数字图像处理与计算教程

第一章．

遥感概念

遥感（Remote Sensing，简称RS），就是“遥远的感知”，遥感技术是利用一定的技术设备和系统，远距离获取目标物的电磁波信息，并根据电磁波的特征进行分析和应用的技术。

遥感技术的原理

地物在不断地吸收、发射（辐射）和反射电磁波，并且不同物体的电磁波特性不同。

遥感就是根据这个原理，利用一定的技术设备和装置，来探测地表物体对电磁波的反射和地物发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。

图像

人对视觉感知的物质再现。图像可以由光学设备获取，如照相机、镜子、望远镜、显微镜等；也可以人为创作，如手工绘画。图像可以记录、保存在纸质媒介、胶片等等对光信号敏感的介质上。随着数字采集技术和信号处理理论的发展，越来越多的图像以数字形式存储。因而，有些情况下“图像”一词实际上是指数字图像。

数字图像与光学模拟图像的区别

光学模拟图像 数字图像

来自于模拟方式

通过摄影系统产生

没有像素

没有行列结构

没有扫描行

0表示没有数据

任何点都没有编号

摄影受电磁波谱的成像范围限制

一旦获取了照片，颜色就是确定的

具有红、绿、蓝三个通道[w1] 来自于数字方式

通过扫描和数码相机产生

基本构成单位是像素

具有行和列

可能会观察到扫描行

0是数值，不表示没有数据

每个点都有确定的数字编号

可以是电磁波谱的任意范围

颜色没有特定的规则，在处理过程中可以根据需要通过合成产生

多个波段（3－8000）

物理图像：图像是人对视觉感知的物质再现

数字图像：图像以数字形式存储。

图像处理

运用光学、电子光学、数字处理方法，对图像进行复原、校正、增强、统计分析、分类和识别等的加工技术过程。

光学图像处理

应用光学器件或暗室技术对光学图像或模拟图像(胶片或图片)进行加工的方法技术

数字图像处理

是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。

第一章绪论

1.什么是图像？什么是数字图像？什么是灰度图像？模拟图像处理与数字图像处理主要区别表现在哪些方面？

图像：是对客观对象的一种相似性的、生动性的描述或写真。

数字图像：一种空间坐标和灰度均不连续的、用离散数字（一般用整数）表示的图像。

灰度图像：在计算机领域中，灰度数字图像是每个像素只有一个采样颜色的图像。在数字图像领域之外，“黑白图像”也表示“灰度图像”，例如灰度的照片通常叫做“黑白照片”。

模拟图像处理与数字图像处理主要区别：模拟图像处理是利用光学、照相方法对模拟图像的处理。数字图像处理是利用计算机对数字图像进行系列操作，从而达到某种预期目的的技术。

2.数字图像处理包括哪几个层次？各层次之间有何区别和联系？

数字图像处理可分为三个层次：狭义图像处理、图像分析和图像理解。

狭义图像处理是对输入图像进行某种变换得到输出图像，是一种图像到图像的过程。

图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，从而建立对图像目标的描述，图像分析是一个从图像到数值或符号的过程。

图像理解则是在图像分析的基础上，基于人工智能和认知理论研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，对图像内容的含义加以理解以及对原来客观场景加以解译，从而指导和规划行动。

区别和联系：狭义图像处理是低层操作，它主要在图像像素级上进行处理，处理的数据量非常大；图像分析则进入了中层，经分割和特征提取，把原来以像素构成的图像转变成比较简洁的、非图像形式的描述；图像理解是高层操作，它是对描述中抽象出来的符号进行推理，其处理过程和方法与人类的思维推理有许多类似之处。

3.数字图像处理系统由哪些模块组成？各模块起何作用？

数字图像处理系统包括五个模块：数字图像采集、数字图像显示、数字图像存储、数字图像通信、数字图像处理和分析。

作用：数字图像采集装置是获取数字图像的设备。数字图像显示是借助计算机图形学技术将分析的结果转换为更为直观的图像形式展示。数字图像存储是给图像提供大量的空间来存储大数据量图像。数字图像通信是把图像传送到远方终端。数字图像处理和分析是对图像进行处理和分析，转化成数字化的形式显示出来。

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数字图像处理的理论基础及发展方向

一、数字图像处理的起源及发展

数字图像处理（Digital Image Processing) 将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理,起源于20 世纪20年代，目前已广泛地应用于科学研究、工农业生产、生物医学工程、航空航天、军事、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，已成为一门引人注目、前景远大的新型学科,发挥着越来越大的作用。 数字图像处理作为一门学科形成于20 世纪60 年代初期，早期的图像处理的目的是改善图像的质量，以人为对象,以改善人的视觉效果为目的，首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室(J PL)并对航天探测器徘徊者7 号在1964 年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行了更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，为人类登月创举奠定了坚实的基础,也推动了数字图像处理这门学科的诞生。 数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果，1972 年英国EMI 公司工程师Ho usfield 发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置即CT(Computer Tomograph） 。 1975 年EMI 公司又成功研制出全身用的CT 装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像. 1979 年这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献. 随着图像处理技术的深入发展，从 2 / 9

70 年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展,数字图像处理向更高、更深层次发展。 人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界. 很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究,取得了不少重要的研究成果。 其中代表性的成果是70 年代末MIT 的Ma rr

【数字图像处理】图像的⾯积与周长计算

⼆值化图像区域标记

在⼆值化图像中，相互联结的⿊像素集合成为⼀个（⿊）区域，通过对图像内每个区域进⾏标记操作，求得区域的数⽬。

处理前的f是⼆值的，像素要么为0（⿊），要么为255（⽩）

处理后每个像素的值即为其所处理区域的标号（1，2，3，。。。）

标记规则

1.初始化标记为0，从左到右，从上到下逐个像素扫描

2.若该点为物体颜⾊，则继续判断该点的左上、正上，右上及左前点是否都不为物体，则标号加1，若该点为背景⾊，则跳过。

3.优先级依次为右上点，正上点，左上点及左前点。右上点的优先级最⾼，左前点的优先级最低。

4.继续遍历图像，若右上点为物体，则该点标记上与右上点相同的值。

5.若右上不为物体，则判断正上点，左上点及左前点

特殊情况：当前点的右上点及左前点为不同标记，正上点和左上点不为物体，则当前点标记同右上点置相同的值，把所有标记与左前点相同

的像素值都标记成与右上点同样的值。如图下⾯的⿊点，如果出现上⾯的特殊情况，可以这样处理：

int sign_count = 0;

int sum[5] = {0};

int sign_temp;

for(int y = 1; y<120 - 1;y++)

for(int x = 1; x<180 - 1;x++)

{

//只有当像素点为物体，才进⾏下⾯的判断。

if(img[y][x] == 0)

{

//解决特殊情况

if(img[y-1][x+1] != img [y][x-1] && img[y-1][x-1] == img[y-1][x])

{

img[y][x] = img[y - 1][x + 1];

sign_temp = img [y][x-1];

for(int i = 0; i

for(int j = 0; j

{

if(img[i][j] == sign_temp)

img[i][j] = img[y][x]

}

}

//如果该点周围四个点皆为背景，则说明该点新的物体，将标记累加，并将该点赋值为标记。