数字图像处理及分析基础

数字图像处理及分析基础新 世 纪 电 子 信 息 与 自 动 化 系 列 课 程 改 革 教 材Digital Image Processing and Analysis Theory黄 爱 民 安 向 京 骆 力ISBN 7-5084-2930-3 中 国 水 利 水 电 出 版 社 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念p 图 像 的 概 念p 数 字 图 像 处 理 技 术p 数 字 图 像 的 发 展 历 程 与 主 要 应 用 领域p 课 程 学 习 要 求 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.1 图 像 的 概 念p 1.1.1图 像 的 分 类p 1.1.2图 像 信 息 的 分 类p 1.1.3图 像 处 理 的 基 本 方 法p 1.1.4数 字 图 像 处 理 的 几 个 基 本 术 语 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.1.1图 像 的 分 类p “图 像 ” (image) 一 幅 图 像 就 是 一 个 东 西 的 一 个 表 示 ， 它 包含 了 所 表 示 物 体 的 相 关 描 述 信 息 ， 出 现形 式 多 种 多 样可 视 的 和 不 可 视 的 ；抽 象 的 和 实 际 的 ；适 于 和 不 适 于 计 算 机 处 理 的 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1、 按 照 图 像 的 存 在 形 式 分p （ 1） “ 物 理 图 像 ” (physical images) 物 质 或 能 量 的 实 际 分 布 “ 可 见 的 图 像 ” (visible image) “图 片 ” (picture)， 包 括 “ 照 片 ” (photograph)、 “ 图 ” (drawings指 用 线 条 画 成 的 )和 “ 画 ” (paintings)， “ 图 片 ”等 价 于 “ 图 像 ” ， 也 就 是 说 “ picture”经 常 和 “ image”一词 混 用 ； “ 光 图 像 ” (optical images)， 即 用 透 镜 、 光 栅 和 全 息 术产 生 的 图 像 ， 如 荧 幕 、 屏 幕 上 出 现 的 影 像 。 光 (学 )图 像 是光 强 度 的 空 间 分 布 。 “ 不 可 见 的 图 像 ” ， 如 温 度 、 压 力 、 高 度 以 及 人 口密 度 等 的 分 布 图 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 图 像 类 型p （ 2） 抽 象 图 像 即 “ 数 学 图 像 ” ， 包 括 连 续 函 数 和 离 散 函 数 。 离 散 函 数 图 像 就 是 计 算 机 可 以 处 理 的 形 式 。 物 理 图 像 必 须 要 变 成 离 散 函 数 才 能 被 计 算 机 处 理 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 2、 按 照 图 像 的 色 彩 特 性 分p 彩 色 图 像 ， 又 称 为 “ 多 光 谱 图 像 ” 图 像 上 的 每 个 点 有 多 于 一 个 的 局 部 特 征 。 彩 色 电 视 中 重 现 的 三 基 色 图 像 ， 每 个 像 素 点 就 需 要 有 红 、绿 、 蓝 三 个 基 色 的 三 个 亮 度 值 表 示 。 遥 感 图 像 可 以 提 供 多 达 7个 不 同 通 道 的 信 息 。p 黑 白 图 像 ， 又 称 “ 灰 度 图 像 ” 、 “ 亮 度 图像 ” 、 “ 单 色 图 像 ” 等 ， 每 个 像 素 点 只 有 一 个 亮 度 值 。 黑 白 照 片 黑 白 电 视 画 面 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 3、 按 照 图 像 的 光 谱 特 性 分p “可 见 光 图 像 ” ；p “ 红 外 光 图 像 ” ；p “ 雷 达 图 像 ” ；p “ 声 呐 图 像 ” 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 4、 按 照 图 像 的 时 间 特 性 分p “动 态 图 像 ” 随 时 间 变 化 的 图 像 ， 如 电 视 和 电 影 画 面 。