第2章数字图像 - read.doc

1章 概论 数字图像处理是近四十年来蓬勃发展起来的一门新兴学科，它成为工程学、计算机科学、信息科学、统计学、物理、化学、生物学和医学这些领域中的各学科之间学习和研究的对象，这些成果的取得，奠定了图像处理在各种各样的问题中的实用价值，这些问题包括： 数字传输宇宙飞船摄取图像的复原与增强； 商业交往中指纹的识别； 数字传输载波电视电话； 提高电子显微镜图像的分辨率； 补偿太空探测器中传感器的误差和传输信道中的误差； 根据地球资源卫星送来的图片进行地形自动分类和资源探测； 形成和增强各种生物医学图像（包括各种射线照片、温度图表和原子核扫描图像）； 根据航空摄影自动测绘地图； 根据工业上的射线照片检测机器各部分的缝隙和裂纹等。 数字图像处理是一门内容广泛的学科，其中包括物理学、生理学、电气工程、计算机科学和数学，本课程的前续课为随机过程、线性代数、信号与系统、数字信号处理等。 数字图像信号处理主要为下面三个方面发展： 图像数字化编码：把图像从连续形式变换为离散形式（即数字化）；“压缩”所得结果以节省存储空间或信道容量。 图像增强或恢复：改善质量降低了的（模糊的，有噪声的）图像。 图像分割和描述：把图像变换成简化的“图形”，测定图像或图像各部分的性质；根据这些部分和性质进行图像的分类或描述。 1. 图像：是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的可以直接（或间接）作用于人眼并进而产生视知觉的实体。 光图像：光强度的空间分布 物理图像：物质或能量的实际分布。 图形：由点或线、面、体等几何元素和灰度、色彩等非几何属性组成。 多媒体技术：能够同时获取、处理、编辑、存储和展示两种以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、图形、图像、动画、活动影像（即视频）等。 2. 计算机图像处理（数字图像处理，图像处理） 由计算机接收并加工视觉信息。 近年来由于图像技术的发展，这一领域的技术通称图像工程，由： 图像处理技术强调在图像之间进行的变换，改善图像的视觉效果并为自动识别奠定基础；或者对图像进行压缩编码以减少所需存储或传输时间、传输通道的要求。 图像分析技术则主要时对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息从而达到对图像的描述。 图像理解是在图像分析的基础上进一步研究图像中各目标的性能和它们之间的相互联系，得出对图像内容含义的理解及对原来客观场景的解释，从而指导规划行动。 图像处理：图像采集和获取（含成像方法、摄像机校正等） 图像重建（从投影重建图像） 图像变换、滤波、增强、复原等 图像压缩编码（包括算法研究、国际标准实现等） 图像分析：边缘检测、图像分割 目标表达、描述、测量 2－D目标识别、分类和提取 图像理解：（序列、主体）图像（特征点）匹配 3－D建模、客观场景恢复 图像解释、推理 技术应用：硬件、（硬件）系统 视频、通信 文档（包括文字、数字、符号等） 生物医学 遥感 其它 3．计算机图像处理技术的应用 1921年，巴特兰电缆图片传输系统。为了用电缆传输图片，首先要进行编码，然后在接收端由专用打印设备进行图片重建（从编码纸带用特殊的字形由电报穿孔带打印机打出的，5～15个灰度等级）。这种方法（传真方法）一直用了四十几年。直到1964年在喷射推进实验室进行太空探测工作时，开始用计算机处理测距器7号发回的月球照片，以校正飞船上的电视摄像机中各个不同形式的，固有的图像畸变。这些技术同样是改善图像增强和复原的方法的基础。 ⑴早期—尖端科学、前沿学科的应用 诸如： ⑵现代－普及、广泛、民用、工业 计算机的降价、并行处理技术、电荷耦合器件（CCD）的发展 指纹识别 伪钞识别 身份识别 军事、天文、地理等领域。 例1：医学图像 PET、X射线断层扫描（CT）、透视 拍片、血管造影、胎儿性别检测（超声波） 例2：身份识别 面孔、指纹、声音、虹膜、笔迹 例3：测量 非接触三维立体测量 4．图像处理领域的发展 并行处理技术： 如需对一彩色视频序列（信息量为：1024*1024*3*25）做实时预处理，则需要计算机（目前冯.诺依曼结构）的时钟至少应为 1024*1024*3*25*9*100≈7.1*1010次/s 。 软件硬件化： DSP、FPGA、ASIC 5．几个概念 ①象素：把物理图像划分成许多小区域，即图像象素，简称象素（对数字图像即其阵列元素）。 ②灰度（亮