1Digital Image Processing数字图像处理课程简介本课程为计算机科学与技术、电子科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程以及电气工程等学科下研究生的专业基础课。

主要内容课程共分三大部分：第一部分：介绍数字图像处理的基础知识，包括绪论、图像与视觉系统、图像变换等;第二部分：介绍图像处理的基本方法，包括图像增强、图像复原及图像压缩等;第三部分：介绍图像分析的基本原理和技术，包括图像分割、图像描绘及特征提取等。

教学目标⏹基本：完成课程学习，通过考试，获得学分。

掌握数字图像处理的基本概念和研究方法，相关交叉学科的基本知识；⏹提高：能够将所学知识和内容用于课题研究；⏹再提高：通过数字图像处理课程的学习，改进思维方式。

教材及参考书第一章绪论绪论⏹前言⏹数字图像处理的起源⏹数字图像处理的基本概念与研究内容⏹数字图像处理与其他学科的关系⏹数字图像处理的主要应用⏹数字图像处理的发展动向前言“百闻不如一见”One picture is worth more than ten thousand words.在人类接受的信息中，听觉信息占约20％，视觉信息占约60％，其他如味觉、触觉等总起来不过占约20％。

所以，作为传递信息的重要手段—图像信息是十分重要的。

第一节数字图像处理的起源（1）世界上第一幅实景照片(1827)数字图像的应用之一是在报业，20世纪20年代的海底电缆使得伦敦与纽约之间图片的传输从过去的一个多星期缩短到3个小时以内。

1921年经编码后用电报打印机打印的图像1929年通过海底电缆从伦敦传输到纽约的一幅照片第一节数字图像处理的起源（2）二十世纪二十年代：图像远距离传输第一节数字图像处理的起源二十世纪五十年代：伴随着技术进步，数字计算机发展到一定水平，尤其是大规模的存储和显示系统的发展，数字图象处理引起巨大关注。

第一节数字图像处理的起源进实验室（Jet PropulsionLaboratory，JPL）运用计算机处理了由“旅行者7号”发回的月球表面照片。

这张照片也是美国太空船拍摄的首张月球照片。

第一节数字图像处理的起源（4）数字图像处理应用从空间研究计划扩展到生物医学，工业生产，军事侦察等领域。

Hounsfiela和Cormack因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖第一节数字图像处理的起源从20世纪60年代至今，数字图像处理技术发展迅速，目前已成为工程学、计算机科学、信息科学、统计学、物理、化学、生物学、医学甚至社会科学等领域中各学科之间学习和研究的对象。

如今图像处理技术已给人类带来了巨大的经济和社会效益。

第二节数字图像技术的基本概念⏹图像与数字图像⏹数字图像处理⏹数字图像处理的特点一、图像与数字图像1、图像的定义⏹“A representation, likeness, or imitation of an object or thing, …a vivid or graphic description, …something introduced to represent something else.”(韦氏(webster)英文词典) 。

⏹“以某一技术手段被再现于二维平面上的视觉信息”(阮秋琦)。

综合之，可以认为图像是通过某种技术手段得到的与之对应的物体或目标的一个表示。

一、图像与数字图像⏹上述对图像定义的范围要远远超过人眼看到的东西：伽马射线成像、紫外波段成像、微波波段成像、无线电波成像、红外图像、x光图像和超声波图像等。

⏹大多图像是它所表示的对象信息的一个浓缩和概括，换言之，一幅图像是该对象的一个不完全、不精确，但在某种意义上恰当的表示。

借助于集合的概念，可根据图像的生成方法或存在形式将图像分成若干类。

一、图像与数字图像2、图像的分类What’s that?数学函数-分形仿真图不可见图像红外图像CT图像(肺与皮肤)二、数字图像处理数字图像处理是按特定的目标，用一系列的特定的操作来“改造”图像的方法。

数字图像处理方式：⏹ 将一幅图像变为另一幅经过加工的图像，图像到图像的过程⏹ 将一幅图像转化为一种非图像的表示，分析、识别与理解的过程二、数字图像处理数字图像处理研究的实质：✓ 研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生包含全部或所需信息的数字图像✓ 如何对数字图像做各种变换以方便处理✓如何滤去图像中的无用噪声✓ 如何压缩图像数据以便存储和传输✓ 如何从图像中提取所需信息，从而形成对图像所含信息的的理解与识别✓ 如何形成抽象事物的模拟图像，从而帮助人类更好地认识客观事物二、数字图像处理数字图像处理研究的内容⏹ 图像变换改变图像的空间或频谱分布，获取或突出感兴趣信息 空域变换：放大、缩小、旋转……频域变换：傅立叶变换、离散余弦变换、Walsh变换小波变换……⏹ 图像增强和复原提高图像质量（去除噪声、提高图像的清晰度）灰度修正、图像平滑、几何校正、图像锐化……二、数字图像处理数字图像处理研究的内容⏹ 图像编码减少描述图像的数据量，节省图像传输/处理时间，减少存储空间熵编码、预测法编码、变换编码、分形编码……⏹ 图像分割提取感兴趣的对象，为进一步的理解和识别做准备 灰度阈值分割、基于纹理的分割、区域生长法……⏹ 图像的理解和识别从图像中提取抽象化的特定信息统计模式分类、句法模式分类……图像增强处理之后变形校正处理之前处理之后图像降噪处理之前处理之后图像压缩未压缩832kb压缩124kb 图像复原处理之前处理之后图像融合特征抽取图像重建二、数字图像处理数字图像处理的哲学观点⏹ 连续与离散物理图像—时、空与辐射强度均连续的自然物体的表示—I = f(x, y, z,λ, t)数字图像—物理图像某一时刻二维空间离散采样点的集合—I = f[x, y]⏹ 表示与处理物理图像—可用连续函数进行较好地描述、分析与处理数字图像—时空与幅度均为离散的数据矩阵，常借助于连续函数的分析结果与处理方法进行离散处理二、数字图像处理数字图像处理的哲学观点⏹ 不同观点以连续的观点看待数字图像处理与分析—危险 局限于离散数学与逻辑运算—不明智二、数字图像处理本课程中对数字图像处理的定义：对一个物体的数字表示—二维矩阵—施加一系列的操作，以得到所期望的结果。

