數

字圖

像

處理

理論與系統設計Image

Processing課程特點與其他數字圖像處理課程的區別：注重理論與實踐相結合；偏重實踐。圖像處理人員分級：用photoshop等圖像處理軟件對圖像進行編輯、美化等操作；可以自己編寫圖像處理程序或軟件（圖像處理算法已知）；在已有的嵌入式硬件系統上實現一定的圖像處理算法；自己設計硬件實現特定的圖像處理算法；自己提出新的圖像處理算法或理論；將自己的圖像處理系統設計成ASIC，自己命名。本課程的目的通過學習使大家了解常用的數字圖像處理設備的原理與結構，如數碼相機、數碼攝像機、視頻監控系統、MP4（MP5）播放器、數碼相框、數字機頂合、硬盤錄像與硬盤播放器等。同時培養大家具備初步的數碼產品的設計能力與編程能力。課程任務常用的圖像處理理論的學習掌握用Matlab或C語言進行圖像處理編程的方法掌握常用數碼產品的原理與結構了解用FPGA與DSP進行圖像處理的方法了解數字圖像處理系統硬件設計方法課程安排前半部分：圖像處理理論概論圖像數字化圖像的基本運算圖像變換圖像增強圖像編碼課程安排后半部分：圖像處理系統設計FPGA及DSP設計基礎圖像處理電路設計基礎圖像處理軟件設計基礎綜合練習參考教材數字圖像處理：北京理工大學出版社出版；FPGA設計基礎：任意一本FPGA相關教材；DSP設計基礎：TMS320C6000系列DSPs原理及應用，電子工業出版社出版數字圖像處理（MATLAB版）：岡薩雷斯編著、阮秋琦等譯、電子工業出版社出版。考核方法考試與大作業結合考試成績與大作業成績各占50%大作業要求設計某種簡單的數字圖像處理系統數字圖像處理的發展及應用一、發展過程早期的計算機滿足不了圖像處理的要求，沒有圖像處理。60年代，FFT算法的提出，使得圖像處理的某些計算得以實現，美國在64年用計算機輔助繪制出了月球表面的地圖。

1964年美國JPL實驗室處理衛星發射回來的月球表面的照片，用計算機進行圖像復原，以改善圖像的質量；——圖像復原的研究和發展。圖像處理最先應用于空間探索圖像處理最先應用于空間探索70年代,IP有了較大的發展，1976年出版了第一本圖像處理的專著。70年代處理地球衛星獲取的遙感圖片，進行地質資源探測，農作物估產，水文氣象監測等;--圖像增強和圖像識別的研究和發展。空間探索地球資源勘探遙感圖片氣象云圖氣象預報80年代隨著高速計算機和大規模集成電路的發展，使圖象處理技術更趨成熟，得到了廣泛應用。從2D圖像發展到3D圖像處理，計算機繪畫

計算機合成圖像

計算機合成圖像

廣告設計90年代，以多媒體技術為代表，IP的應用涉及到人類生活的各個方面。

圖像壓縮和多媒體技術的突破和發展；文本圖像的分析和理解，文字的識別取得重大的進展；全球通訊技術的蓬勃發展，使圖像通訊和傳輸的廣泛應用，各數字圖像處理技術取得廣泛的開拓性的發展，進入成熟應用階段。21世紀，IP將改變人們的生活方式。動畫

網頁設計網頁設計二、應用航天航空生物醫學工程通訊領域工業軍事公安文化藝術……應用1：航空航天登月、火星照片處理飛機遙感、衛星遙感氣象預報阿波羅登月遙感：農、林等資源的調查，農作物長勢監測，自然災害監測、預報，地勢、地貌測繪以及地質構造解譯、找礦，環境污染檢測等等。氣象預報：獲取氣象云圖進行測繪、判讀等。應用2：生物醫學工程CT、MRI（核磁共振）、B超顯微圖像：紅細胞、白細胞、染色體的分析X光、心電圖……生物醫學生物醫學生物醫學生物醫學

