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數(shù)字圖像處理基礎(chǔ),教師：吳正華（副教授）學(xué)位：博士郵箱：wzhzxwz@電話：13908173345在本科和碩士研究生階段所學(xué)專業(yè)為：電子儀器及測量技術(shù)在博士階段所學(xué)專業(yè)為：生物醫(yī)學(xué)工程目前的研究方向?yàn)椋喝斯ぶ悄?教材數(shù)字圖像處理學(xué)阮秋琦電子工業(yè)出版社參考書1、DigitalImageProcessing(SecondEdition)，R.C.Gonzalez，R.E.Woods2、數(shù)字圖像處理（北京交大，阮秋琦譯）3、ComputerImageProcessingandPatternRecognition，UniversityofTennessee。4、圖像處理學(xué)，W.K.Pratt。5、數(shù)字圖像處理（DigitalPictureProcessing）A.Rosenfeld，中譯本,6、DigitalImageprocessingusingMATLAB.RafaelC.Gonzalez.RichardE.Woods.StevenL.Eddins7、PatternRecognitionPrinciple，R.C.Gonzalez，J.Tou。8、圖像處理和分析（清華大學(xué)，章毓晉編著）。9、數(shù)字圖像處理（DigitalImageprocessing）（清華大學(xué)林學(xué)訚等譯),本課程的目的內(nèi)容安排大致依照教材的脈絡(luò)行課，根據(jù)實(shí)際情況對某些內(nèi)容做適當(dāng)刪減，如第三章中的一些處理方法。(32學(xué)時(shí)）分十個(gè)章節(jié)：第一章概括介紹第二章圖像及圖像系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)及視覺系統(tǒng)第三章各種正交變換方法（重點(diǎn)）第四章圖像增強(qiáng)的各種方法,第五章圖像編碼（重點(diǎn)）第六章圖像復(fù)原第七章圖像重建第八章圖像分析第九章數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理第十章模式識(shí)別的理論和方法,聽覺20%人類傳遞信息視覺信息占60％其他感覺器官約20%第一幅照片（1839年）第一幅遙感照片（1909年）,,第一章緒論,德國維爾茨堡大學(xué)校長兼物理研究所所長倫琴教授（1845～1923年）的第一張X光照片,一、數(shù)字圖像處理的起源數(shù)字圖像處理的歷史可追溯至二十世紀(jì)二十年代。,1921年經(jīng)編碼后用電報(bào)打印機(jī)打印的圖像,1929年通過海底電纜從倫敦到紐約傳輸?shù)囊环掌?按照1929年的技術(shù)水平，如果不壓縮，需要一個(gè)多星期，壓縮后傳輸時(shí)間減少到3個(gè)小時(shí)。,1922年兩次通過大西洋后打印的數(shù)字圖像,下圖示出了由徘徊者7號在1964年7月31日上午（東部白天時(shí)間）9點(diǎn)09分在光線影響月球表面前約17分鐘時(shí)攝取的第一張?jiān)虑驁D像。這也是美國航天器取得的第一幅月球圖像。,計(jì)算機(jī)斷層（CT）是一種處理方法，在這種處理中，一個(gè)檢測器環(huán)圍繞著一個(gè)物體(或病人)，一個(gè)X射線源，帶有檢測器的同心圓繞著物體旋轉(zhuǎn)，X射線通過物體并由位于環(huán)上對面的相應(yīng)的檢測器收集起來，然后用特定的重建算法重建通過物體的“切片”的圖像。,射線：0.003～0.03射線：0.03～3紫外線：3～300紅外線：0.8～300微波0.3～100,二、圖像處理科學(xué)對人類具有重要意義(1)圖像是人們從客觀世界獲取信息的重要來源(2)圖像信息處理是人類視覺延續(xù)的重要手段,(3)圖像處理技術(shù)對國計(jì)民生有重要意義,三、圖像處理技術(shù)的分類大致可分為兩類：模擬圖像處理與數(shù)字圖像處理。