p “ 静 止 图 像 ” 不 随 时 间 变 化 的 图 像 ， 如 各 类 图 片 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.1.2图 像 信 息 的 分 类p三 类符 号 信 息景 物 信 息情 绪 信 息 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 图 像 信 息 (1)符 号 信 息p 一 般 是 用 文 字 、 符 号 、 图 形 等 表 示 的 具 体 的 或抽 象 的 事 物 。 电 路 图 、 机 械 图 、 打 印 的 文 件 等 ， 一 般 用 二 值 图 像表 示 。 地 图 中 也 包 含 大 量 符 号 ， 但 需 要 关 注 颜 色 信 息 ， 因为 它 们 都 有 确 定 的 物 理 含 义 ， 如 蓝 色 一 般 表 示 湿 地 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 图 像 信 息 (2)景 物 信 息p 是 一 种 能 够 使 人 产 生 主 观 感 觉 ， 但 不 取 决 于 人本 身 的 客 观 场 景 中 包 含 的 信 息 。 景 物 信 息 内 容丰 富 ， 较 难 以 表 达 ， 只 有 在 明 确 目 标 的 前 提 下 ，才 能 得 到 正 确 处 理 如 卫 星 云 图 中 蕴 含 着 气 旋 信 息 ， 气 旋 的 位 置 与 强 度是 一 种 客 观 存 在 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 图 像 信 息 (3)情 绪 信 息p 依 赖 于 观 察 者 ， 如 艺 术 图 片 的 效 果 就 与 观 看 者本 身 的 生 理 、 心 理 、 修 养 有 很 大 的 关 系 ， 此 类信 息 无 法 刻 画 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.1.3图 像 处 理 的 基 本 方 法p 图 像 处 理 （ image processing） 对 图 像 加 工 的 各 种 技 术 方 法 的 统 称 ， 它 已 被 广 泛地 应 用 于 许 多 领 域 。p 基 本 方 法 模 拟 图 像 处 理 数 字 图 像 处 理 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1、 模 拟 图 像 处 理p 包 括 光 学 图 像 处 理 和 电 子 图 像 处 理 （ 电 子 光 学 处 理 ）p 光 学 方 法 是 图 像 处 理 发 展 的 起 源p 光 学 处 理 具 有 处 理 速 度 快 、 信 息 量 大 、 分 辨 率 高 、 经济 等 优 点 。p 模 拟 图 像 处 理 的 缺 点 是 精 度 差 、 灵 活 性 差 ， 器 件 具 有专 用 性 ， 并 且 缺 乏 判 断 分 析 能 力 ， 不 具 备 非 线 性 处 理能 力 。p 趋 势 ： 将 光 学 处 理 和 计 算 机 相 结 合 的 方 法 ， 如 利 用 光学 方 法 对 图 像 进 行 傅 立 叶 变 换 ， 再 用 计 算 机 对 频 谱 分析 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 2、 数 字 图 像 处 理p 就 是 将 图 像 转 换 成 一 个 数 据 矩 阵 存 放 在 图 像 存 储 器 中 ，然 后 再 利 用 数 字 计 算 机 ， 或 其 它 的 大 规 模 集 成 数 字 器件 ， 对 图 像 信 息 进 行 数 字 运 算 或 处 理 。p 优 点 ： 精 度 高 、 处 理 内 容 丰 富 、 可 以 进 行 复 杂 的 非 线性 处 理 ， 处 理 方 式 灵 活 ， 同 样 的 图 像 硬 件 系 统 ， 在 改变 软 件 之 后 何 以 用 于 其 它 完 全 不 同 的 任 务 。p 缺 点 ： 由 于 目 前 计 算 机 性 能 的 限 制 ， 数 字 图 像 处 理 的速 度 有 限 ， 对 于 一 些 有 实 时 性 要 求 的 任 务 ， 必 须 利 用DSP加 速 或 构 建 专 用 系 统 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 两 种 基 本 的 图 像 数 学 模 型p 连 续 模 型 一 般 的 图 像 都 是 能 量 的 连 续 分 布p 离 散 模 型 就 是 把 数 字 图 像 看 成 离 散 采 样 点 的 集 合 ， 每 个 点 具有 其 各 自 的 属 性 。 