数字图像处理讲稿
贾 永 红
武汉大学遥感信息工程学院
第一章 绪论
讲解内容
1.课程性质、教学计划和要求简介；
2,数字图像处理的基本概念、主要内容,
系统组成、特点及其应用
目的
1,要求学生了解数字图像处理的主要内容及
相关知识，熟悉数字图像处理与其他学科
的关系；
2.重点掌握数字图像处理的基本概念、系统
组成、特点及应用。
第一章 绪论
1.1 何谓数字图像处理
1.1.1 图像的概念
图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的
写真或描述。
1.1.2 图像的类别
物体
图像
数学
函数
不可见的
物理图像
可见的图像
光
图
像 照片、图与画
可见光成像和不可见光成像
400nm 700nm
紫外光 红外光
546.1nm 435.8nm 780nm
单波段、多波段和超波段图像
彩色与非彩色图像
?光与色
?三种典型地物的波谱反射特性
?消色体与有色体
模拟图像和数字图像
1)模拟图像
模拟图像可用连续函数来描述。
其特点：光照位置和光照强度均为连续变化的 。
2)数字图像
可用矩阵或数组来描述
像素或像元的属性：空间位置和灰度。
),( yxFI ?
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1,11,10,1
1,11,10,1
1,01,00,0
],[
NMMM
N
N
iii
iii
iii
nmII
?
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1.1.3 图像处理的概念
图像处理
模拟图像处理
数字图像处理
1.2数字图像处理学的内容和与其它相关学科的关系
1.2.1 图像处理的内容
它是研究图像的获取、传输、存储，变换、显示、
理解与综合利用的一门崭新学科。
根据抽象程度不同可分为三个层次：狭义图像处
理、图像分析和图像理解。如图 1.2.1所示。
图像分析
图像理解
狭义处理
高
低
抽
象
程
度
高层
低层
中层 语
义
数
据
量
操
作
对
象
小
大
符号
象素
目标
具体而言，数字图像处理的内容包括,
? 图像的数字化
? 图像变换
图像变换目的在于：处理问题简化、有利于特征
提取、加强对图像信息的理解。
图像变换算法很多，重点学习 傅立叶变换 的算法、
性质和应用。
如何由一幅模拟图
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。
? 图像增强
? 图像的恢复与重建
介绍各种增强方
法及其应用。增强图
像的有用信息，消弱
噪声的干扰。
把退化、模糊了的图像复原,包
括图像辐射校正和几何校正等内容。
由断层扫描重建二、三维图像。
? 图像编码
简化图像的表示，压缩图像的数据，便于存储和传
输。
256K 21k
? 图像分割
图像分割是指将一幅图像划分为互不重叠的区域的
处理。重点介绍图像分割的方法及其应用。
? 二值图像处理与形状分析
介绍二值图像的几何概念、二值图像连接成分的各种
变形算法和二值图像特征提取与分析的各种方法。
检测或去掉小成分
骨架提取 边界提取
? 纹理分析
主要介绍影像纹理的概念、特征提取与分析的一些方
法与应用。
? 图像识别
对图像中的不同对象进行分类、描述和解译。
1.2.2 与相关学科的关系
它与模式识别、计算机图形学、计算机视觉等学
科既相互联系又相互区别。
图像理解
描述
狭义处理
计算机图形学
图像理解
客
观
世
界
图像
(人 )
计
算
机
视
觉
图像
符号
新
技
术
新
工
具
新
理
论
模
式
识
别
图像分析
(转换 )
1.3 数字图像处理系统概述
数字图像处理系统由硬件和软件组成。
? 采集
? 显示
? 存储
? 通信
? 主机
? 图像处理软件
获取数字图像的设备即采集装置 。
? 扫描仪
? 数码照相机
? 数码摄像机
1.3.1 图像采集模块
采集装置都包括下面两个部件,
?光敏感器件
?模 /数转换装置
1.3.2 图像显示模块
图像显示的主要形式,
? 软拷贝形式
? 硬拷贝形式
? 常用硬盘、软盘,U盘、活动硬盘、光盘、磁带等
? 在海量图像存储备份系统中，采用磁盘阵列、磁带库、
光 盘塔等存储设备。
1.3.3图像存储模块
1.3.4 图像通信模块
图像通信就是把图像传送到远方终端。
按传输图像种类分为
? 静止图像通信，如电报、传真和图文电视等
? 活动图像通信，如电视、可视电话等。
1.3.5主机
? 以微机或工作站为主，配以图像卡和外设构成微型图像
处理系统
?采用大型机
1.3.6 图像处理软件
由系统管理、图像数据管理和图像处理模块三部分组成。
1.4.1 数字图像处理的特点
? 精度高
对于一幅图像而言，数字化时不管是用 4比特,8比特还是
其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变
。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可
能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就
必须对装置进行大幅度改进。
? 再现性好
不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送
和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢
失或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中
，就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性。
1.4 数字图像处理的特点及其应用
? 通用性、灵活性强
对可见图像和不可见光图像（如 X光图像、热红外
图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设
备规模和精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对
于计算机来说，都可同样进行处理，这就是数字处理图
像的通用性。
另外，改变处理图像的计算机程序，可对图像进行
各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变
换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。
1.4.2 数字图像处理的应用
数字处理图像在生物医学, 遥感, 工业, 军事、
通信、公安等领域有着广泛的应用 。
生物医学,利用电磁波谱成像分析系统诊断病情。如 显
微镜图像分析,DNA成像分析等；
CT及核磁共振、超声波,X射线成像分析等。如三维测
量可视化软件系统可对各类医学断层图像进行分析处理
，提供诊断依据。
遥感, 农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害
监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构造解译、找矿，环
境污染检测等等。
RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(1)
RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(2)
1998年长江（枝城 -岳阳）洪涝灾害监测
工业生产,无损探伤，石油勘探，生产过程自动化（识
别零件，装配质量检查），工业机器人研制等。
军事,航空及卫星侦察照片的测绘、判读，雷达,声纳
图像处理，导弹制导，军事仿真等。
在军事 方面制作电子沙盘
通信,图像传真，数字电视、网络可视聊天、可视电话
网页动画等。
独特的 Exact Time和 Auto Balance技术
语音图像唇形同步
超凡卓越的音频视频表现
只需 350毫秒
Hi
…
Hello
…
地图符号识别
公安,指纹识别，印签、伪钞识别，安检，手迹、印记鉴
别分析等。
气象预报,获取气象云图进行测绘、判读等。
风云 1号 风云 2号
贾 永 红
武汉大学遥感信息工程学院
第一章 绪论
讲解内容
1.课程性质、教学计划和要求简介；
2,数字图像处理的基本概念、主要内容,
系统组成、特点及其应用
目的
1,要求学生了解数字图像处理的主要内容及
相关知识，熟悉数字图像处理与其他学科
的关系；
2.重点掌握数字图像处理的基本概念、系统
组成、特点及应用。
第一章 绪论
1.1 何谓数字图像处理
1.1.1 图像的概念
图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的
写真或描述。
1.1.2 图像的类别
物体
图像
数学
函数
不可见的
物理图像
可见的图像
光
图
像 照片、图与画
可见光成像和不可见光成像
400nm 700nm
紫外光 红外光
546.1nm 435.8nm 780nm
单波段、多波段和超波段图像
彩色与非彩色图像
?光与色
?三种典型地物的波谱反射特性
?消色体与有色体
模拟图像和数字图像
1)模拟图像
模拟图像可用连续函数来描述。
其特点：光照位置和光照强度均为连续变化的 。
2)数字图像
可用矩阵或数组来描述
像素或像元的属性：空间位置和灰度。
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1,01,00,0
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1.1.3 图像处理的概念
图像处理
模拟图像处理
数字图像处理
1.2数字图像处理学的内容和与其它相关学科的关系
1.2.1 图像处理的内容
它是研究图像的获取、传输、存储，变换、显示、
理解与综合利用的一门崭新学科。
根据抽象程度不同可分为三个层次：狭义图像处
理、图像分析和图像理解。如图 1.2.1所示。
图像分析
图像理解
狭义处理
高
低
抽
象
程
度
高层
低层
中层 语
义
数
据
量
操
作
对
象
小
大
符号
象素
目标
具体而言，数字图像处理的内容包括,
? 图像的数字化
? 图像变换
图像变换目的在于：处理问题简化、有利于特征
提取、加强对图像信息的理解。
图像变换算法很多，重点学习 傅立叶变换 的算法、
性质和应用。
如何由一幅模拟图
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。
? 图像增强
? 图像的恢复与重建
介绍各种增强方
法及其应用。增强图
像的有用信息，消弱
噪声的干扰。
把退化、模糊了的图像复原,包
括图像辐射校正和几何校正等内容。
由断层扫描重建二、三维图像。
? 图像编码
简化图像的表示，压缩图像的数据，便于存储和传
输。
256K 21k
? 图像分割
图像分割是指将一幅图像划分为互不重叠的区域的