（1）模擬圖像處理(Analogimageprocessing)模擬處理包括：光學(xué)處理（利用透鏡）和電子處理，如：照相、遙感圖像處理、電視信號處理等，電視圖像是模擬信號處理的典型例子，它處理的是活動(dòng)圖像，25幀/秒。優(yōu)點(diǎn)：速度快，實(shí)時(shí)，可同時(shí)并行處理。缺點(diǎn)：精度較差，靈活性差，非線性處理能力。,（2）數(shù)字圖像處理(DigitalImageprocessing)優(yōu)點(diǎn)：精度高，內(nèi)容豐富，可進(jìn)行復(fù)雜的非線性處理，有靈活的變通能力，一般來說只要改變軟件就可以改變處理內(nèi)容。缺點(diǎn)：處理速度還是一個(gè)問題，分辨率及精度尚有一定限制。,四、數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)（1）圖像信息量大、數(shù)據(jù)量也大（2）圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)（3）圖像信息理論與通信理論密切相關(guān),五、數(shù)字圖像處理的主要方法及主要內(nèi)容空域法兩大類：變換域法。空域法---這種方法是把圖像看作是平面中各個(gè)像素組成的集合，然后直接對這一二維函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理?？沼蛱幚矸ㄖ饕袃纱箢悾?1)鄰域處理法：其中包括梯度運(yùn)算(gradientAlgorithm)、平滑算子運(yùn)算(Smoothingoperator)等(2)點(diǎn)處理法：如灰度處理（greyprocessing），面積、周長、體積、重心運(yùn)算等等。,,變換域法：首先對圖像進(jìn)行正交變換，得到變換域系數(shù)陣列，然后再施行各種處理，處理后再反變換到空間域，得到處理結(jié)果。這類處理包括：濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等處理。,數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容：①圖像信息的獲取②圖像信息的存貯③圖像信息的傳送④圖像信息處理⑤圖像信息的輸出和顯示,（A）圖像獲取(1)電視攝像機(jī)(VideoCamera)特點(diǎn)：設(shè)備小巧、速度快、成本低、靈敏度高。缺點(diǎn)：灰度層次較差、非線性失真較大、有黑斑效應(yīng)，在使用中需校正。,(2)飛點(diǎn)掃描器(flyingpointScanner)這是一種以光源做掃描的圖像獲取設(shè)備。其特點(diǎn)是：精度較高、圖像清晰、可透射成像亦可反射成像，但是其體積略顯龐大。,(3)掃描鼓：這是一種高精度的滾桶式的圖像攝取設(shè)備。特點(diǎn)：精度高、分辨率高，可以輸入也可以輸出。缺點(diǎn)：價(jià)錢昂貴、速度低、維護(hù)要求高。(4)掃描儀特點(diǎn)：精度和分辨率中等，600DPI精度的掃描儀已常見。缺點(diǎn)：速度較慢，非實(shí)時(shí)設(shè)備。,(5)顯微光密度計(jì)，精度較高，速度低。(6)遙感中常用的圖像獲取設(shè)備已有多種設(shè)備，如：光學(xué)攝影：攝像機(jī)、多光譜像機(jī)等。紅外攝影：紅外輻射計(jì)、紅外攝像儀、多通道紅外掃描儀。MSS：多光譜掃描儀。微波：微波輻射計(jì)，側(cè)視雷達(dá)、真實(shí)空孔徑雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)(SAR)。,(B)信息的存貯：(ImageinformationStorage)圖像信息的突出特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量巨大。一般作檔案存貯主要采用磁帶、磁盤或光盤。(C)圖像信息的傳送：(Imageinformationtransmission)圖像信息的傳送可分為系統(tǒng)內(nèi)部傳送與遠(yuǎn)距離傳送。,(D)數(shù)字圖像處理(DigitalImageprocessing)①．幾何處理(geometricalprocessing)②．算術(shù)處理(Arithmeticprocessing)③．