计算机图象处理初步

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1、1计算机图像处理初步南通大学计算机科学与技术学院陈德裕Email:cdy@ntu.edu.cn2课程的性质、教学目的和要求计算机图象处理科学是一个跨学科的前沿科技领域。计算机图象处理是一门多学科交叉的应用性很强的技术学科、是计算机应用的一个重要分支。计算机图象处理技术已广泛应用于办公自动化、工业机器人、地理数据处理、医学数据处理、地球资源遥感、交互式计算机辅助设计等领域。因此开设《计算机图象处理》课对于非计算机专业的学生来说是非常有现实意义和实用价值的。　　期望通过本课程的学习，同学们能掌握图象处理的基本理论和方法，能够去解决应用学科中需解决的一些基本图象问题，对计算机应用

2、的前沿学科有一个初步的了解，为今后进入相关领域的学习和研究打下一定的基础。课程的内容熟悉和理解计算机图象处理的有关概念、理论和方法；掌握有关计算机图象处理的常规软件的使用；了解有关计算机图象处理的原理和方法。34计算机图象处理技术发展简介计算机图象处理技术的起源计算机图象处理承袭的技术和理论计算机图象处理的应用领域5计算机图象处理技术的起源图像传输过程中的质量改善原始图像质量不佳由于传输中噪音导致质量不佳模式识别中的场景数据处理自动识别要求对图像进行分析人工视觉要求对图像进行解释6计算机数字图象处理承袭的技术和理论信号处理图形学色彩学独有技术7数字图象处理的应用领域传统应用领

3、域医学、军事、航天模式识别、人工视觉热门应用领域印刷制版、电视、互联网、多媒体、DRM电影特技、游戏、动画制作、数字相机虚拟现实、电子商务、宽带应用DigitalRightsManagement,DRM)8第一节基本概念图象和数字图象从广义上说，图象是自然界景物的客观反映，是人类认识世界和人类本身的重要源泉。图象对我们并不陌生。它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。人的视觉系统就是一个观测系统，通过它得到的图象就是客观景物在人眼中形成的影像。图象信息不仅包含光通量分布，而且也还包含人类视觉的主观感受。随着计算机

4、技术的迅速发展，人们还可以人为地创造出色彩斑斓、千姿百态的各种图像。9我们生活在一个信息时代，科学研究和统计表明，人类从外界获得的信息约有75％来自视觉系统，也就是从图象中获得的。这里图象是比较广义的，例如照片、绘图、视象等等。图象带有大量的信息，百闻不如一见，就说明了这个事实。图象和数字图象10客观世界在空间上是三维（3-D）的，但一般从客观景物得到的图象是二维(2-D)的。一幅图象可以用一个2-D数组f(x,y)来表示，这里x和y表示2-D空间XY中一个坐标点的位置，而f则代表图象在点(x,y)的某种性质F的数值。例如常用的图象一般是灰度图，这时f表示灰度值，它常对应客观

5、景物被观察到的亮度值。11常见图象是连续定义的，即f,x,y的值可以是任意实数。为了能用数字计算机对图象进行加工处理，需要把连续的图象在坐标空间XY和性质空间F都进行离散化。这种离散化了的图象就是数字图象，可以用I(r,c)来表示。这里I代表离散化后的f，(r,c)代表离散化后的(x,y)，其中r代表图象的行（row）。c代表图象的列(column)。这里I,c,r，的值都是整数。我们以后主要讨论数字图象，在不至引起混淆的情况下我们用f(x,y)代表数字图象，如不特别说明，f,x,y都在整数集合中取值。12早期英文书籍里一般用picture代表图象，英文picture的原意是

6、指图片、图画、各种照片以及光学影像，是采用绘画或者拍照的方法获得的人、物、景的模拟。现在普遍采用image代表离散化了的数字图象。英文image的含义是“像”，是客观世界通过光学系统产生的视觉印象。图象中每个基本单元叫做图象元素，简称象素(pictureelement)。对2-D图象，英文里常用pixel代表象素。对3-D图象，英文里常用voxel代表其基本单元，简称体素（volumeelement）。13与数字图象相关的概念有视频(video)、图形(Graphics)和动画(Animation)。视频——视频图象又称为动态图象、活动图象或者运动图象。它是一组图象在时间轴上

7、的有序排列，是二维图象在一维时间轴上构成的序列图象。考虑到人眼的视觉特征，视频图象的刷新速度都有一个明确的限制。如NTSC制式的电视视频是30帧/秒(fps，framepersecond)，PAL制式的电视视频是25帧/秒，电影则是24帧/秒。14图形——图形是图象的一种抽象，它反映图像的几何特征，例如点、线、面等。图形不直接描述图象中的每一点，而是描述产生这些点的过程和方法，被称为矢量图形。矢量图形以解析的形式描述一幅图中所包含的直线、圆、弧线的形状和大小，甚至可用更复杂的形式表示图象中的曲面、光照、