第一章 数字图像处理的基本概念

• 图像概述

1. 基本概念和术语
   1. 图像：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
   2. 连续图像：源自客观世界中景物的影像
   3. 视觉：人用眼睛观测世界，并用人脑感知世界的一种能力。人类从外界获得的信息约有75% 来自视觉系统
   4. 视觉系统：视觉系统是通过观测世界获得图像，并进而实现视觉功能的系统。人的视觉系统包括眼睛，神经，脑皮层等器官
   5. 数字图像：数字图像是对连续图像数字化或离散化的结果，也称离散图像
   6. 图像技术：利用计算机和电子设备对图像进行各种加工的技术
   7. 图像处理技术：通过对图像的加工获得更好的视觉观察效果或在保证视觉效果的基础上减少图像存储所需的空间或传输所需的时间
   8. 图像分析技术：关注对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得各种所述目标特点和性质的客观数据和信息
2. 不同波段的图像

1. 宇宙射线图像
2. X射线图像
3. 紫外线图像
4. 可见光图像
5. 红外线图像
6. 无线电波图像

1. 不同类型的图像

1. 彩色图像
2. 多光谱图像
3. 立体图像
4. 序列图像
5. 投影重建图像
6. 合成图像

 

• 图像工程概述

1. 图像工程的三个层次

抽象程度和数据量上各有特点

操作对象和语义层次各不相同

（1）图像处理：

对图像进行分析、加工、和处理，使其满足视觉、心理或其他要求的技术。

（2）图像分析

利用数学模型并结合图像处理的技术来分析底层特征和上层结构，从而提取具有一定智能性的信息。

（3）图像理解

就是对图像的语义理解。它是以图像为对象，知识为核心，研究图像中有什么目标、目标之间的相互关系、图像是什么场景以及如何应用场景的一门学科。

椭圆：红色                 红色椭圆是太阳

上部：蓝色                 蓝色上部是天空

下部：绿色                 绿色下部是草地

中部：几何体             几何体是人工建筑 结

论：清晨的郊外

 

1. 图像工程相关学科

• 图形学： – 原指用图形、图表、绘图等形式表达数据信息的科学，而计算机图形学 研究的就是如何利用计算机技术来产生这些形式

• 图象模式识别： – 试图把图象分解成可用符号较抽象地所述的类别

• 计算机视觉： – 主要强调用计算机实现人的视觉功能，目前的研究内容主要与图象理解相结合

 

1. 图像处理分析系统的组成

 

• 图像的表示与显示

1. 图像和像素的表示

一幅图像一般可以用一个2-D函数f(x, y)来表示（计算机中为一个2-D数组）

一幅图像可分解为许多个单元。每个基本单元叫做图像元素，简称像素

 

1. 图像的显示

将图像数据以2-D图形式（亮度模式的空间排列，在空间(x, y)处显示对应f的亮度）展示出来，可以显示图像的设备有很多类型

• 电视显示器

• 阴极射线管

• 投影仪

• 打印设备

 

• 图像存储与格式

1. 图像存储器件

(1) 处理和分析过程使用的快速存储器-内存

(2) 用于比较快地重新调用的在线或联机存储器-磁盘

(3) 不经常使用的数据库（档案库）存储器-数据库

 

1. 图像文件格式

– 矢量形式-图形，规则表达，分辨率不受限制

– 光栅形式-图像，任意表达，分辨率固定

(1) BMP格式：位图（栅格图或点阵图，使用像素阵列来表示图像），windows标准，头-位图信息-图像内容

(2) GIF格式：1字节，256色，多图，可动画

(3) TIFF格式：跨系统，windows，Macintosh可用

(4) JPEG格式：通用压缩图像

 

• 图像处理基本方法

1. 图像数字化

由一幅模拟图像获取一 幅满足需求的数字图像， 使图像便于计算机处理、分析

1. 图像变换

将处理问题简化、有利 于特征提取、加强对图像信息的理解。

1. 图像增强

改善图像视觉效果，增强图像的有用信息，减弱噪声的干扰。

1. 图像的恢复与重建

– 恢复图像原本面貌，辐射校正、几何校正

– 根据多角度一维投影关系重建二维图像

1. 图像编码

压缩数据，有效存储与传输

1. 图像分割

将一幅图像划分为互不重叠的区域，为后续的图像分析做基础

1. 图像纹理分析

空间规律性分析

1. 图像识别分类

图像中不同的对象进行识别、归类描述

 

• 图像处理技术的应用

1. 遥感图像应用

– 土地资源调查，农作物长势监测，自然灾害监测与预报，

– 地势、地貌测绘以及地质构造解译，探矿

1. 气象卫星图像分析
2. 视频监控与检测

– 交通违章、安防监控、工业自动化检测

1. 生物医学

– CT及核磁共振、超声波、 X射线成像分析等

1. 文化娱乐
2. 指纹识别，人脸识别
3. 实时视频传送，高效的图像处理与传输技术