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數(shù)字圖像處理基礎,教師：吳正華（副教授）學位：博士郵箱：wzhzxwz@電話：13908173345在本科和碩士研究生階段所學專業(yè)為：電子儀器及測量技術在博士階段所學專業(yè)為：生物醫(yī)學工程目前的研究方向為：人工智能,教材數(shù)字圖像處理學阮秋琦電子工業(yè)出版社參考書1、DigitalImageProcessing(SecondEdition)，R.C.Gonzalez，R.E.Woods2、數(shù)字圖像處理（北京交大，阮秋琦譯）3、ComputerImageProcessingandPatternRecognition，UniversityofTennessee。4、圖像處理學，W.K.Pratt。5、數(shù)字圖像處理（DigitalPictureProcessing）A.Rosenfeld，中譯本,6、DigitalImageprocessingusingMATLAB.RafaelC.Gonzalez.RichardE.Woods.StevenL.Eddins7、PatternRecognitionPrinciple，R.C.Gonzalez，J.Tou。8、圖像處理和分析（清華大學，章毓晉編著）。9、數(shù)字圖像處理（DigitalImageprocessing）（清華大學林學訚等譯),本課程的目的內容安排大致依照教材的脈絡行課，根據實際情況對某些內容做適當刪減，如第三章中的一些處理方法。(32學時）分十個章節(jié)：第一章概括介紹第二章圖像及圖像系統(tǒng)的相關基礎知識及視覺系統(tǒng)第三章各種正交變換方法（重點）第四章圖像增強的各種方法,第五章圖像編碼（重點）第六章圖像復原第七章圖像重建第八章圖像分析第九章數(shù)學形態(tài)學原理第十章模式識別的理論和方法,聽覺20%人類傳遞信息視覺信息占60％其他感覺器官約20%第一幅照片（1839年）第一幅遙感照片（1909年）,,第一章緒論,德國維爾茨堡大學校長兼物理研究所所長倫琴教授（1845～1923年）的第一張X光照片,一、數(shù)字圖像處理的起源數(shù)字圖像處理的歷史可追溯至二十世紀二十年代。,1921年經編碼后用電報打印機打印的圖像,1929年通過海底電纜從倫敦到紐約傳輸?shù)囊环掌?按照1929年的技術水平，如果不壓縮，需要一個多星期，壓縮后傳輸時間減少到3個小時。,1922年兩次通過大西洋后打印的數(shù)字圖像,下圖示出了由徘徊者7號在1964年7月31日上午（東部白天時間）9點09分在光線影響月球表面前約17分鐘時攝取的第一張月球圖像。這也是美國航天器取得的第一幅月球圖像。,計算機斷層（CT）是一種處理方法，在這種處理中，一個檢測器環(huán)圍繞著一個物體(或病人)，一個X射線源，帶有檢測器的同心圓繞著物體旋轉，X射線通過物體并由位于環(huán)上對面的相應的檢測器收集起來，然后用特定的重建算法重建通過物體的“切片”的圖像。,射線：0.003～0.03射線：0.03～3紫外線：3～300紅外線：0.8～300微波0.3～100,二、圖像處理科學對人類具有重要意義(1)圖像是人們從客觀世界獲取信息的重要來源(2)圖像信息處理是人類視覺延續(xù)的重要手段,(3)圖像處理技術對國計民生有重要意義,三、圖像處理技術的分類大致可分為兩類：模擬圖像處理與數(shù)字圖像處理。（1）模擬圖像處理(Analogimageprocessing)模擬處理包括：光學處理（利用透鏡）和電子處理，如：照相、遙感圖像處理、電視信號處理等，電視圖像是模擬信號處理的典型例子，它處理的是活動圖像，25幀/秒。優(yōu)點：速度快，實時，可同時并行處理。缺點：精度較差，靈活性差，非線性處理能力。,（2）數(shù)字圖像處理(DigitalImageprocessing)優(yōu)點：精度高，內容豐富，可進行復雜的非線性處理，有靈活的變通能力，一般來說只要改變軟件就可以改變處理內容。缺點：處理速度還是一個問題，分辨率及精度尚有一定限制。,四、數(shù)字圖像處理的特點（1）圖像信息量大、數(shù)據量也大（2）圖像處理技術綜合性強（3）圖像信息理論與通信理論密切相關,五、數(shù)字圖像處理的主要方法及主要內容空域法兩大類：變換域法?？沼蚍?--這種方法是把圖像看作是平面中各個像素組成的集合，然后直接對這一二維函數(shù)進行相應的處理。空域處理法主要有兩大類：(1)鄰域處理法：其中包括梯度運算(gradientAlgorithm)、平滑算子運算(Smoothingoperator)等(2)點處理法：如灰度處理（greyprocessing），面積、周長、體積、重心運算等等。,,變換域法：首先對圖像進行正交變換，得到變換域系數(shù)陣列，然后再施行各種處理，處理后再反變換到空間域，得到處理結果。