1、數字圖像處理與分析譚立湘參考書Digital Image Processing R.C.Gonzalez 數字圖像處理（第三版） 阮秋琦 電子工業出版社圖像工程 （第三版） 章毓晉 上、中、下冊 清華大學出版社 MATLAB 圖像處理 清華大學出版社課程目的與要求掌握數字圖像處理的基本概念、原理和方法掌握圖像分析的方法，初步運用所學知識解決實際問題為圖像處理及相關領域的研究打下基礎圖像處理/醫學影像處理計算機視覺生物特征識別：人臉識別、指紋識別、掌紋識別、虹膜識別等圖像分類、圖像和視頻的檢索（圖像理解）上課要求和成績評定興趣、寬松、和諧公平、滿意 20學時實驗 課程報告序言人類獲取信息的重要來

2、源：視覺 70%；聽覺 15%；其他 15% 圖像是人類視覺的延伸 觀察系統使用的光波段：可見光、紅外、X射線、微波、超聲波等序言可見光譜成像不同光照圖像 序言“勇氣”號和“機遇”號兩個火星探測器在拍攝這些圖片時，使用的是綠色、藍色及紅外線濾光鏡頭，沒有使用綠色、藍色和標準紅色濾光鏡頭。這種鏡頭拍攝出的照片還是很精確的，但顏色會顯得特別突出，所以人們看上去覺得有些怪。 序言序言序言-伽馬射線序言-X射線序言-紫外線序言-超聲波序言-光學顯微鏡圖像序言-颶風的多光譜圖像序言-紅外線（夜間燈光）序言-西藏西南山區的空間雷達圖像 （微波波段成像）計算機生成的圖像計算機生成的圖像藝術風格繪畫模擬計算機

3、生成的圖像動畫圖像計算機生成的圖像由樹的分形模型生成的黑山茱萸樹 (a) 沒有樹葉 (b) 有樹葉1.1 數字圖像1.2 數字圖像處理1.3 相關學科和領域1.4 數字圖像處理的主要應用與發展趨勢1.5 工程應用簡介1.1 數字圖像1.1.1 數字圖像的基本概念1.1.2 數字圖像的基本特點1.1.1 數字圖像的基本概念圖像是一種語言表達方法直觀表現力強圖像信息是人類信息獲取和交流的主要方式視、聽、觸、嗅、味等1.1 數字圖像1.1.1 數字圖像的基本概念圖：反射光或透射光的分布，或自身發出的能量(客觀)像：人的視覺系統對圖的接收在大腦中形成的印象或認識 （主 觀）觀察系統使用的光波段：可見光

4、、紅外、X射線、微波超聲 波、 射線等圖像： 靜止文字、圖片等 運動分行物、心臟圖 色彩：黑白、彩色圖像處理: 是對圖像信息進行加工處理，以滿足人的視覺心理和實際應用的需求圖像處理方法： 光學方法 、電子學方法1.1.1 數字圖像的基本概念1.1.1 數字圖像的基本概念模擬圖像 連續的，采用數字化（離散化）表示和數字技術出現之前，圖像是連續的，這一類圖像稱為模擬圖像或連續圖像 連續的：指從時間上和從數值上是不間斷的1.1.1 數字圖像的基本概念數字圖像 由連續的模擬圖像采樣和量化而得。組成數字圖像的基本單位是像素，所以數字圖像是像素的集合。以像素為元素的矩陣，像素的值代表圖像在該位置的亮度/色

5、度，稱為圖像的灰度值/色度值。數字圖像像素具有整數坐標和整數灰度值。1.1.1 數字圖像的基本概念圖像分類維數：二維圖像 三維圖像 顏色：黑白圖像 彩色圖像時間：靜止圖像 活動圖像 靜止文字、圖片等 運動分行物、心臟圖 三維立體山脈、建筑群1.1.2 數字圖像的基本特點圖像是人類信息獲取的重要手段 數字圖像的分辨率逐步提高 數字圖像可以充分利用現代化的數字通訊和信息傳輸技術 數字圖像可以長期保存和永不失真 1.2 數字圖像處理數字圖像處理作為一門學科追溯到60年代，1964年美國噴氣推進實驗室利用計算機對太空船發回的月球圖像信息進行處理。 1.2.1 數字圖像處理的基本特點1.2.2 數字圖像

6、處理的主要研究內容1.2 數字圖像處理1.2.1 數字圖像處理的基本特點信息量大：5125128bit256KB 256KB25幀/s6400KB=6.25MB占用的頻帶較寬：電視圖像的帶寬56MHz，而語言帶寬4KHz，頻帶越寬，技術實現難度越大像素相關性大：壓縮潛力大評價受人的影響大表達： 建模，圖像采樣、數字化圖像和視覺基礎圖像變換： 提高圖像質量圖像處理圖像基礎圖像增強： 改善圖像質量圖像幾何處理： 平移、縮放、旋轉、扭曲圖像復原： 去噪聲、去模糊圖像重建： 重建原始圖像1.2.2 數字圖像處理的主要研究內容1.2.2 數字圖像處理的主要研究內容圖像編碼壓縮 減少存儲量和傳輸量圖像分割

7、 圖像區域分割和理解、目標表達和描述圖像理解 圖像感知、解釋、推理等1.2.2 數字圖像處理的主要研究內容圖像增強1.2.2 數字圖像處理的主要研究內容圖像復原1.3.1 數字信號處理學1.3.2 計算機圖形學1.3.3 計算機視覺1.3 相關學科和領域1.3.1 數字信號處理學 數字信號處理 圖像處理研究對象：一維數字信號 二維數字信號研究內容：數字濾波器、數字 圖像濾波器、圖像 正交變換、數字編 正交變換、圖像編 碼等 碼等數字信號處理與圖像處理是緊密相關的學科。1.3.2 計算機圖形學 計算機圖形學 圖像處理研究對象： 圖形 圖像研究內容： 圖形生成、透視、 圖像處理、圖像分 消隱 割、

