建模竞赛暑期培训-图像处理算法.ppt
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主讲教师:
杨晓慧主讲教师:
杨晓慧)图像处理算法图像处理算法(ImageProcessingAlgorithm)2010年全国大学生数学建模竞赛暑期培训年全国大学生数学建模竞赛暑期培训数学与信息科学学院,数学与信息科学学院,2010年年7月月23日日12010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法2F数学建模十大算法数学建模十大算法l蒙特卡罗算法蒙特卡罗算法l数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法l线性规划等规划类问题线性规划等规划类问题l图论算法图论算法l动态规划、回溯搜索、分支定界等计算机算法动态规划、回溯搜索、分支定界等计算机算法l模拟退火、神经网络、遗传算法等最优化理论算法模拟退火、神经网络、遗传算法等最优化理论算法l网格算法和穷举法网格算法和穷举法l一些连续离散化方法一些连续离散化方法l数值分析算法数值分析算法l图像处理算法图像处理算法2010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法(11)图像处理图像处理(22)图像识别图像识别(33)图像理解图像理解F数字图像处理数字图像处理32010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F认识数字图像处理认识数字图像处理1.什么是什么是图像图像?
2.什么是什么是数字图像数字图像?
模拟图像?
模拟图像?
3.什什么么是是数数字字图图像像处处理理?
模模拟拟图图像像处处理理?
光光电电结合处理?
结合处理?
42010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法什么是什么是图像图像?
“图图”是物体是物体投射光或反射投射光或反射光的分布光的分布“像像”是人的视觉是人的视觉系统对图的接收在系统对图的接收在大脑中形成的印象大脑中形成的印象或认识或认识“图图”是客观存在的是客观存在的“像像”是人的感觉是人的感觉图像图像是两者的结合是两者的结合是客观和主观的结合是客观和主观的结合F什么是图像什么是图像52010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F标准测试图像标准测试图像LenaBarbaraCartoonFingerprintPeppersMandrill62010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F其它图像其它图像7军事应用军事应用目标跟踪目标跟踪计算机合成图像计算机合成图像72010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F什么是数字图像什么是数字图像(续续)l数数字字图图像像指指的的是是一一个个被被采采样样和和量量化化后后的的二二维维函函数数(该该二二维维函函数数由由光光学学方方法法产产生生),采采用用等等距距离离矩矩形形网网格格采采样样(矩矩形形网网格格采采样样常常称称为为光光栅栅raster),对对幅幅度度进进行行等等间间隔隔量量化化。
至至此此,一一幅幅数数字字图图像像是是一一个个被被量量化化的的采采样样数数值值的二维矩阵的二维矩阵。
l将将一一幅幅二二维维的的图图像像通通过过有有限限个个离离散散点点来来表表示示就就成成为为了了数数字图像,其中的字图像,其中的每个点每个点称为称为图像元素图像元素,即,即像素像素。
82010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F图像采样和量化l空间分辨率变化所产生的效果空间分辨率变化所产生的效果(a)512512(b)256256(c)128128(d)6464(e)3232(f)1616图像质量随采样图像质量随采样数的减少而变差数的减少而变差92010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F图像采样和量化l图像灰度分辨率变化所产生的效果图像灰度分辨率变化所产生的效果(a)256(b)64(c)16(d)8(e)4(f)2图像质量随量化级图像质量随量化级别的减少而变差别的减少而变差102010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F图像采样和量化l空间和灰度分辨率同时变化空间和灰度分辨率同时变化(a)256256,128(b)181181,64(c)128128,32(d)9090,16(e)6464,8(f)4545,4112010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F什么是数字图像什么是数字图像(续续)l像素值往往用来表示像素的灰度级、颜色、高度值、透明度等等。
像素值往往用来表示像素的灰度级、颜色、高度值、透明度等等。
122010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F图像表示图像表示l多维函数多维函数f(x,y)(图像和图片)(图像和图片)lx,y,z是空间三维坐标参数是空间三维坐标参数l是波长参数,表示彩色图像,若是黑白图像则为定值是波长参数,表示彩色图像,若是黑白图像则为定值lt是时间参数,表示运动图像,若是静止图像则为定值是时间参数,表示运动图像,若是静止图像则为定值132010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法获取外界信息视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等多种,但绝大部分获取外界信息视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等多种,但绝大部分是来自视觉所接收的图像信息,是来自视觉所接收的图像信息,“百闻不如一见百闻不如一见”,人类,人类70%以上信以上信息来自视觉。
息来自视觉。
图像处理图像处理图像信图像信息加工息加工满足视觉满足视觉心理和应心理和应用要求用要求图像处理图像处理就是对图像信息进行加工处理,以满足人的视觉就是对图像信息进行加工处理,以满足人的视觉心理和实际应用的要求。
心理和实际应用的要求。
F什么是图像处理什么是图像处理142010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F什么是数字图像处理什么是数字图像处理l自自然然界界本本身身的的连连续续的的,连连续续世世界界的的图图像像本本身身状状态态是是连连续续的的,处处理理的的结结果果一一般般也也要要以以连连续续的的形形式式演演绎绎,我我们们不不能能忽忽略略这这个个本本质质。
但但是是我我们们要要采采用用数数字字计计算算机机作作为为工工具具来来实实现现我我们们的的算算法法,临临时时把把它它变变成成离离散散的的形形式式。
因因此此,我我们们说说“数数字字图图像像处处理理(digitalimageprocessing)”不不是是指指“处处理理数数字字图图像像”,而而是是指指“图图像像的的数数字字处处理理”。
l数数字字图图像像处处理理又又称称为为计计算算机机图图像像处处理理,它它是是指指将将图图像像信信号号转转换换成成数数字字信信号号并并通通过过计计算算机机对对其其进进行行去去除除噪噪声声、增增强强、复复原原、分分割割、提提取取特特征征等等处处理理的的方方法法和和技技术术。
或或者者简简述述为为:
数数字字图图像像处处理理是是对对一一个个物物体的数字表示施加一系列的操作,以得到所期望的结果体的数字表示施加一系列的操作,以得到所期望的结果。
152010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法l数数字字图图像像处处理理是是集集光光学学、数数学学、计计算算机机图图形形学学(computergraphics,涉涉及及用用计计算算机机将将由由概概念念或或数数学学描描述述所所表表示示的的物物体体(而而不不是是实实物物)图图像像进进行行处处理理和和显显示示的的过过程程,侧侧重重于于根根据据给给定定的的物物体体描描述述模模型型、光光照照及及想想象象中中的的摄摄像像机机的的成成像像几几何何,生生成成一一幅幅图图像像的的过过程程)、计计算算机机视视觉觉(computervision,目目的的是是发发展展处处能能够够理理解解自自然然景景物物的的系系统统。
在在机机器器人人领领域域中中,计计算算机机视视觉觉为为机机器器人人提提供供眼眼镜镜的的功功能能)、电电子子学学、信信息息论论、控控制制论论、物物理理学学、心心理理学学和和生生理理学学等等为为一一体体的的一门综合性边缘科学一门综合性边缘科学。
l数数字字图图像像处处理理和和小小波波理理论论、马马尔尔科科夫夫随随机机场场、分分形形学学、数数学学形形态态学、人工智能、模式识别和人工神经网络等都有结合。
学、人工智能、模式识别和人工神经网络等都有结合。
162010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法为什么进行图像处理?
