北京大学数字图像处理冈萨雷斯课件.ppt
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1、研究生研究生课课程程数字数字图图像像处处理理 Digital Image ProcessingDigital Image Processing彭宇新彭宇新 北京大学北京大学计计算机科学技算机科学技术术研研究所究所 E_mail:E_mail:数字数字图图像像处处理理课课程介程介绍绍教材及参考教材及参考书书上上课课主要内容主要内容课课程目的与要求程目的与要求考考试试内容内容助教老助教老师师国内外相关会国内外相关会议议和和杂杂志志目前需要做的事情目前需要做的事情教材及参考教材及参考书书教材教材RafaeRafael l C C.GonzalezGonzalez,RicharRichard d E
2、E.Woods Woods 著,著,阮秋琦、阮宇智等阮秋琦、阮宇智等译译,数字,数字图图像像处处理(第理(第 二二版),版),电电子工子工业业出版社,出版社,20032003年。年。RafaeRafael l C C.GonzalezGonzalez,RicharRichard d E E.Woods.Woods,DigitaDigital l ImagImage e Processing(Second Edition)Processing(Second Edition),PrenticPrentice e Hall Hall,20032003。教材及参考教材及参考书书(续续)参考参考书书Ke
3、nneth R.CastlemanKenneth R.Castleman著,朱志著,朱志刚刚、林学、林学訚訚、石定、石定 机等机等译译,数字,数字图图像像处处理,理,电电子工子工业业出版社,出版社,20022002年。年。章毓晋,章毓晋,图图象工程上册象工程上册图图象象处处理和分析,清理和分析,清华华大大 学出版社,学出版社,20032003年。年。阮秋琦,数字阮秋琦,数字图图像像处处理学,理学,电电子工子工业业出版社,出版社,2004 2004 年。年。杨杨枝灵、王开等,枝灵、王开等,Visual C+Visual C+数字数字图图像像获获取、取、处处理理 及及实实践践应应用,人民用,人民邮
4、电邮电出版社,出版社,20032003年。年。章毓晋,基于内容的章毓晋,基于内容的视觉视觉信息信息检检索,科学出版社,索,科学出版社,20032003年。年。上上课课主要内容主要内容1.1.概述概述2.2.空空间间域域图图像增像增强强3.3.彩色彩色图图像像处处理理4.4.基于内容的基于内容的图图像像检检索(索(补补充)充)5.5.傅里叶傅里叶变换变换6.6.频频率域率域图图像增像增强强7.7.图图像复原像复原8.8.图图像像压缩压缩(1 1)上上课课主要内容(主要内容(续续)9.9.图图像像压缩压缩(2 2)10.10.形形态态学学图图像像处处理理11.11.图图像分割像分割12.12.表示
5、与描述表示与描述13.13.基于内容的基于内容的视频视频分析和分析和检检索技索技术术(补补充)充)14.14.考考试试复复习习课课程目的与要求程目的与要求掌握数字掌握数字图图像像处处理的基本概念、原理和理的基本概念、原理和 方法方法初步运用所学知初步运用所学知识识解决解决实际问题实际问题为图为图像像处处理及相关理及相关领领域的研究打下基域的研究打下基础础图图像像处处理理计计算机算机视觉视觉基于内容的基于内容的图图像、像、视频检视频检索索人人脸识别脸识别、指、指纹识别纹识别、掌、掌纹识别纹识别、虹膜、虹膜识别识别图图像分像分类类、图图像和像和视频视频的的语义语义概念概念检测检测、考考试试内容内容
6、平平时时作作业业50%50%,考,考试试成成绩绩50%50%平平时时作作业选择业选择下列两个之一:下列两个之一:分分组组完成一个大作完成一个大作业业其他与其他与图图像像处处理相关的理相关的课题课题(需要上需要上课课老老师师 认认可可)考考试闭试闭卷完成(基本概念、原理和算法)卷完成(基本概念、原理和算法)助教老助教老师师曹磊E_mail: 电话:82529384注意:有不懂的地方多问助教老师,充分发挥助教老师的 指导作用国内外相关会国内外相关会议议和和杂杂志志国内国内杂杂志:一志:一级级学学报报软软件学件学报报电电子学子学报报计计算机研究与算机研究与发发展展JournaJournal l of