处 理 运 算 就 是 对 这 些 离 散 单 元 的 操 作 。 这 种 模 型 不 能 反 映 出 图 像 的 整 体 状 态 以 及 图 像 内 容间 的 联 系 。 图 像 及 其 内 容 由 连 续 函 数 来 描 述 会 更 好 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 图 像 数 学 模 型 的 应 用 原 则p 在 图 像 处 理 中 ， 根 据 任 务 和 目 的 的 不 同 ， 经 常会 采 用 不 同 的 模 型 来 处 理 图 像 ， 或 者 在 不 同 的阶 段 是 用 不 同 的 模 型 ， 保 证 系 统 的 最 佳 性 能 。p 图 像 在 数 字 化 时 必 须 满 足 采 样 定 理 ， 这 样 离 散的 图 像 才 能 与 它 的 连 续 形 式 对 应 。p “ 数 字 图 像 处 理 ” 不 是 指 “ 数 字 图 像 的 处 理 ” ，而 是 指 “ 图 像 的 数 字 处 理 ” 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.1.4数 字 图 像 处 理 的 几 个 基 本 术 语p 数 字 化 (digitizing) 将 一 幅 图 像 从 其 原 来 的 形 式 转 换 为 数 字 形 式 的 处 理过 程 ， 包 括 “ 扫 描 ” 、 “ 采 样 ” 与 “ 量 化 ” 三 个 步骤 通 常 将 “ 扫 描 ” 合 并 到 “ 采 样 ” 阶 段 ， 合 并 为 两 个过 程 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 扫 描 （ scanning）p “扫 描 ” 。p 图 像 元 素 (picture element)， 简 称 像 素 (pixel) 空 间 坐 标 以 及 图 像 信 息 两 个 部 分 。p 数 字 化p 光 栅 (raster)。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念图 像 数 字 化 采 样 列采 样 行 图 片 像 素 行 间 隔采 样 列 间 隔 灰 阶黑灰白 0128255物 理 图 像 19643 灰 度像 素数 字 图 像物 理 图 像 及 其 对 应 的 数 字 图 像 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 采 样 (sampling)p 在 一 幅 图 像 的 每 个 像 素 位 置 上 测 量 灰 度 值 。p 图 像 传 感 电 压 值 /电 流 图 像 空 间 的 数 字 化 感 光 单 元p “ 采 样 定 理 ” 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 量 化 (quantization)p 将 采 样 时 测 量 的 灰 度 值 转 化 成 整 数 表 示 。p 模 数 转 换 器 (ADC) 将 电 压 值 转 化 成 一 个 整 数 。一 幅 图 像 的 数 字 表 示 ， 即 数 字 图 像 f(x,y), f(x,y)以 及 x、 y都 是 整 数 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 几 个 重 要 概 念p 1、 处 理 ： 让 某 个 事 物 受 到 一 个 过 程 的 作 用p 2、 过 程 （ process ） ： 指 能 导 致 某 个 所 期 望 目 标 的一 系 列 的 动 作 或 操 作 。p 3、 数 字 图 像 处 理 ： 对 一 个 物 体 的 数 字 表 示 施 加 一 系列 的 操 作 ， 以 得 到 所 期 望 的 结 果 。p 4、 数 字 图 像 的 限 制 性 定 义 ： 一 个 被 采 样 和 量 化 后 的二 维 函 数 （ 该 二 维 函 数 由 光 学 方 法 产 生 ） ， 采 用 等 距离 矩 形 网 格 采 样 ， 对 幅 度 进 行 等 间 隔 量 化 。 