圖像增強(qiáng)(ImageEnhancement)④．圖像復(fù)原(ImageRestoration)⑤．圖像重建(ImageReconstruction)⑥．圖像編碼(ImageEncoding)⑦．圖像識(shí)別(ImageRecognition)⑧．圖像理解(ImageUnderstanding),E、圖像的輸出與顯示一種是硬拷貝，另一種是軟拷貝。（1）CRT顯示優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量好、亮度高、電子束尋址方式簡單、制造成本低等。缺點(diǎn)：體積大,（2）、液晶顯示器LCD,LCD的突出性能是極吸引人的，①體積小，重量輕②低功耗，低電壓③無軟X射線④全色顯示及相當(dāng)?shù)牧炼热秉c(diǎn)：①視角較窄②尋址復(fù)雜③亮度較低,（3）彩色等離子顯示技術(shù)（PlasmaDisplayPanel---PDP）,它的工作原理有兩個(gè)基本過程：1）氣體放電，惰性氣體受電信號的作用放電發(fā)射真空紫外線2）紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光等離子顯示技術(shù)有如下特點(diǎn)：①易于大面積顯示，可達(dá)到80英吋②全色顯示，顯示器可顯示256級灰度和1670萬種顏色③伏安特性非線性強(qiáng)，可尋址2000線以上,④可實(shí)現(xiàn)高亮度顯示⑤對比度高⑥視角在所有的平板顯示器中是最大的，可達(dá)到160度⑦色純度好，與CRT相當(dāng)⑧壽命長，可達(dá)3萬小時(shí)以上⑨工作電壓低，一般小于200伏⑩易于批量生產(chǎn)其主要缺點(diǎn)：功耗較大，目前在以上。此外，在亮環(huán)境下對比度有待提高。其最大的弱點(diǎn)是價(jià)格偏高,（4）、場致發(fā)光顯示器(FieldEffectDisplay--FED)其顯著優(yōu)點(diǎn)是：①薄型，無需加背光源，一般比LCD還要薄②易于拼接，可做成大屏幕③可高度集成做成高清晰度顯示器④電壓低，功耗小，壽命長⑤圖像質(zhì)量好⑥發(fā)光亮度起伏小，成品率高⑦不需要偏轉(zhuǎn)線圈，無X射線，抗電磁輻干擾和輻射⑧生產(chǎn)工藝簡單，F(xiàn)ED有數(shù)百個(gè)陰極，有幾個(gè)不工作沒有影響,(5)新型顯示設(shè)備---E-Paper(電子紙,數(shù)碼紙),將來會(huì)有更多的新型器件和原理制成新的顯示器，如：碳納米管制成的顯示器（日本）鐵電液晶顯示器（韓國）Sharp公司甚至做出了能卷曲的顯示器,六、數(shù)字圖像處理的應(yīng)用(1)遙感：(RemoteSensing),(2)醫(yī)學(xué)應(yīng)用,（3)圖像處理技術(shù)在通信中的應(yīng)用（4）工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量控制（5）安全保章、公安等方面的應(yīng)用（6）教學(xué)及科研領(lǐng)域中也將大量應(yīng)用圖像處理技術(shù)（7）當(dāng)前呼聲甚高的電子商務(wù)中，圖像處理技術(shù)也大有可為,七、數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向（1）在進(jìn)一步提高精度的同時(shí)著重解決處理速度問題（2）加強(qiáng)軟件研究、開發(fā)新的處理方法（3）加強(qiáng)邊緣學(xué)科的研究工作，促進(jìn)圖像處理技術(shù)的發(fā)展（4）加強(qiáng)理論研究，逐步形成圖像處理科學(xué)自身的理論體系（5）時(shí)刻注意圖像處理領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化問題,圖像處理技術(shù)未來發(fā)展大致可歸納如下四點(diǎn)：（1）圖像處理的發(fā)展將向著高速、高分辨率、立體化、多媒體化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展(2)圖像、圖形相結(jié)合朝著三維成像或多維成像的方向發(fā)展(3)硬件芯片研究(4)新理論與算法研究,