7、 of TechnologyTechnologyComputeComputer r Science Science(JCST)(SCI)(JCST)(SCI)andand计计算机学算机学报报国内外相关会国内外相关会议议和和杂杂志(志(续续)国外会国外会议议:IEEE International Conference on Computer IEEE International Conference on Computer Vision(ICCV)Vision(ICCV)IEEE International Conference on Computer IEEE International Co
8、nference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR)Vision and Pattern Recognition(CVPR)ACM Multimedia Conference(MM)ACM Multimedia Conference(MM)国内外相关会国内外相关会议议和和杂杂志(志(续续)国外会国外会议议:IEEE International Conference on Image IEEE International Conference on Image Processing(ICIP)Processing(ICIP)IEEE
9、International Conference on Multimedia IEEE International Conference on Multimedia and Expo(ICME)and Expo(ICME)International Conference on Pattern International Conference on Pattern Recognition(ICPR)Recognition(ICPR)ACM International Conference on Image and ACM International Conference on Image and
10、 Video Retrieval(CIVR)Video Retrieval(CIVR)国内外相关会国内外相关会议议和和杂杂志(志(续续)国外期刊:国外期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence(PAMI)Machine Intelligence(PAMI)IEEE Transactions on Image Processing(IP)IEEE Transactions on Image Processing(IP)IEEE
11、 Transactions on Circuits and Systems for IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology(CSVT)Video Technology(CSVT)International Journal of Computer Vision International Journal of Computer Vision(IJCV)(IJCV)Pattern Recognition(PR)Pattern Recognition(PR)Image and Vision Computing(IV
12、C)Image and Vision Computing(IVC)目前需要做的事情目前需要做的事情选课选课学生学生发发送下列信息送下列信息给给老老师师:姓名姓名学号学号联联系方式:系方式:E_mail,E_mail,电话电话硕硕士生或博士生,年士生或博士生,年级级所在院系、所在院系、实验实验室、室、导师导师研究方向研究方向数字数字图图像像处处理基理基础础概述概述概念:概念:图图像、数字像、数字图图像、像素像、像素数字数字图图像像处处理的起源理的起源数字数字图图像像处处理的理的应应用用领领域域图图像像处处理系理系统统的部件的部件基基础础知知识识图图像的采像的采样样和量化和量化数字数字图图像的表示
13、像的表示数字数字图图像的像的质质量量像素像素间间的一些基本关系的一些基本关系什么是什么是图图像?像?定定义为义为二二维维函数函数f(x,y),f(x,y),其中,其中,x,yx,y是空是空间间坐坐标标,f(x,y)f(x,y)是点(是点(x,yx,y)的幅)的幅值值灰度灰度图图像是一个二像是一个二维维灰度(或亮度)函数灰度(或亮度)函数f(x,y)f(x,y)彩色彩色图图像由三个(如像由三个(如RGB,HSVRGB,HSV)二)二维维灰度(或亮度)函数灰度(或亮度)函数f(x,y)f(x,y)组组成成x xy yy yx x什么是数字什么是数字图图像?像?像素像素组组成的二成的二维维排列,可以
