1、数字图像处理数字图像处理Digital Image ProcessingDigital Image Processing目目 录录1.概论2.数字图像处理基础3.图像增强4.图像的几何变换5.频域处理6.数学形态学基础7.图像分割8.图像特征与理解第一章第一章 概论概论1.数字图像处理及其特点2.图像处理的主要目的及主要内容3.数字图像处理的应用4.数字图像处理的发展动向5.5.图像处理图像处理/计算机视觉领域会议和期刊计算机视觉领域会议和期刊(补充补充)1.1 数字数字图像处理及其特点图像处理及其特点n 1.计算机视觉/机器视觉：用计算机实现人眼的功能。n 2.数字图像处理：用于处理数字数字
2、图像图像的一些方法，例如，图像增强或图像分割，是进行图像分析的一个重要前期处理阶段。n 3.模拟图像 空间坐标和颜色范围都是连续的连续的，传统的图像都是模拟的。数字图像胶卷成像25525525525525525500002552552552552552552552552552552552552552552551.1 数字数字图像处理及其特点图像处理及其特点一幅一幅数字图像数字图像 从真实世界中获取数字图像有很多方法，比如数码相机、扫描仪、CT或者磁共振成像。无论哪种方法，我们（人类）看到的是图像，而让数字数字设备设备来“看“的时候，则是在记录图像中的每一个点的点的数值。数值。255255255
3、2552552550000255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255255RGB 图像图像都可以简化都可以简化为为数数组组以及以及矩阵，矩阵，数字数字图像处理主要目的就是通过处理图像处理主要目的就是通过处理和操作这些信息，来获取和操作这些信息，来获取更高级的信更高级的信息息。1.1 数字数字图像处理及其特点图像处理及其特点n 数字图像是指以数字格式存放的图像。对于二维灰度图像，通常用一个二维数组来描述f(
4、x,y)，x和y表示图像中点的位置，f 则代表图像在该点的值，一般是指亮度或颜色亮度或颜色。数字图像中的每个元素，称为像素（像素（pixelpixel）。存储每个像素所需的二进制位数称为颜色深度颜色深度。通常灰度图像的颜色深度为8 8位位。数字图像数字图像(Digital Image)1.2.1 图像处理的主要目的图像处理的主要目的n 1.提高图像的视感质量视感质量，以达到赏心悦目的目的。n 2.提取图像中所包含的某些特征或特征信息某些特征或特征信息，用于模式识别或计算机视觉的预处理。n 3.对图像数据进行变换，编码和压缩，以便于图图像的存储和传输像的存储和传输。1.2.1 图像处理的主要目的
5、图像处理的主要目的图像增强（磨皮效果磨皮效果），提高视觉效果Download:http:/ 图像处理的主要目的图像处理的主要目的前向运动去模糊（ICCV13）http:/www.cse.cuhk.edu.hk/leojia/projects/forwarddeblur/index.html1.2 图像处理的主要目的图像处理的主要目的从图像中提取梯度特征梯度特征（HistogramofOrientedGradient），广泛应用于行人检测行人检测。1.2.1 图像处理的主要目的图像处理的主要目的BMP格式未压缩:2240KB压缩成JPEG格式:189KB压缩比高达：1-189/2240=92%1
6、.2.2 数字数字图像处理图像处理的主要内容的主要内容n 1.图像获取、表示和表现n 2.图像复原n 3.图像增强n 4.图像分割n 5.图像分析n 6.图像重建n 7.图像压缩和编码1.2.2 数字数字图像处理图像处理的主要内容的主要内容n 图像获取、表示和表现把模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式，以及把数字图像显示和表现出来（如打印）。主要包括摄取图像、光电转换及数字化等几个步骤。1.2.2 数字数字图像处理图像处理的主要内容的主要内容n 图像复原（Image Restoration）当造成图像退化（图像品质下降）的原因已知时，用复原技术可以对图像进行校正。图像复原最关键的是对每每
7、种退化均需要有一个合理的模型种退化均需要有一个合理的模型。1.2.2 数字数字图像处理图像处理的主要内容的主要内容n 图像增强用于改善图像视感质量改善图像视感质量所采取的一种方法。n 图像分割把图像分成区域的过程即图像分割。图像中通常包含多个对象。为达到识别和理解的目的，必须按照一定的规则将图像分割成区域一定的规则将图像分割成区域，每个区域代表被成像的一个物体（或部分）一个物体（或部分）。1.2.2 数字数字图像处理图像处理的主要内容的主要内容n 图像分析图像处理应用的目标几乎均涉及到图像分析，即对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示分割、特征提取和表示，从而有利于计算机对图像进行分类、识
8、别和理解。n 图像重建图像重建是从数据到图像的从数据到图像的处理处理。CT是图像重建处理的典型应用实例。目前，图像重建与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成为三维图像，并加以光照模型和各种渲染技术，能生成各种具有强烈真实感的高质量图像真实感的高质量图像。1.2.2 数字数字图像处理图像处理的主要内容的主要内容n 图像压缩编码实际应用中，必须进行图像压缩图像压缩，以减减少图像数据量少图像数据量，便于图像的存储和传输，并节约成本。1.3 图像处理的主要应用图像处理的主要应用Willard Boyle乔治乔治史密斯史密斯1969年，史密斯和博伊尔共同发明了CCD图像传感器。来自：http:/ CC
9、D(Charge Coupled Device)Willard Boyle1.3.1 CCD(Charge Coupled Device)目前智能手机也配备了高分辨率的摄像头。图为Motorola MT810lx手机配置双LED闪光灯和一枚500万像素的自动对焦摄像头。1.3.1 CCD(Charge Coupled Device)1.3.1 CCD(Charge Coupled Device)摄像单元：CCDCCD图像（光电）传感器图像（光电）传感器工作原理是：将光能量转换为电荷，并将转换得到的电荷进行存储。CCD传感器分为线阵式和阵列式两种线阵式和阵列式两种，具有代表性的产品分别有扫描扫描
