1、數字圖像處理數字圖像處理20132014學年第二學期學年第二學期前言前言是一門關于如何用是一門關于如何用計算機對圖象進行處理的學科。本課程主要講解基本原理和方法，計算機對圖象進行處理的學科。本課程主要講解基本原理和方法，也兼顧編程實踐（也兼顧編程實踐（MATLAB實現）。實現）。教材：教材：數字圖像處理，許錄平，科學出版社，數字圖像處理，許錄平，科學出版社，2007參考書：參考書：1. Digital Image Processing, R. C. Gonzalez, Prentice Hall, 2002. (中文版，阮秋琦譯，電子工業出版社中文版，阮秋琦譯，電子工業出版社)2.數字圖像處理

2、及數字圖像處理及MATLAB實現，余成波，重慶大學出版實現，余成波，重慶大學出版 社，社， 20033. 數字圖像處理學數字圖像處理學 Visual C+實現，郎銳編，北京希望電子出實現，郎銳編，北京希望電子出版社，版社，2002考核方式 平時：平時：1010（考勤、課堂互動等）（考勤、課堂互動等） 專題報告：專題報告：2020 圖像軟件圖像軟件:20%:20% 期末考試：期末考試：5050 考試方式：開卷考試方式：開卷 記分方式：百分制記分方式：百分制關于答疑 時間時間:周四下午周四下午3:005:00 地點地點:新實驗樓新實驗樓703 聯系方式：聯系方式QQ：29

3、257057 什么是數字圖象？ 數字圖象是指由被稱作象素的小塊區域組成的二維矩陣。數字圖象是指由被稱作象素的小塊區域組成的二維矩陣。對于單色即灰度圖象而言，每個象素的亮度用一個數值來表示，對于單色即灰度圖象而言，每個象素的亮度用一個數值來表示，通常數值范圍在通常數值范圍在0 0到到255255之間，即可用一個字節來表示，之間，即可用一個字節來表示，0 0表示黑、表示黑、255255表示白，而其它表示灰度。如下圖所示：表示白，而其它表示灰度。如下圖所示：125,153,158,157,127,70,103,120,129,144,144,150,150,147,150,160,165,160,1

4、64,165,167,175,175,166,133, 60,133,154,158,100,116,120, 97, 74, 54, 74,118,146,148,150,145,157,164,157,158,162,165,171,155,115, 88, 49,111,114,114,123,126,121,116,110,107,116,116,129,135,134,131,120,126,121, 85, 32, 29, 43, 33, 37, 52, 32,105,114,117,118,123,122,116,113,118,112,104,108,111,105,113,1

5、26,123,107, 51, 27, 25, 34, 40, 35, 39, 36,灰度圖象灰度圖象(128x128)(128x128)及其對應的數值矩陣（僅列出一部分及其對應的數值矩陣（僅列出一部分(26x31)(26x31)） 圖像是一種圖像是一種空間空間信息，它具體地表明了事物的形態、位置信息，它具體地表明了事物的形態、位置和色彩等，以便人們進行觀察、測量和識別。圖像包含了豐富的和色彩等，以便人們進行觀察、測量和識別。圖像包含了豐富的信息，它直觀地提供了景物的顏色、亮度、紋理、位置和形狀等。信息，它直觀地提供了景物的顏色、亮度、紋理、位置和形狀等。上述信息成為人們理解該圖像所表現的事物

6、的基礎。上述信息成為人們理解該圖像所表現的事物的基礎。 圖像在人類接收和傳遞信息中都起著重要的作用。因為圖圖像在人類接收和傳遞信息中都起著重要的作用。因為圖像比起聲音、文字信息有其突出的長處，那就是圖像的像比起聲音、文字信息有其突出的長處，那就是圖像的直觀性、直觀性、客觀性客觀性，它能原封不動地將客觀事物的原形展現在眼前。而聲音、，它能原封不動地將客觀事物的原形展現在眼前。而聲音、文字信息則是通過描述來表達事物，即屬于描述性的信息。會受文字信息則是通過描述來表達事物，即屬于描述性的信息。會受到描述者的許多因素的影響，諸如主觀、片面、專業、情緒、狀到描述者的許多因素的影響，諸如主觀、片面、專業、

7、情緒、狀態等都會使描述偏離客觀事物。態等都會使描述偏離客觀事物。圖像信息的重要性圖像信息的重要性 圖像信息的重要性還在于人們的視覺系統有著瞬間獲取圖像信息的重要性還在于人們的視覺系統有著瞬間獲取圖像、分析圖像、識別圖像和理解圖像的能力。從視覺接受圖像、分析圖像、識別圖像和理解圖像的能力。從視覺接受信息的角度看，可認為圖像是空間客觀景物在眼球視網膜上信息的角度看，可認為圖像是空間客觀景物在眼球視網膜上形成的像。形成的像。 視覺系統和大腦具有高超的能力，能區分圖像中的物體視覺系統和大腦具有高超的能力，能區分圖像中的物體與背景；能感知顏色、亮度、形狀、方向、位置、運動等信與背景；能感知顏色、亮度、形