“数字图像处理”不是指“处理数字图像”，而是指“图像的数字处理”三、数字图像处理的特点1、图像信息量大、数据量也大；2、图像处理技术综合性强；3、图像信息理论与通信理论密切相关。

三、数字图像处理的特点1、图像信息量大、数据量也大在数字图像处理中，一幅图像可看成是由图像矩阵中的像素（pixel）组成的，每个像素的灰度级至少要6bit（单色图像）来表示，一般采用8bit（彩色图像），高精度的可用12bit 或16bit。

三、数字图像处理的特点2、图像处理技术综合性强在数字图像处理中涉及的基础知识和专业技术相当广泛。

一般来说涉及通信技术、计算机技术、电子技术、电视技术及数学、物理等方面的基础知识。

三、数字图像处理的特点3、图像信息理论与通信理论密切相关早在1948年Shannon发表了“A mathematical Theory of Communication”（通信中的数学理论）一文，它奠定了信息论的基础。

此后，信息理论已渗透到了各个领域。

图像信息论也属于信息论科学中的一个分支。

三、数字图像处理的特点3、图像信息理论与通信理论密切相关图像信息论是在通信理论研究的基础上发展起来的。

通信研究的是一维时间信息；图像研究的是二维空间信息。

也就是说，图像理论是把通信中的一维问题推广到二维空间上来研究的。

第三节数字图像处理与邻近学科的关系1、与计算机图形学的关系数字图像由一系列具有不同灰度值的像素所组成。

每个像素通常用一定的位数表示，其特点是数据量较大，所以执行某种运算所需的时间也较长。

图像是与设备有关的(device dependent)，在进行图像的输入、处理和输出时均要考虑到与设备分辨率的一致。

图形是由一组数学公式描述的，它们一般是由计算机绘图程序画出来的——矢量图像。

矢量图像由点、直线、曲线等一系列的基本图形单元组成，在图形文件中规定了有关的数学公式和参数以及如何执行运算等。

图形与设备无关(Device Independent)，其最终的分辨率由输出设备的分辨率确定。

第三节数字图像处理与邻近学科的关系1、与计算机图形学的关系计算机图形学研究根据给定的描述，用计算机来生成相应的图形或图像，这里提到的图像主要是指用计算机画出来的，并不是从客观世界直接取得的。

图像处理是研究以二维数组形式给出的图像数据，按特定的目的，用计算机对数据进行加工处理，达到预期的目的。

第三节数字图像处理与邻近学科的关系1、与计算机图形学的关系广义的图像处理与模式识别和机器视觉有许多交叠的地方。

图像处理是进行模式识别的先期步骤，经过对图像的处理和分析，为模式识别提供条件。

机器视觉的研究目的是发展出能理解自然景物的系统。

在机器人领域，计算机视觉为机器人提供眼睛。

第三节数字图像处理与邻近学科的关系2、与模式识别以及机器视觉的关系第三节数字图像处理与邻近学科的关系与图形学、人工智能、模式识别以及机器视觉等研究相结合，形成新的研究领域和开拓新的应用✓图像处理：图像进->图像出✓ 图像分析：图像进->测量结果出✓ 图像理解：图像进->高级描述出✓ 虚拟景观、智能机器人……第四节数字图像处理的主要应用⏹天文⏹遥感探测⏹公安司法⏹生物、医学⏹……一、天文学上的应用主要运用数字图像处理的手段对用各种仪器设备获得的物理影像进行恢复处理，以减少噪声和大气扰动的影响，提高图像的清晰度。

二、遥感探测方面的应用遥感图像根据其采集方式可分成卫星遥感图像和航空遥感图像两大类。

遥感图像处理技术的成果主要集中在把图像数据处理成可视的资源信息或气象信息。

目前，遥感图像处理已成功地应用到了农业、气象、环境和灾害监测、自然资源调查、城市规划、铁路和公路线路的选择等诸多方面。

三、公安司法领域的应用主要用以改善图像视觉效果，挖掘图像隐含信息，提高图像证据价值；对刑事现场和物证信息进行重组和再现；为比对鉴定提供辅助工具；检验图像真实性和原始性等。

四、生物、医学领域的应用在研究图像处理技术的早期，医学图像处理就受到了人们的普遍关注。

无论是在基础医学研究或临床诊断上，均有各种图像信息要求图像处理技术去解决。