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1.1 图像和图像处理
1.1.1 图像
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1.1 图像和图像处理
1.1.1 图像
“图”是物体透射或反射光的分布,是客观存在的。“像”是人的视觉系统对图在大脑中形成的印象或认识是人的感觉。图像是图和像的有机结合既反映物体的客观存在又体现人的心理因素;图像也是对客观存在的物体的一种相似性的生动模仿或描述。或者说图像是客观对象的一种可视表示,它包含了被描述对象的有关信息。人们在工作或日常生活中会经常见到图像,比如红外图像、雷达图像、医学图像、照片、绘画、动画、电视画面等都是图像的最直接的例子,它是人们最主要的信息源。据统计,人类从外界获取的信息中约有75%来自视觉即以图像的形式获取。人们常说“百闻不如一见”“一目了然”都说明了这个事实。人们可以通过各种观测系统从被观察的场景获得图像。观测系统有照相机和摄像机、显微图像摄像系统、卫星多光谱扫描成像系统、合成孔径雷达成像系统、医学成像系统(超声成像系统、磁共振成像系统等)等。从观测系统所获取的图像可以是静止的,如照片、绘画、医学显微图片等;也可以是运动的如飞行物、心脏图像等视频图像;还可以是三维(3D)的大部分装置都将3D客观场景投影到二维(2D)像平面,所得图像是2D的;图像可以是黑白的也可以是彩色的。根据图像空间坐标和幅度(亮度或色彩)的连续性可分为模拟(连续)图像和数字图像。模拟图像是空间坐标和幅度都连续变化的图像,而数字图像是空间坐标和幅度均用离散的数字(一般是整数)表示的图像。
1.1.2 图像处理
图像处理就是对图像信息进行加工处理和分析以满足人的视觉心理需要和实际应用或某种目的如压缩编码或机器识别的要求图像处理可分为以下三类。
1.模拟图像处理
模拟图像处理也称光学图像处理,它是利用光学透镜或光学照相方法对模拟图像进行的处理。光学图像处理方法历史已久,并在20世纪60年代激光全息技术出现后,得到了进一步的发展。该方法具有实时性强、速度快、处理信息量大、分辨率高等优点。但是处理精度低灵活度差难有判断功能。从60年代起,随着计算机技术的发展和广泛应用数字图像处理诞生并得到了迅速的发展。
2.数字图像处理
数字图像处理就是利用计算机对数字图像进行处理。随着计算机和多媒体技术的迅速发展和普及数字图像处理技术受到了空前广泛的重视出现了许多新的应用领域和新的处理方法。它具有精度高、处理内容丰富、方法易变、灵活度高等优点。但是它的处理速度受到计算机和数字器件的限制, -般也是串行处理,因此处理速度较慢。
3.光电结合处理
光电结合处理是用光学方法完成运算量巨大的处理(如频谱变换等),而用计算机对光学处理结果(如频谱)进行分析判断等。该方法是前两种方法的有机结合,它集结了二者的优点。光电结合处理是今后图像处理的发展方向也是一个值得关注的研究方向。随着集成光学的发展和光电结合的应用在光学计算机出现以后,图像处理技术将会有全新的巨大突破。
1.1.3 图像的表示
1.图像的数学表示
任何一幅图像都可看作是由无数个很小的光点组成的光强度集合,因此用数学方法描述一幅图像时,常考虑它的点的性质。一幅图像所包含的信息首先表现为光的强度(intensity),即一幅图像可看成是空间各个坐标点上的光强度I的集合。 空间坐标、波长、时间
平面上静止的灰度图像If(x,y)运动图像可用静止图像序列表示彩色图像可分解为三基色图像三维图像可由二维重建。
2.图像的特点
空间有界
幅度强度有限
1.2 数字图像处理的步骤和方法
1.2.1 数字图像处理的基本步骤
1.图像信息的获取
2.图像信息的存储
3.图像信息的处理
4.图像信息的传输
5.图像的输出和显示
1.2.2 数字图像处理的内容和方法
1.图像数字化
数字图像处理的基础包括采样和量化
2.图像变换
为了便于在频域对图像进行更有效的处理需要对图像信息进行变换。根据图像的特点,一般采用正交变换,诸如傅里叶变换、沃尔什-哈达码变换、离散余弦变换、KL变换、小波变换等,以改变图像的表示域和图像数据的排列形式,有利于图像增强或压缩编码。
3.图像增强
图像增强是增强图像中的有用信息,削弱干扰和噪声,提高图像的清晰度,突出图像中所感兴趣的部分。一方面用以改善人们的视觉效果,另一方面便于人或机器分析、理解图像内容。它主要包括灰度增强、图像平滑、锐化、同态增晰、彩色增强等。
4.图像恢复复原
图像恢复(复原)是对退化的图像进行处理,使处理后的图像尽可能地接近原始的图像。所谓退化图像是指由于各种原因(设备问题、周围环境、干扰等)使原清晰图像变模糊或使原图像未达到应有质量而形成的降质图像。它主要包括退化模型的表示、退化系统的模型及参数的确定、无约束恢复、有约束最小二乘恢复、频域恢复方法、图像的几何畸变校正、超分辨率图像复原方法等。
5.图像压缩编码
由于图像中通常存在冗余,数据量大,不利于传输、处理和存储,所以需要对待处理图像进行压缩编码,以减少描述图像的数据量。压缩可以在不失真的前提下进行,也可以在允许的失真条件下进行。前者解压后可无失真地得到原图像信息, 称为无损压缩编码;而后者只能得到原图像的近似称为有损压缩编码。
6.图像分割
7.图像分析与描述
8.图像识别分类
1.3 数字图像处理系统的组成 1.4 数字图像处理的主要应用
1.宇宙探测
2.通信方面
3.遥感方面
4.生物医学领域
5.工业生产
6.军事公安
7.天气预报
8.考古和文物保护