为什么进行图像处理?
易于存储易于存储和传输和传输存储到数码相机,从存储到数码相机,从火星传回一幅图片火星传回一幅图片显示和打显示和打印需要印需要调整图片大调整图片大小,色调等小,色调等增强和增强和恢复恢复如从老的照片中去除痕如从老的照片中去除痕迹,在迹,在X光照片中,提光照片中,提高肿瘤的可视性高肿瘤的可视性提取提取信息信息如从信封上自动获取如从信封上自动获取邮政编码,从航空影邮政编码,从航空影像上测量水的污染性像上测量水的污染性F为什么需要图像处理为什么需要图像处理172010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F数字图像处理的应用领域数字图像处理的应用领域18通信:
图象传输,电视电话,通信:
图象传输,电视电话,HDTVHDTV等等宇宙探测:
星体图片处理宇宙探测:
星体图片处理遥遥感感:
地地形形、地地质质、矿矿藏藏探探查查,森森林林、水水利利、海海洋洋、农农业业等等资资源源调调查查,自自然灾害预测,环境污染的监测,气象云图然灾害预测,环境污染的监测,气象云图生物医学:
生物医学:
CTCT,NMRNMR,XX射线成象,射线成象,BB超,红外图象,显微图象超,红外图象,显微图象工业生产:
产品质量检测,生产过程控制,工业生产:
产品质量检测,生产过程控制,CADCAD,CAMCAM交通运输交通运输军事:
军事目标侦察,制导系统,警戒系统,自动火器控制,反伪装等军事:
军事目标侦察,制导系统,警戒系统,自动火器控制,反伪装等公安:
现场照片,指纹,手迹,印章,人像等处理和鉴别公安:
现场照片,指纹,手迹,印章,人像等处理和鉴别机器人视觉机器人视觉娱乐:
娱乐:
电影特技,动画,广告等电影特技,动画,广告等182010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F数字图像处理的基本步骤数字图像处理的基本步骤1.图像信息的获取图像信息的获取2.图像信息的存储图像信息的存储3.图像信息的处理图像信息的处理4.图像信息的传输图像信息的传输5.图像的输出和显示图像的输出和显示192010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F数字图像处理的关键步骤数字图像处理的关键步骤图像采集图像采集图像图像复原复原形态学处理形态学处理分分割割表示表示&描述描述图像增强图像增强对象识别对象识别问题域问题域彩色图像处理彩色图像处理图像压缩图像压缩202010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法2121图像处理算法图像处理算法l图像变换图像变换l图像去噪图像去噪l图像增强与复原图像增强与复原l图像融合图像融合l图像压缩图像压缩l图像分割图像分割212010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F附:
附:
MatLabl简介简介*由美国由美国MathWorks公司推出的计算机软件公司推出的计算机软件*目前最优秀的科学计算与数学应用软件之一目前最优秀的科学计算与数学应用软件之一*MatrixLaboratory(矩阵实验室)的简称(矩阵实验室)的简称l软件功能软件功能*矩阵代数、微积分、应用数学、有限元法及科学计算矩阵代数、微积分、应用数学、有限元法及科学计算*信号与系统、神经网络、小波分析及其应用信号与系统、神经网络、小波分析及其应用*数字图像处理、计算机图形学数字图像处理、计算机图形学*电子线路、电机学、自动控制与通信技术、力学和机械振动电子线路、电机学、自动控制与通信技术、力学和机械振动222010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F附:
附:
MatLabl运行界面运行界面l命令窗口:
交互操作(输入数据和命令);反馈命令窗口:
交互操作(输入数据和命令);反馈运行结果运行结果l工作空间:
主要查看定义的变量;保存和加载工作空间:
主要查看定义的变量;保存和加载l命令历史记录命令历史记录显示已执行的命令显示已执行的命令l当前目录当前目录显示当前工作路径;显示当前工作路径;主要指文件的保存主要指文件的保存232010年大学生数学建模竞赛杨晓慧图像处理算法F附:
附:
MatL
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- 关 键 词:
- 建模 竞赛 暑期 培训 图像 处理 算法