一 幅 数 字 图 像 是 一 个 被 量 化 的 采 样 数 值 的 二 维 矩 阵 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 重 要 概 念 （ 续 ）p 6、 显 示 （ display） ： 由 一 幅 数 字 图 像 生 成 一 可见 的 、 直 观 的 图 像 。 “ 回 放 ” 、 “ 图 像 重 建 ” 、 “ 硬 拷 贝 ” 、 “ 图 像 记 录 ” 显 示 设 备 有 暂 时 的 、 永 久 的 两 类 。p 10、 对 比 度 （ contrast） ： 一 幅 图 像 中 灰 度 反 差的 大 小 。p 11、 噪 声 （ noise） ： 加 性 的 或 乘 法 性 的 污 染 。p 12、 采 样 密 度 （ sampling density） :图 像 上 单 位长 度 包 含 的 采 样 点 数 。 像 素 间 距 （ pixel spacing） =1/采 样 密 度 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 重 要 概 念 （ 续 ）p 13、 放 大 率 （ magnification） ： 图 像 中 物 体 与其 所 对 应 的 景 物 中 物 体 的 比 例 关 系 。p 14、 运 算 （ operation） ： 注 意 运 算 前 后 图 像之 间 的 对 应 关 系 。 （ 1） 全 局 运 算 ： 对 整 幅 图 像 同 时 处 理 （ 2） 点 运 算 ： 由 对 应 点 决 定 （ 3） 局 部 运 算 ： 由 中 心 像 素 周 围 的 有 关 像 素 决 定 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.2数 字 图 像 处 理 技 术p 广 义 的 数 字 图 像 处 理 是 指 从 图 像 获 取 到 图 像 信 息 输 出的 全 过 程 ， 即 图 像 处 理 系 统 ， 与 计 算 机 应 用 相 关 的 设 备 图 像 处 理 相 关 的 方 法 有 效 软 件 的 实 现 图 像 处 理 软 件 的 应 用 图 像 信 息 在 计 算 机 中 的 表 示 图 像 数 据 库 及 检 索 图 像 信 息 应 用 等 。p 狭 义 的 数 字 图 像 处 理 仅 指 其 中 对 图 像 信 息 进 行 处 理 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 广 义 图 像 处 理p 图 像 信 息 获 取 ， 即 获 取 研 究 对 象 的 图 像 ， 并 转 换 成 数 字 信号 ， 以 便 于 计 算 机 或 其 它 数 字 设 备 处 理 。 研 究 重 点 ： 图 像 成 像 设 备 和 数 字 化 设 备 。p 图 像 信 息 的 存 储 。 图 像 存 储 设 备 ， 以 及 图 像 存 储 的 格 式 、 图 像 压 缩 标 准 以 及 图 像数 据 库 技 术 等 。p 图 像 信 息 的 传 送 ， 包 括 内 部 传 送 与 远 距 离 传 送 。 内 部 传 送 多 采 用 DMA（ Direct Memory Access） ； 远 距 离 传送 图 像 压 缩 技 术 ， 减 少 占 用 带 宽 。p 图 像 信 息 处 理 ， 即 狭 义 的 图 像 处 理 利 用 计 算 机 可 以 实 现 的 算 法 。p 图 像 的 输 出 与 显 示 ， 即 为 人 或 计 算 机 提 供 便 于 理 解 以 及 识别 的 图 像 。 软 拷 贝 与 硬 拷 贝 两 种 形 式 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 狭 义 的 计 算 机 图 像 处 理p 几 何 处 理 坐 标 变 换 ： 图 像 的 放 大 与 缩 小 、 旋 转 、 移 动 图 像 畸 变 校 正 几 何 特 征 计 算 等 。p 算 术 与 逻 辑 运 算 图 像 的 加 减 乘 除 ， 与 或 非 等 运 算p 图 像 增 强 根 据 任 务 目 标 突 出 图 像 中 感 兴 趣 的 信 息 ， 消 除 干 扰 ， 改 善 图像 的 视 觉 效 果 或 增 强 便 于 机 器 识 别 的 信 息p 此 三 项 是 图 像 预 处 理 中 常 涉 及 的 内 容 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 狭 义 的 计 算 机 图 像 处 理 2p 图 像 复 原 根 据 图 像 退 化 模 型 ， 消 除 退 化 因 素 ， 恢 复 原 始 的 图 像 。 