处理。重点介绍图像分割的方法及其应用。
? 二值图像处理与形状分析
介绍二值图像的几何概念、二值图像连接成分的各种
变形算法和二值图像特征提取与分析的各种方法。
检测或去掉小成分
骨架提取 边界提取
? 纹理分析
主要介绍影像纹理的概念、特征提取与分析的一些方
法与应用。
? 图像识别
对图像中的不同对象进行分类、描述和解译。
1.2.2 与相关学科的关系
它与模式识别、计算机图形学、计算机视觉等学
科既相互联系又相互区别。
图像理解
描述
狭义处理
计算机图形学
图像理解
客
观
世
界
图像
(人 )
计
算
机
视
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图像
符号
新
技
术
新
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具
新
理
论
模
式
识
别
图像分析
(转换 )
1.3 数字图像处理系统概述
数字图像处理系统由硬件和软件组成。
? 采集
? 显示
? 存储
? 通信
? 主机
? 图像处理软件
获取数字图像的设备即采集装置 。
? 扫描仪
? 数码照相机
? 数码摄像机
1.3.1 图像采集模块
采集装置都包括下面两个部件,
?光敏感器件
?模 /数转换装置
1.3.2 图像显示模块
图像显示的主要形式,
? 软拷贝形式
? 硬拷贝形式
? 常用硬盘、软盘,U盘、活动硬盘、光盘、磁带等
? 在海量图像存储备份系统中，采用磁盘阵列、磁带库、
光 盘塔等存储设备。
1.3.3图像存储模块
1.3.4 图像通信模块
图像通信就是把图像传送到远方终端。
按传输图像种类分为
? 静止图像通信，如电报、传真和图文电视等
? 活动图像通信，如电视、可视电话等。
1.3.5主机
? 以微机或工作站为主，配以图像卡和外设构成微型图像
处理系统
?采用大型机
1.3.6 图像处理软件
由系统管理、图像数据管理和图像处理模块三部分组成。
1.4.1 数字图像处理的特点
? 精度高
对于一幅图像而言，数字化时不管是用 4比特,8比特还是
其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变
。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可
能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就
必须对装置进行大幅度改进。
? 再现性好
不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送
和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢
失或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中
，就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性。
1.4 数字图像处理的特点及其应用
? 通用性、灵活性强
对可见图像和不可见光图像（如 X光图像、热红外
图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设
备规模和精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对
于计算机来说，都可同样进行处理，这就是数字处理图
像的通用性。
另外，改变处理图像的计算机程序，可对图像进行
各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变
换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。
1.4.2 数字图像处理的应用
数字处理图像在生物医学, 遥感, 工业, 军事、
通信、公安等领域有着广泛的应用 。
生物医学,利用电磁波谱成像分析系统诊断病情。如 显
微镜图像分析,DNA成像分析等；
CT及核磁共振、超声波,X射线成像分析等。如三维测
量可视化软件系统可对各类医学断层图像进行分析处理
，提供诊断依据。
遥感, 农、林等资源的调查，农作物长势监测，自然灾害
监测、预报，地势、地貌测绘以及地质构造解译、找矿，环
境污染检测等等。
RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(1)
RS Application in Monitoring the Changes of Landuse(2)
1998年长江（枝城 -岳阳）洪涝灾害监测
工业生产,无损探伤，石油勘探，生产过程自动化（识
别零件，装配质量检查），工业机器人研制等。
军事,航空及卫星侦察照片的测绘、判读，雷达,声纳
图像处理，导弹制导，军事仿真等。
在军事 方面制作电子沙盘
通信,图像传真，数字电视、网络可视聊天、可视电话
网页动画等。
独特的 Exact Time和 Auto Balance技术
语音图像唇形同步
超凡卓越的音频视频表现
只需 350毫秒
Hi
…
Hello
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地图符号识别
公安,指纹识别，印签、伪钞识别，安检，手迹、印记鉴
别分析等。
气象预报,获取气象云图进行测绘、判读等。
风云 1号 风云 2号