14、用矩排列,可以用矩阵阵表示表示对对于于单单色色(灰灰度度)图图像像而而言言,每每个个像像素素的的亮亮度度用用一一个个数数 值值来来表表示示,通通常常数数值值范范围围在在0 0到到255255之之间间,0 0表表示示黑黑、255255表表 示白,其它示白,其它值值表示表示处处于黑白之于黑白之间间的灰度的灰度彩色彩色图图像可以用像可以用红红、绿绿、蓝蓝三元三元组组的二的二维维矩矩阵阵来表示。来表示。通常,三元通常,三元组组的每个数的每个数值值也是在也是在0 0到到255255之之间间,0 0表示相表示相应应 的基色在的基色在该该像素中没有,而像素中没有,而255255则则代表相代表相应应的基色在的
15、基色在该该像像 素中取得最大素中取得最大值值yx数字数字图图像的像素表示像的像素表示xy什么是像素?什么是像素?数字数字图图像由二像由二维维的元素的元素组组成,每一个元素具有一个成,每一个元素具有一个 特定的位置(特定的位置(x,yx,y)和幅)和幅值值f(x,y),f(x,y),这这些元素就称些元素就称为为像素像素数字数字图图像像处处理的起源理的起源人人类类分析分析图图像在像在传输过传输过程后的更好复原程后的更好复原空空间应间应用:用:图图像增像增强强、图图像复原像复原医学医学图图像像作用:通作用:通过图过图像增像增强强、图图像复原等技像复原等技术术,增,增强强或复或复 原模糊或原模糊或损损
16、毁毁的的图图像像机器感知机器感知自自动动字符字符识别识别OCROCR人人脸识别脸识别指指纹识别纹识别,生物特征,生物特征识识别别数字数字图图像像处处理的理的应应用用领领域域传统领传统领域域医学、空医学、空间应间应用、地理学、生物学、用、地理学、生物学、军军事事最新最新领领域域数数码码相机相机(DC)(DC)、数、数码摄码摄像机像机(DV)(DV)指指纹识别纹识别、人、人脸识别脸识别互互联联网、网、视频视频、多媒体等、多媒体等基于内容的基于内容的图图像像检检索、索、视频检视频检索、多媒体索、多媒体检检索索水印、游水印、游戏戏、电电影特技、虚影特技、虚拟现实拟现实、电电子商子商务务等等数字数字图图
17、像像处处理的理的应应用无用无处处不在不在例例1 1:图图像增像增强强直方直方图图均衡化均衡化例例2 2:人:人脸检测脸检测与与识别识别例例3 3:镜头边镜头边界界检测检测例例4 4:基于内容的:基于内容的图图像像检检索索 例例5 5:基于内容的:基于内容的镜头检镜头检索索例例6 6:基于内容的:基于内容的视频视频片断片断检检索索例例7 7:视频视频字幕字幕识别识别例例7 7:视频视频字幕字幕识别识别例例8 8:101101个个视频视频概念的概念的检测检测视频语义标注的基本方法测试 视频训练 学习标注训练 视频库语 义 概 念 模型视频 标注特征提取特征提取概念 检测例例8 8:101101个个
18、视频视频概念的概念的检测检测输输入入图图像像输输出出图图像像数数 字字 化化 设设 备备图图 像像 输输 出出 设设 备备InternetInternet图图像存像存储储系系统统图图像像处处理系理系统统的基本的基本组组成成结结构构图图像像处处理理计计算机算机图图 像像图图像像处处理系理系统统的基本的基本组组成成结结构构主要由三大部分主要由三大部分组组成成图图像数字化像数字化设备设备,包括数,包括数码码相机、数相机、数 码摄码摄像机、像机、带带照相和照相和/或或摄摄像功能的手机像功能的手机 等等图图像像处处理理设备设备,包括,包括计计算机和存算机和存储储系系 统统图图像像输输出出设备设备,包括打
19、印机,也可以,包括打印机,也可以 输输出到出到InternetInternet上的其它上的其它设备设备图图像存像存储储系系统统图像文件格式体系互联网用:GIF、JPG印 刷 用:TIF、JPG、TAG、PCX 国际标准:TIF、JPG、BMP图像存储体系:分级存储 内存存储:处理时使用 硬盘存储:处理、备份时用(在线)备份存储:光盘、磁带(离线、近线)网络存储:SAN、NAS为什么要用SAN传统存储解决方案 信息岛存储区域网SAN(Storage Area Network)SANSANSAN是什么?SAN是什么?(续)不是client/server,而是client/storage devic