散 焦 ， 散 焦 模 型 ， 逆 滤 波 。p 图 像 编 码 研 究 压 缩 图 像 数 据 的 方 法 ， 需 要 研 究 并 利 用 图 像 的 冗 余 特 征 如 统 计 冗 余 、 生 理 视 觉 冗 余 、 知 识 冗 余 等 。p 图 像 分 割 根 据 图 像 的 某 些 特 征 将 图 像 划 分 为 不 同 的 区 域 ， 以 便 于 对 图 像中 的 物 体 或 目 标 进 行 分 析 与 识 别 。 如 “ 机 动 车 视 觉 系 统 ” 中 根 据 图 像 中 的 灰 度 信 息 分 割 白 色 导 引线 和 路 面 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 狭 义 的 计 算 机 图 像 处 理 3p 图 像 重 建 输 入 的 是 非 图 像 信 息 ， 如 数 据 、 公 式 等 ， 输 出 为图 像 。 主 要 有 卷 积 反 投 影 法 等 。 常 用 于 医 学 设 备 图 像 模 式 识 别 在 图 像 分 割 的 基 础 上 提 取 特 征 ， 对 图 像 中 的 内 容 进 行 判决 分 类 。p 图 像 分 析 与 理 解 根 据 图 像 局 部 内 容 之 间 的 关 系 ， 利 用 有 关 知 识 进行 推 理 与 联 想 ， 对 图 像 中 所 表 现 的 内 容 进 行 理 解 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.3 数 字 图 像 处 理 的 发 展 历 程 与 主 要 应 用领 域p 发 展 历 程p 不 断 拓 展 的 应 用 领 域 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.3.1发 展 历 程p 改 善 视 觉 效 果 ： 增 强 人 类 分 析 判 断 时 采 用 的 图 像 信 息p 生 物 视 觉 系 统 仿 生 ： 计 算 机 技 术 、 人 工 智 能 技 术 处 理 自 动 装 置 感 受 的 景 物 数 据 （ 计 算 机 视 觉 、 模 式识 别 （ Pattern Recognition） 等 ） 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1、 改 善 视 觉 效 果p 打 印 技 术 与 半 调 技 术 相 结 合p 编 码 技 术 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念用 15种 色 调 的 设 备 ， 从 伦 敦 到 纽 约 ， 用 电 缆 进 行 传 送 的Perihing 和 Fozh两 将 军 未 经 修 饰 的 图 片 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 2、 计 算 机 图 像 处 理 技 术p 1946年 第 一 台 电 子 计 算 机p 60年 代 ， 第 三 代 计 算 机 JPL 图 像 增 强 和 图 像 复 原p 70年 代 遥 感 和 医 学 图 片 Rosenfeld ， 1976p 80年 代 3D图 像 获 取 设 备 以 及 分 析 系 统p 90年 代 人 类 生 活 和 社 会 发 展 的 各 个 方 面 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 图 1-1美 国 航 天 器 传 送 的 第 一 张 月 球 照 片 ， “ 旅 行 者 7号 ” 1964年 7月31日 9点 09分 在 光 线 影 响 月 球 前 17分 钟 前 摄 取 的 图 像 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 3、 数 字 图 像 处 理 的 显 著 成 就p 从 可 见 光 谱 扩 展 到 各 波 段 ： 遥 感 图 像 的 多 光 谱 处 理 、 侧 视 雷 达 遥 感 图 像 处 理 、红 外 波 段 的 图 像 处 理 （ 如 夜 视 仪 、 热 像 仪 等 ） 、超 声 图 像 处 理 。