性; 图像数据庞大; 处理费时; 技术综合性强。,1.2 图像处理目的、内容和特点,1.3 图像工程与相关学科,1.3.1 图像工程的内涵,图1-2 图像工程三层次示意图,图像处理(低级) 内容: 主要对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果、或突出有用信息,并为自动识别打基础,或通过编码以减少对其所需存储空间、传输时间或传输带宽的要求。 特点: 输入是图像,输出也是图像,即图象之间进行的变换。,1.3 图像工程与相关学科,图像处理实例(图像增强),1.3 图像工程与相关学科,图像分析(中级图像处理) 内容: 主要对图象中感兴趣的目标进行检测(或分割)和测量
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