MRI應用3：通訊領域多媒體通訊：數字電視、高清析度電視(HDTV)、多媒體信息處理,可視電話、會議電視等。電話、電視、計算機三網合一……應用4：工業印刷電路板機器人視覺零件檢測郵政信件的自動檢測……應用5：軍事公安導彈制導偵察照片的處理指紋識別、人臉識別、虹膜識別……軍事應用目標跟蹤應用6：文化藝術電視畫面的數字編輯動畫制作游戲紡織工藝品設計發型設計文物資料圖片的修復……Wallpaper應用7：消費娛樂數碼相機、數碼攝像機數碼相框MP4、MP5PSP、XBOX硬盤錄像機、硬盤播放機手機、IPAD安防監控……數碼相機數碼攝像機數碼相框MP4、MP5DVD機頂盒硬盤播放器數字圖像處理的目的1.數字圖像處理的目的通常，對圖像進行加工和分析主要目的如下：（1）提高圖像的視感質量，以達到賞心悅目的目的。去除圖像中的噪聲，改變圖像的亮度、顏色，增強圖像中的某些成份、抑制某些成份，對圖像進行幾何變換等，從而改善圖像的質量，以達到真實、或清晰、或色彩豐富等效果。（2）提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于分析。例如，常用于模式識別、計算機視覺的預處理等。這些特征包括很多方面，如頻域特性、灰度／顏色特性、邊界／區域特性、紋理特性、形狀／拓撲特性以及關系結構等。（3）對圖像數據進行變換、編碼和壓縮，以便于圖像的存儲和傳輸。

數字圖像處理系統組成圖像存儲系統圖像輸入系統圖像處理與分析系統圖像輸出系統數字圖像處理系統組成1、硬件采集模擬視頻采集、數字視頻采集處理與分析單片機、PC機、DSP、FPGA、ASIC、GPU等存儲硬盤、光盤、FLASH等顯示模擬視頻顯示、數字視頻顯示數字圖像處理系統組成2、軟件

Matlab、VB、VC、C、C++、匯編、HDL等3、算法 圖像增強 圖像變換 圖像重建 圖像復原 圖像壓縮 圖像分割 圖像識別

圖像增強(a)(b)(d)(c)圖像變換

圖像重建圖像復原

圖像壓縮

圖像分割圖像識別物體圖像數學函數不可見的物理圖像可見的圖像光圖像照片、圖與畫圖像的分類圖像的表示方法模擬圖像：

圖像是連續的，即用函數f(x,y)表示的圖像。其中：

x,y表示空間坐標點的位置；

f表示圖像在點（x,y）的某種性質的數值，如亮度、灰度，色度等。

f,x,y可以是任意實數。.數字圖像：

I(r,c)是對f(x,y)的離散化后的結果。

r表示圖像的行(row)；

c表示圖像的列(column)；

I表示離散后的f；

I,r,c的值只能是整數。數字圖像可用矩陣或數組進行描述。.數字圖像的矩陣表示返回數字圖像的基本類型

黑白圖像（二值圖像）是指圖像的每個像素只能是黑或者白，沒有中間的過渡，故又稱為二值圖像。二值圖像的像素值為0、1。黑白圖像灰度圖像

灰度圖像是指各像素信息由一個量化的灰度級來描述的圖像，沒有彩色信息。灰度取值范圍為(0～255),“0”表示純黑色，“255”表示純白色，中間的數字表示黑白之間的過渡色。

灰度圖像彩色圖像彩色圖像是指每個像素的信息由RGB三基色構成的圖像，其中RGB是由不同的灰度級來描述的。3-ColorMixer

彩色圖像返回計算機彩色模型

（1）RGB模型

（2）HSI模型

RGB格式從物理和光學角度描述顏色不同，HSI則是根據視覺的主觀感覺對顏色進行描述人眼不能直接感覺紅、綠、藍三色的比例，只能通過感知顏色的亮度、色調和飽和度來區分物體。在HSI彩色空間中，表征像素彩色信息的兩個參數是色度（hue）和飽和度（saturation）。色度H表明顏色的種類；飽和度S表示顏色深、淺、濃、淡程度；I表示強度（intensity），它決定了像素的整體亮度，而不考慮色彩。HSI彩色空間坐標系由RGB到HSI的轉換公式（3）CMYK表色系統

CMYK表色系統也是一種常用的表示顏色的方式；CMYK表色系統在印刷工業上常用，它是通過顏色相減來產生其它顏色的，所以稱這種方式為減色合成法；