10、仪和数码相机。仪和数码相机。1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用n 1.通信：图像传输、电视电话、电视会议n 2.宇宙探测n 3.遥感n 4.生物医学领域n 5.工农业生产n 6.军事、公安等n 7.机器视觉n 8.视频和多媒体系统n 9.科学可视化n 10.电子商务n 11.社交应用n 12.嵌入式应用1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用1.通信：QQ视频，网络直播，体育赛事直播体育赛事直播QQ娱乐直播1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用2.宇宙探测1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用3.遥感1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用4.
11、生物医学领域1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用5.工农业生产：产品质量无损检测，如食品，水果，印刷品，焊缝质量和表面缺陷等。1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用6.军事、公安1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用7.机器视觉药品封盖不良检测智能机器人1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用KaimingHe,JianSunandXiaoouTang,SingleImageHazeRemovalUsingDarkChannelPrior(CVPR2009Bestpaper)更多应用：更多应用：图像图像去雾去雾1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要
12、应用图像去雾图像去雾 图像图像检索检索http:/ 图像处理的主要应用图像处理的主要应用1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用三维重建三维重建目标跟踪目标跟踪1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用n 嫦娥一号探月卫星发回的照片n 我国神舟七号飞船的实时图像传输系统1.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用M.BrownandD.G.Lowe.RecognisingPanoramas.ICCV20031.3.2 图像处理的主要应用图像处理的主要应用图像拼接图像拼接1.4 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向n 需进一步研究的问题：1.提高精度的同时，着重解决处理
13、速度问题处理速度问题 2.加强软件研究、开发新的处理方法，借鉴其它学科的研究成果学科的研究成果 3.加强边缘学科的研究工作边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展。4.加强理论研究理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系。5.图像处理领域的标准化标准化。1.4 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向n 未来大致发展：1.围绕HDTVHDTV（高清晰电视）的研制（高清晰电视）的研制，开展实时图像处理实时图像处理的理论及技术研究。提高精度的同时，着重解决处理速度问题。2.图像、图形相结合，朝着三维成像或多维成像的方向发展。3.硬件芯片研究硬件芯片研究。4.新理论与新算法研究新理论与新算
14、法研究。1.4 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向n 最近的新趋势：自从深度学习深度学习(Deep Learning)技术20122012年在物体分类年在物体分类领域的突破性进展，极大推动了计算机视觉从理论走向应用。当前，随着深度学习在各个领域取得了突破性的进展，许多计算机计算机视觉公司纷纷成立视觉公司纷纷成立，有力的推动科研与应用的深度结合。1.4 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向n 最近的新趋势：国内有两个重要的学术论坛和一个重要学术会议：VALSE(Vision and Learning SEminar)RACV(Research and Challenge on
15、Computer Vision)PRCV(Pattern Recognition and Computer Vision)，由，由CCCV和和CCPR合并而合并而成。成。1.4 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向CCCV2017赞助商1.4 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向VLASE2017赞助商1.5 图像处理/计算机视觉领域会议和期刊计算机视觉与计算机视觉与图象处理图象处理国际会议：国际会议：A类类 ICCV,CVPR,ECCV，B类：类：ICPR，ICIP，ACCV国际期刊：国际期刊：International Journal of Computer Vision(
16、IJCV),IEEE T Pattern Analysis and Machine Intelligence(TPAMI)IEEE T Image Processing(TIP),IEEE T Circuits and Systems for Video Technology(CSVT)Pattern Recognition(PR),Computer Vision and Image Understanding(CVIU),Image and Vision Computing(IVC),Pattern Recognition Letters(PRL),IET Computer Vision Neurocomputing Neural Computing&Applications(NCA)International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence(IJPRAI)本章小结本章小结&思考思考n数字图像处理(计算机视觉)的基本概念n图像处理的基本应用