8、圖像分析過程： 由數學公式生成仿 由原始圖像處理出 真圖形或圖像 分析結果計算機圖形學與圖像處理是逆過程。1.3.2 計算機圖形學 圖像 描述圖像處理計算機圖形學圖像識別圖像理解1.3.3 計算機視覺 計算機視覺 圖像處理研究對象： 圖像或圖像序列 圖像研究內容： 視覺感知、 圖像處理、圖像分割、 圖像理解 圖像分析過程： 由圖像特征感知、 由原始圖像處理出 識別和理解三維場景 分析結果 虛擬博物館1.4 數字圖像處理的主要應用與趨勢1.4.1 數字圖像處理的主要應用1.4.2 數字圖像處理的發展趨勢1.4.1 數字圖像處理的主要應用遙感圖像應用：資源調查、災害監測、農林業規劃、城市 規劃、環

9、境保護等醫學圖像應用:計算機斷層攝影計算成像CT技術、X射線、 染色體分析等工業和實驗圖像應用:無損探傷、自動檢查和識別、智能機 器人等1.4 數字圖像處理的主要應用與趨勢1.4.1 數字圖像處理的主要應用辦公室自動化圖像應用：郵政編碼圖像識別、OCR（字符識別系統）、自動判卷系統、各類圖紙自動識別與錄入系統等軍事公安圖像應用：自動跟蹤技術、指紋識別、不完整圖片的復原、監控等文化藝術圖像應用：服裝設計、畫作/照片的復制和修復、運動員動作分析等圖像數據傳輸應用：圖像的存儲、刻盤、互聯網傳輸，以及其它衛星傳輸、無線傳輸等 數字圖像輸入輸出設備從低分辨率向高分辨率發展 從二維（2D）向三維（3D）發

10、展從靜止圖像向動態圖像發展從單態圖像向多態圖像發展結合應用方面的新進展1.4.2 數字圖像處理的發展趨勢1.5 工程應用簡介1.5.1 遙感圖像處理1.5.2 工業與實驗圖像處理1.5.3 醫學圖像處理1.5.4 辦公圖像處理1.5.5 公安圖像處理1.5.6 影視圖像處理1.5.1 遙感圖像處理軍事偵察：戰略目標定位、多光譜去偽裝導彈制導：紅外、雷達圖像處理農作物估產：多光譜圖像分析地質研究：宏觀地質結構、探礦災情估計：紅外圖像統計氣象云圖：圖像幾何處理與拼接遙感圖像增強前后的遙感圖像遙感多光譜圖例華盛頓特區處理前后高分辨率遙感圖像高分辨率遙感圖像Quickbird 美國快鳥遙感衛星 Qui

11、ckBird衛星于2001年10月由美國DigitalGlobe公司發射，是世界上最先提供亞米級分辨率的商業衛星，它每年能采集七千五百萬平方公里的衛星影像數據。 香港新機場遙感圖像航片地表覆蓋1.5.2 工業與圖像處理自動裝配生產線： 實時圖像處理機器人視覺： 立體圖像處理無損探傷： 高能X射線探測金屬內部車輛牌照識別： 交通管制流動顯示與測速： PIV （粒子圖像測速技術）識別棉花中的雜質車牌識別工件裂紋檢測1.5.3 醫學圖像處理病理圖像分析：顯微圖像、染色體圖像X射線圖像處理：X射線透視和照片增強超聲圖像處理：黑白超和彩超、動態CT圖像重建：斷層圖像計算X光圖像增強CT切片圖像CT邊緣提

12、取B超圖像染色體1.5.4 辦公圖像處理郵政編碼識別：手寫數字圖像處理識別印刷體文字識別：OCR 文字圖像識別機械圖樣自動錄入：線條跟蹤、擬合1.5.5 公安圖像處理指紋圖像處理：刑偵、司法鑒定、自動門衛面孔圖像處理：自動門衛印章比對：司法鑒定、銀行支票筆跡比對：刑偵、司法鑒定1.5.6 影視圖像處理照片去模糊處理： 焦距模糊、運動模糊綠幕剪影： 圖像合成變臉特技： 幀間插值處理靜止圖像壓縮： JPEG標準、網絡傳輸動態圖像壓縮： MPEG標準、VCD和DVD數字電影院： 未來電影技術由黑白圖像轉換的偽彩色圖像圖象質量自動調整 lena1 原始圖像 2 加入水印后的圖像 3 水印特征提取效果圖

13、 原圖圖像分割圖像銳化邊緣增強邊緣提取輪廓提取和跟蹤基于形狀的圖像檢索IBMR- Image-Based Modeling and Rendering 從照片中生成逼真的3D虛擬人算法-面部復制求特征點求其3D位置修改通用人頭修改嘴和眼紋理映射算法-軀干復制幾種常見的生物特征示例臉形臉部熱量圖指紋幾種常見的生物特征示例手形手部血管分布 虹膜視網膜 簽名 聲音指紋特征信息指紋比對模糊匹配:三維到二維的映射；變形（隨機性）指紋分類 拱形 尖拱形 右旋 左旋 旋渦指紋增強將質量比較差、紋線不清晰的指紋圖象通過一定的技術處理，使其清晰化，但不能改變指紋紋線的固有結構圖像增強直方圖均衡化人臉檢測與識別基于內容的視頻片斷檢索視頻字幕識別圖像工程的3