p 从 静 止 图 像 到 运 动 图 像 的 处 理 ： 如 运 动 模 糊 图 像 的 恢 复 、 心 脏 搏 动 序 列 图 像 的 处理 、 对 运 动 目 标 的 跟 踪 、 巡 航 导 弹 的 地 形 识 别 及瞄 准 等 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 数 字 图 像 处 理 的 显 著 成 就 2p 从 物 体 的 外 部 到 内 部 图 像 的 处 理 ： 如 人 体 的 无 损 检 测 设 备 CT、 MRI及 宇 航 用 密 封 零件 的 无 损 检 测 、 海 关 用 的 集 装 箱 不 开 箱 检 查 等 。p 从 整 体 到 局 部 图 像 的 处 理 （ AOI技 术 ） ： 有 选 择 性 地 对 人 类 感 兴 趣 的 局 部 图 像 进 行 处 理 ，如 空 间 、 灰 度 、 颜 色 、 频 域 都 可 以 开 窗 口 进 行 加工 处 理 (如 放 大 、 变 换 、 校 正 等 )。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 数 字 图 像 处 理 的 显 著 成 就 3p 提 取 图 像 中 特 征 的 处 理 ： 从 图 像 中 抽 出 感 兴 趣 的 区 域 、 物 体 以 特 征 的 形 式表 现 出 来 ， 以 便 计 算 机 识 别 控 制 。p 人 工 智 能 化 的 图 像 处 理 ： 用 计 算 机 去 理 解 图 像 ， 并 进 行 景 物 分 析 ， 即 计 算机 视 觉 系 统 如 机 动 车 自 动 驾 驶 系 统 和 机 器 人 的 视 觉 操 纵 系 统等 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 4、 数 字 图 像 处 理 的 学 科 特 点 p 因 此 图 像 处 理 技 术 不 仅 是 融 合 多 学 科 的 新 兴 学科 ， 而 且 是 工 程 性 很 强 的 学 科 。 计 算 机 应 用 ， 涉 及 的 领 域 包 括 数 学 、 物 理 学 、 生 物学 以 及 生 理 学 等 基 础 学 科 ， 又 在 电 子 技 术 、 计 算 机科 学 、 信 息 理 论 、 医 学 、 控 制 理 论 以 及 系 统 工 程 等应 用 学 科 新 成 就 的 促 进 下 迅 速 发 展 。 图 像 系 统 与 研 究 目 标 密 切 相 关 ， 需 针 对 不 同 应 用 、不 同 要 求 采 用 不 同 的 方 法 、 构 建 不 同 的 系 统 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 几 个 学 科 之 间 的 关 系p 数 字 图 像 处 理 (process)： 图 像 图 像p 数 字 图 像 分 析 （ analysis ） ： 图 像 非 图 像 的 表 示p 计 算 机 图 形 学 (computer graphics)： 用 计 算 机 将 由 概 念 或数 学 模 型 表 示 的 物 体 （ 不 是 实 物 ） 进 行 处 理 ， 并 显 示 成 图像 。p 计 算 机 视 觉 （ computer vision） ： 研 究 模 拟 人 眼 功 能 的 理解 自 然 景 物 的 系 统 。p 数 字 成 像 （ digital imaging） :更 广 义 的 一 个 概 念 ， 涵 盖 任何 用 计 算 机 来 操 作 （ manipulate） 与 图 像 有 关 数 据 的 技 术 ，包 括 计 算 机 图 形 学 、 计 算 机 视 觉 、 数 字 图 像 处 理 与 分 析 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.4 课 程 学 习 要 求p 课 程 的 定 位 为 “ 数 字 图 像 处 理 与 分 析 基 础 ” ， 即“ 图 像 的 数 字 处 理 基 本 方 法 ” ， 讲 授 的 内 容 主 要为 应 用 广 泛 的 、 基 础 的 图 像 处 理 手 段p 掌 握 图 像 处 理 的 基 本 理 论 、 基 本 思 想 、 基 本 方 法 p 课 程 体 系 从 “ 图 像 处 理 系 统 ” 这 个 高 度 出 发 建 立 ，而 讲 授 重 点 在 图 像 的 计 算 机 处 理 思 想 与 方 法 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 课 程 基 本 章 节p 第 一 章 数 字 图 像 处 理 基 本 概 念p 第 二 章 数 字 图 像 处 理 系 统p 第 三 章 生 理 视 觉 基 础p 第 四 章 Matlab图 像 