《DIP基础》课件

《基础》课程大纲DIP本课程将介绍数字图像处理的基础知识，帮助您了解图像处理的基本原理和方法数字图像处理概述数字图像处理是一门利用计算机对图像进行处理和分析的学科它涉及到图像的获取、存储、处理、分析和解释等各个方面数字图像处理在各个领域都有着广泛的应用，例如医疗影像、遥感图像、机器视觉等图像采集数字相机医疗扫描仪卫星使用光电传感器捕捉图像使用X射线、超声波等技术采集图像从太空获取地球图像图像采集系统硬件1传感器、镜头、信号处理电路软件2控制程序、图像处理算法接口3连接其他设备，例如电脑光学成像系统透镜系统光圈快门透镜系统是光学成像系统的核心，用于收光圈控制进入透镜的光量，影响图像的亮快门控制光线照射图像传感器的时间，影集光线并将其聚焦到图像传感器上度和景深响图像的曝光电子成像系统显示器CCD CMOS电荷耦合器件，将光信号转换成电信号互补金属氧化物半导体，更低功耗、更高的将电信号转换成图像，供人眼观察或计算机集成度处理数字图像信号像素表示二进制编码数字图像信号由像素构成，每个像素代表图像中一个点的亮度或每个像素的亮度或颜色信息被编码成二进制数据，以便计算机处颜色信息理和存储图像采样与量化123采样量化数字化图像将连续图像信号转化为离散的像素值将每个像素的亮度值用有限个离散值表采样和量化后，图像成为由离散像素值示组成的数字矩阵离散图像模型像素灰度值12数字图像由像素组成，像素是每个像素都有一个灰度值，表图像的基本单位示其亮度或颜色矩阵表示3数字图像可以表示为一个二维矩阵，矩阵的每个元素对应一个像素的灰度值图像空间与频率域空间域频率域频率成分图像在空间域中表示为像素值的二维数通过傅里叶变换将图像从空间域转换到频率域表示图像的频率成分，反映图像组频率域的细节和纹理图像直方图与统计特性2561灰度级像素图像直方图通常绘制在0到255之间每个灰度级对应的像素数量的灰度级范围内图像线性滤波概念线性滤波是一种基于线性运算的图像处理方法，它利用卷积核对图像像素进行加权平均，实现图像的平滑、锐化等效果卷积核卷积核是一个小的矩阵，它代表了滤波器的特性，不同的卷积核可以实现不同的滤波效果应用线性滤波广泛应用于图像处理，例如图像降噪、边缘检测、特征提取等图像非线性滤波中值滤波1去除噪声最大值滤波2提取亮度最大最小值滤波3提取亮度最小图像锐化边缘增强高频提升突出图像中的边缘和细节，使其增强图像中的高频成分，例如边更清晰可见缘和纹理图像清晰度改善图像的清晰度，使图像更易于理解图像平滑去除噪声边缘模糊平滑操作可有效去除图像中的噪声，平滑操作会导致边缘模糊，需要谨慎改善图像质量使用降低对比度平滑操作会降低图像的对比度，可能需要进行调整形态学操作腐蚀膨胀12去除图像边缘的小物体或噪声增大图像边缘的小物体或填补图像中的小孔开运算闭运算34先腐蚀再膨胀，用于去除小物先膨胀再腐蚀，用于填补小孔体或噪声，平滑图像边缘或连接断裂边缘几何变换旋转1改变图像方向缩放2改变图像尺寸平移3移动图像位置剪切4倾斜图像形状图像插值图像放大1增加像素数量图像缩小2减少像素数量图像旋转3改变图像方向图像增强图像增强目的图像增强方法增强效果改善图像质量，使其更易于人类观察或机包含空间域增强和频率域增强提高图像对比度，锐化边缘，减少噪声等器分析图像复原降噪去模糊图像修复减少图像中的噪声，改善图像质量恢复图像的清晰度，提升细节修复损坏或缺失的图像区域，恢复完整性图像分割定义将图像划分成若干个具有特定意义的不同区域，并用边界线将这些区域分割开来的过程目的提取图像中的目标或特征，方便后续的图像分析和理解应用医学影像、自动驾驶、目标识别、遥感图像处理等特征提取形状纹理轮廓、面积、周长、长宽比、矩形度图像的表面结构，例如粗糙度、方向、周期性颜色像素的色调、饱和度、亮度图像描述图像特征图像内容图像语义描述图像的形状、纹理、颜色和空间关描述图像中所包含的对象、场景和事件描述图像所表达的含义、情感和意图等系等特征等信息模式识别基础定义关键步骤模式识别是让计算机具有像人一样的识别能力，能对图像、声音模式识别一般包括数据采集、特征提取、分类器设计、模型训练、文本等数据进行分析和分类，并作出相应的判断或决策和性能评估等步骤机器学习在中的应用DIP图像分类目标检测图像分割例如，识别不同类型的图像，如人脸、车辆在图像或视频中定位和识别特定目标，例如将图像划分为不同的区域，例如前景和背景、物体等人脸检测、车辆检测等，或不同的物体深度学习在中的应用DIP图像分类目标检测12深度学习可以用于识别和分类不同类型的图像，例如猫、狗深度学习可以用于在图像中识别特定物体，并确定其位置和、汽车等边界图像分割图像生成34深度学习可以用于将图像分割成不同的区域，例如前景和背深度学习可以用于生成新的图像，例如艺术作品或照片景在工业中的应用DIP质量控制生产自动化产品设计缺陷检测，例如表面裂纹，尺寸误差等自动识别和定位零件，机器人控制和引导模拟产品的形状，材质，光照等，用于设等计优化在医疗中的应用DIP医学图像分析影像引导手术识别和诊断疾病，例如癌症、心使用图像信息来规划手术路径，脏病和神经系统疾病提高手术精度医疗设备监控远程医疗监测患者的健康状况，例如心电通过图像传输和远程诊断，为偏图、脑电图和血氧饱和度远地区提供医疗服务在农业中的应用DIP作物监测精准农业利用图像分析技术识别病虫害，通过图像数据分析，优化灌溉、提高农作物产量施肥等农业操作，提高资源利用效率农产品分级利用图像识别技术对农产品进行自动分级，提高产品质量在遥感中的应用DIP土地利用分类环境监测灾害评估通过图像处理技术，可以对土地利用进行分可以用于监测森林砍伐、土地沙漠化、水污可以帮助快速评估洪水、地震、火灾等灾害类，包括农业用地、林地、水域等染等环境问题造成的损失在安防中的应用DIP视频监控指纹识别、人脸识别等技术用于身份验证和身份识别人脸识别、目标跟踪、行为分析等技术用于提升安防效率图像处理技术用于异常检测、入侵检测和安全预警。