8、狀、方向、位置、運動等信息的細微差別；能將有意義的信息綜合成一體；有很強的信息的細微差別；能將有意義的信息綜合成一體；有很強的信息存儲能力；具有高效地進行平行處理的能力等等。其實，息存儲能力；具有高效地進行平行處理的能力等等。其實，人們在生活和非自動化生產中，都離不開用視覺獲取圖像和人們在生活和非自動化生產中，都離不開用視覺獲取圖像和處理圖像。處理圖像。人類通過眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。約有75%的信息是通過視覺系統獲取的。數字圖象處理是用數字計算機處理所獲取視覺信息的技術。 數字圖像處理數字圖像處理：即利用計算機對數字圖像進行處理即利用計算機對數字圖像進行處理 ，它具有精度，它具

9、有精度高、處理內容豐富、方法易變、靈活度高等優點。但是它的處高、處理內容豐富、方法易變、靈活度高等優點。但是它的處理速度受到計算機和數字器件的限制，一般也是串行處理，因理速度受到計算機和數字器件的限制，一般也是串行處理，因此處理速度較慢。此處理速度較慢。光電結合處理光電結合處理：用光學方法完成運算量巨大的處理（如頻譜變換用光學方法完成運算量巨大的處理（如頻譜變換等），而用計算機對光學處理結果（如頻譜）進行分析判斷等等），而用計算機對光學處理結果（如頻譜）進行分析判斷等處理。該方法是前兩種方法的有機結合，它集結了二者的優點。處理。該方法是前兩種方法的有機結合，它集結了二者的優點。光電結合處理是今

10、后圖像處理的發展方向，也是一個值得關注光電結合處理是今后圖像處理的發展方向，也是一個值得關注的研究方向。的研究方向。 運動圖像可用（靜止）圖像序列表示，彩色圖像可分運動圖像可用（靜止）圖像序列表示，彩色圖像可分解成三基色圖像，三維圖像可由二維重建。因此本課程主解成三基色圖像，三維圖像可由二維重建。因此本課程主要針對平面上的靜止灰度圖像進行論述。要針對平面上的靜止灰度圖像進行論述。（1 1）空間有界）空間有界: :人的視野有限，一幅圖像的大小也有限。人的視野有限，一幅圖像的大小也有限。 （2 2）幅度（強度）有限）幅度（強度）有限 ：即對于所有的：即對于所有的x x，y y都有都有 0f(x,y

11、) 0f(x,y) B Bm m 其中其中B Bm m為有限值為有限值 。一個基本的數字圖像處理系統由圖像輸入、圖像存儲、一個基本的數字圖像處理系統由圖像輸入、圖像存儲、圖像通信、圖像處理和分析五個模塊組成。圖像通信、圖像處理和分析五個模塊組成。如下圖所示：如下圖所示：在圖像分析、識別和理解中，一般需要將在圖像分析、識別和理解中，一般需要將處理前后的圖像顯示出來，或將處理結果永久保存。前者稱為軟處理前后的圖像顯示出來，或將處理結果永久保存。前者稱為軟拷貝或顯示，使用設備包括拷貝或顯示，使用設備包括CRTCRT顯示器、液晶顯示器和投影儀等。顯示器、液晶顯示器和投影儀等。后者稱為硬拷貝，使用設備包

12、括照相機、激光拷貝和打印機等。后者稱為硬拷貝，使用設備包括照相機、激光拷貝和打印機等。對圖像數據進行傳輸和通信。由于圖像數對圖像數據進行傳輸和通信。由于圖像數據量很大，而能提供通信的信道傳輸率又有限，因此傳輸前必須據量很大，而能提供通信的信道傳輸率又有限，因此傳輸前必須對表示圖像信息的數據進行壓縮編碼，以減少圖像數據量。對表示圖像信息的數據進行壓縮編碼，以減少圖像數據量。包括處理算法、實現軟件和計算機，包括處理算法、實現軟件和計算機，一般包括下面三種形式：一般包括下面三種形式：主要是星體圖片的獲取、傳送和處理。主要是星體圖片的獲取、傳送和處理。圖像信息傳輸、電視電話、衛星通信、數圖像信息傳輸、

13、電視電話、衛星通信、數字電話等。主要是壓縮圖像數據和動態圖像（序列）傳送字電話等。主要是壓縮圖像數據和動態圖像（序列）傳送 。（航空遙感和衛星遙感），地形、地質、（航空遙感和衛星遙感），地形、地質、資源的勘測，自然災害監測、預報和調查，環境監測、調查資源的勘測，自然災害監測、預報和調查，環境監測、調查等等 。細胞分析、染色體分類、放射圖像細胞分析、染色體分類、放射圖像處理、血球分類、各種處理、血球分類、各種CTCT、核磁共振圖像分析、核磁共振圖像分析、DNADNA顯示分析、顯示分析、顯微圖像處理、癌細胞識別、心臟活動的動態分析、超聲圖顯微圖像處理、癌細胞識別、心臟活動的動態分析、超聲圖像成像、生物進化的圖像分析等等像成像、生物進化的圖像分析等等 。 。 第一章 概述 圖像處理基礎 第