处 理 基 础p 第 五 章 图 像 变 换p 第 六 章 图 像 增 强p 第 七 章 图 像 编 码p 第 八 章 图 像 分 割 与 描 述 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 教 学 内 容 及 安 排第 一 章 2 1、 图 像 处 理 应 用 12、 基 本 概 念 1第 二 章 系 统 3 2.1， 2.2 12.3， 2.4 12.5， 2.6， 2.7 1第 三 章 基 础 3 3.1视 觉 基 础 13.2数 学 模 型3.3， 3.4 1第 四 章 MATLAB1 概 念 ， 演 示 1 第 五 章 变 换 8 5.1， 5.2.1， 5.2.2 15.2 35.3,5.4 15.5 15.6 2 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 第 六 章 增 强 11 6.1频 域 增 强 16.2点 运 算 16.3逻 辑 运 算 1灰 度 变 换 ， 直 方 图 26.4空 域 低 高 通 滤 波 器 26.6中 值 滤 波 ,形 态 滤 波 26.7彩 色 增 强 16.8几 何 运 算 1第 七 章 编 码 9 7.1， 7.2 17.3 27.4 2 7.5 27.6， 7.7 2第 八 章 分 割 与 描 述 5 8.1.1， 8.1.2， 8.1.3 38.2.1， 8.2.2 2复 习 2 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 学 习 方 法p 理 论p 阅 读p 实 践 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 教 学 要 求p 书 面 作 业 手 写 （ 图 表 除 外 ）p 上 机 作 业 重 要 Matlab, C， C+， 其 他 实 验 报 告p 论 文 选 定 主 题 ， 不 断 完 善 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 考 核 方 法开 卷 有 益实 验 报 告 +科 学 论 文闭 卷 考 试图 像 处 理 软 件 ， 实 现 工 具 不 限Matlab， C， VB 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 1.3.2不 断 拓 展 的 应 用 领 域p 1.3.1 遥 感 (Remote Sensing) p 1.3.2 生 物 医 学 (Physic) p 1.3.3 文 件 处 理 (File Manipulation) p 1.3.4 科 学 研 究 (Science Research) p 1.3.5 工 业 检 测 (Industry Check) p 1.3.6 机 器 人 视 觉 (Robot Vision) p 1.3.7 军 事 (Military Affairs) p 1.3.8 公 安 (Public Security) p 1.3.9 其 他 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 8、 公 安 (Public Security)p 身 份 辨 识p 监 控p 不 开 箱 检 查p 鉴 定 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 身 份 的 生 物 识 别 技 术p 眼 睛 虹 膜 、 视 网 膜p 手 掌p 指 纹p 语 音p 面 孔 、 脸 部 血 管p 签 名p 基 因p 气 味 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 眼 睛 ： 最 可 靠 的 身 份 证p 虹 膜 ： 纤 维 组 织 ， 有 250 以 上 的 特 征 点 。 每 个 虹 膜 的 可 识 别 特 征 可 以 得 到 512字 节 的 资 料 ， 称 为 虹 膜 代码 。 不 同 人 眼 的 虹 膜 的 60%左 右 的 纹 路 是 相 同 的 ， 40%是 不 同 的 。 两 人 同 一 只 眼 虹 膜 特 征 相 同 的 概 率 是 十 万 分 之 一 ， 两 眼 相 同的 概 率 是 一 千 亿 万 分 之 一 。 