20、es独 立 于 L A N 之 外 的 高 速 存 储 网 络一 般 采 用 高 速 的 光 纤 通 道 作 为 传 输 媒 体(2 G b i t/s)将 存 储 设 备 通 过 光 通 道 互 连 设 备 构 成 一 个 存储 子 网支 持 服 务 器 和 存 储 设 备 之 间 任 意 到 任 意 的 连接S A N上的任何一台服务器均可存取网络中的任何一个存 储设备对 网 上 的 存 储 资 源 实 施 集 中 统 一 的 管 理NAS(Network Attached Storage)是什么?是优化的文件服务器,存储设备与服务器均直接连 接到LAN上,使用TCP/IP等LAN协议,通
21、过LAN实现数据交 换和存储管理。由于使用网络协议,因而会有速度和延 时的问题,且系统扩展能力受到网络带宽的限制。File I/OFile I/OSAN与NAS比较SANNAS块级共享文件级共享远程存储访问远程文件访问存储专用网共享LAN存储协议(如FCP)网络协议(如TCP/IP)集中式管理分散式管理无限的扩展能力有限的扩展能力更高的连接速度和处理能力较低的连接速度和处理能力数字数字图图像像处处理基理基础础图图像的采像的采样样和量化和量化数字数字图图像的表示像的表示数字数字图图像的像的质质量量像素像素间间的一些基本关系的一些基本关系 邻邻域域处处理方理方法是法是图图像增像增强强和复原和复原过
22、过程程的核心的核心图图像的采像的采样样和量化和量化大多数传感器的输出是连续电压波形为了产生一幅数字图像,需要把连续的 感知数据转化为数字形式这包括两种处理:取样和量化取样:图像空间坐标的数字化量化:图像函数值(灰度值)的数字化N N图图像采像采样样空间坐标(x,y)的数字化被称为图像采样确定水平和垂直方向上的像素个数N、MM M函数取值的数字化被称为图像的量化,如 量化到256个灰度级f图图像的量化像的量化图图像的采像的采样样与数字与数字图图像的像的质质量量图图像的采像的采样样与数字与数字图图像的像的质质量量1024102451251225625612812864643232265x18013
23、3x9066x4533x22图图像的采像的采样样与数字与数字图图像的像的质质量量256灰度灰度级级16灰度灰度级级8灰度灰度级级4灰度灰度级级图图像的量化与数字像的量化与数字图图像的像的质质量量非统一的图像的采样在灰度级变化尖锐的区域,用细腻的采样,在灰度级比较平滑的区域,用粗糙的采样图图像的采像的采样样和量化和量化图图像的采像的采样样和量化和量化非统一的图像的量化在边界附近使用较少的灰度级。剩余的 灰度级可用于灰度级变化比较平滑的区 域避免或减少由于量化的太粗糙,在灰度 级变化比较平滑的区域出现假轮廓的现 象数字数字图图像像处处理基理基础础图图像的采像的采样样和量化和量化数字数字图图像的表示
24、像的表示数字数字图图像的像的质质量量像素像素间间的一些基本关系的一些基本关系二维离散亮度函数f(x,y)x,y说明图像像素的空间坐标函数值 f 代表了在点(x,y)处像素的灰度 值二维矩阵Am,nm,n说明图像的宽和高。矩阵元素a(i,j)的值,表示图像在第 i 行,第 j 列的像素的灰度值;i,j表示几何 位置数字数字图图像的表示像的表示图像描述信息如图像高度和宽度等 信息图像数据顺序存放的连续数据BMP格式1.位图文件头2.位图信息头3.调色板4.图像数据headData数字数字图图像的表示像的表示typedef struct tagBITMAPFILEHEADERWORDDWORD WO
25、RD WORD DWORDbfType;bfSize;bfReserved1;bfReserved2;bfOffBits;/文件类型,必须是字符串”BM”/指定文件大小/保留字,不考虑/保留字,不考虑/从文件头到位图数据的偏移字节数 BITMAPFILEHEADER;BMPBMP格式格式1 1、位、位图图文件文件头头typedef struct tagBITMAPINFOHEADERDWORD LONG LONG WORD WORD DWORD DWORD LONG LONG DWORD DWORDbiSize;biWidth;biHeight;biPlanes;biBitCount biCo
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