這類處理包括：濾波、數(shù)據壓縮、特征提取等處理。,數(shù)字圖像處理的主要內容：①圖像信息的獲?、趫D像信息的存貯③圖像信息的傳送④圖像信息處理⑤圖像信息的輸出和顯示,（A）圖像獲取(1)電視攝像機(VideoCamera)特點：設備小巧、速度快、成本低、靈敏度高。缺點：灰度層次較差、非線性失真較大、有黑斑效應，在使用中需校正。,(2)飛點掃描器(flyingpointScanner)這是一種以光源做掃描的圖像獲取設備。其特點是：精度較高、圖像清晰、可透射成像亦可反射成像，但是其體積略顯龐大。,(3)掃描鼓：這是一種高精度的滾桶式的圖像攝取設備。特點：精度高、分辨率高，可以輸入也可以輸出。缺點：價錢昂貴、速度低、維護要求高。(4)掃描儀特點：精度和分辨率中等，600DPI精度的掃描儀已常見。缺點：速度較慢，非實時設備。,(5)顯微光密度計，精度較高，速度低。(6)遙感中常用的圖像獲取設備已有多種設備，如：光學攝影：攝像機、多光譜像機等。紅外攝影：紅外輻射計、紅外攝像儀、多通道紅外掃描儀。MSS：多光譜掃描儀。微波：微波輻射計，側視雷達、真實空孔徑雷達、合成孔徑雷達(SAR)。,(B)信息的存貯：(ImageinformationStorage)圖像信息的突出特點是數(shù)據量巨大。一般作檔案存貯主要采用磁帶、磁盤或光盤。(C)圖像信息的傳送：(Imageinformationtransmission)圖像信息的傳送可分為系統(tǒng)內部傳送與遠距離傳送。,(D)數(shù)字圖像處理(DigitalImageprocessing)①．幾何處理(geometricalprocessing)②．算術處理(Arithmeticprocessing)③．圖像增強(ImageEnhancement)④．圖像復原(ImageRestoration)⑤．圖像重建(ImageReconstruction)⑥．圖像編碼(ImageEncoding)⑦．圖像識別(ImageRecognition)⑧．圖像理解(ImageUnderstanding),E、圖像的輸出與顯示一種是硬拷貝，另一種是軟拷貝。（1）CRT顯示優(yōu)點：顯示質量好、亮度高、電子束尋址方式簡單、制造成本低等。缺點：體積大,（2）、液晶顯示器LCD,LCD的突出性能是極吸引人的，①體積小，重量輕②低功耗，低電壓③無軟X射線④全色顯示及相當?shù)牧炼热秉c：①視角較窄②尋址復雜③亮度較低,（3）彩色等離子顯示技術（PlasmaDisplayPanel---PDP）,它的工作原理有兩個基本過程：1）氣體放電，惰性氣體受電信號的作用放電發(fā)射真空紫外線2）紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光等離子顯示技術有如下特點：①易于大面積顯示，可達到80英吋②全色顯示，顯示器可顯示256級灰度和1670萬種顏色③伏安特性非線性強，可尋址2000線以上,④可實現(xiàn)高亮度顯示⑤對比度高⑥視角在所有的平板顯示器中是最大的，可達到160度⑦色純度好，與CRT相當⑧壽命長，可達3萬小時以上⑨工作電壓低，一般小于200伏⑩易于批量生產其主要缺點：功耗較大，目前在以上。此外，在亮環(huán)境下對比度有待提高。其最大的弱點是價格偏高,（4）、場致發(fā)光顯示器(FieldEffectDisplay--FED)其顯著優(yōu)點是：①薄型，無需加背光源，一般比LCD還要?、谝子谄唇樱勺龀纱笃聊虎劭筛叨燃勺龀筛咔逦蕊@示器④電壓低，功耗小，壽命長⑤圖像質量好⑥發(fā)光亮度起伏小，成品率高⑦不需要偏轉線圈，無X射線，抗電磁輻干擾和輻射⑧生產工藝簡單，F(xiàn)ED有數(shù)百個陰極，有幾個不工作沒有影響,(5)新型顯示設備---E-Paper(電子紙,數(shù)碼紙),將來會有更多的新型器件和原理制成新的顯示器，如：碳納米管制成的顯示器（日本）鐵電液晶顯示器（韓國）Sharp公司甚至做出了能卷曲的顯示器,六、數(shù)字圖像處理的應用(1)遙感：(RemoteSensing),(2)醫(yī)學應用,（3)圖像處理技術在通信中的應用（4）工業(yè)生產的質量控制（5）安全保章、公安等方面的應用（6）教學及科研領域中也將大量應用圖像處理技術（7）當前呼聲甚高的電子商務中，圖像處理技術也大有可為,七、數(shù)字圖像處理領域的發(fā)展動向（1）在進一步提高精度的同時著重解決處理速度問題（2）加強軟件研究、開發(fā)新的處理方法（3）加強邊緣學科的研究工作，促進圖像處理技術的發(fā)展（4）加強理論研究，逐步形成圖像處理科學自身的理論體系（5）時刻注意圖像處理領域的標準化問題,圖像處理技術未來發(fā)展大致可歸納如下四點：（1）圖像處理的發(fā)展將向著高速、高分辨率、立體化、多媒體化、智能化和標準化方向發(fā)展(2)圖像、圖形相結合朝著三維成像或多維成像的方向發(fā)展(3)硬件芯片研究(4)新理論與算法研究,