p 视 网 膜 ： 血 管 构 造 也 具 有 唯 一 性 和 稳 定 性 的 特 点 ， 可能 还 更 为 有 效 （ 可 获 得 400个 特 征 点 ） 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 人 眼 虹 膜 识 别 系 统 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 手 掌 识 别 p 一 种 最 为 快 捷 方 便 的 方 法p 识 别 手 掌 的 几 何 特 征 手 掌 放 在 录 入 头 表 面 后 ， 由 红 外 相机 获 取 图 像 。 然 后 对 手 掌 的 整 体 形状 、 手 指 和 关 节 的 形 状 和 长 度 进 行测 量 ， 从 而 得 到 手 掌 的 特 征 点p 准 确 度 不 是 很 高 ， 不 能 对 手 掌 的其 它 特 征 ， 比 如 掌 纹 、 伤 疤 进 行分 析p 可 利 用 的 特 征 点 约 2050个 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 指 纹 ： 最 成 熟 的 识 别 技 术 从 可 靠 性 说 ， 人 与 人 之 间 ， 拥 有 相 同 指 纹 的 概 率 为 十 亿 分 之 一 。每 个 指 纹 的 特 征 点 很 多 ， “ 节 点 ” ， 也 就 是 指 纹 纹 路 的 分 叉 、 终 止 或打 圈 处 的 坐 标 位 置 。 通 常 ， 手 指 上 有 70个 节 点 ， 他 们 同 时 具 有 7种 以 上 的唯 一 的 特 征 。 根 据 美 国 联 邦 调 查 局 的 研 究 ， 在 可 以 用 软 件 识 别 的 节 点 中 ，最 多 有 7个 或 8个 相 同 点 。进 行 指 纹 识 别 时 ， 首 先 用 指 纹 读 取 设 备 获 得 指 纹 的 图 像 ， 然 后 对 原 始 图像 进 行 初 步 处 理 ， 使 得 更 清 晰 。 指 纹 识 别 软 件 在 指 纹 上 找 到 节 点 ， 并 转 换 成 特 定 的 数 据 。 最 后 ， 通 过 模 糊 比 较 的 方 法 ， 把 这 些 数 据 与 数 据 库 中 的指 纹 数 据 进 行 比 较 ， 得 到 匹 配 结 果 。最 新 进 展 ， 与 指 纹 的 深 度 信 息 融 合 ， 进 一 步 提 高 了 识 别 的 可 靠 性 和 数 据的 独 特 性 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 人 脸 识 别 ： 最 友 好 、 直 接 的 系 统1.人脸检测（ Face Detection） 2. 人 脸 表 征 （ Face Representation） 3. 人 脸 鉴 别 （ Face Identification） ： 即 人 脸 识 别 4. 表 情 分 析 (Facial Expression Analysis) 5. 物 理 分 类 （ Physical Classification） 人 脸 检 测 与 定 位 特 征 提 取 人 脸 识 别输 入 图 像 输 出 结 果人 脸 自 动 识 别 系 统 构 成 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 笔 迹 识 别 ： 友 善 的 生 物 识 别 技 术 p 专 用 签 名 输 入 板 ， 用 户 在 板 上 留 下 自 己 的 签 名 ，识 别 过 程 几 乎 瞬 间 完 成 。p 签 名 力 学 辨 识 ， 建 立 在 其 签 名 时 的 力 度 上 的 。关 键 在 于 区 分 出 不 同 的 签 名 部 分 ， 那 些 是 习 惯性 的 ， 那 些 是 每 次 签 名 是 都 不 同 的 。 这 个 系 统主 要 对 每 个 人 签 名 时 笔 的 移 动 进 行 动 态 分 析 ，如 速 度 的 变 化 、 运 笔 的 压 力 、 方 向 和 笔 划 的 长度 等 ， 而 不 是 签 名 的 图 像 本 身 。p 签 名 识 别 的 可 靠 性 不 是 很 高 。 第 一 章 数 字 图 像 处 理 的 基 本 概 念 血 吸 虫 、 机 器 人 视 觉 、 乐 谱 分 析 、 语 音 识 别 、 无 人 车视 觉 导 航 、 医 学 图 片 处 理 、 遥 感 图 像 、 景 象 匹 配 、 机动 车 特 征 识 别 （ 车 型 、 颜 色 、 车 牌 ） (智 能 交 通 管 理系 统 )、 路 标 、 足 球 机 器 人 视 觉 、 虚 拟 现 实 （ 灵 境 技术 ， VR） 、 人 脸 识 别智能机器人实验室