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1,数字图像处理与图像通信 朱秀昌,2,第1章 绪论,1.1 图像信号 1.2 数字图像信号处理 1.3 图像系统的构成 1.4 图像质量的评价 1.5 图像处理与通信的发展,3,1.1 图像信号,图像:光 物体 反射或透射 眼睛或机器 数学表示:图像类型: 二值图像和灰度图像 灰度图像和彩色图像 静态图像和活动图像 平面二维图像和立体三维图像,4,二值图像,灰度图像,静态图像、平面二维图像,彩色图像,立体三维图像,活动图像,5,图像多变量函数: 降维处:其中:扫描:一维信号,(1.1),(1.5),(1.3),(1.2),0IImax,(1.4),6,用三基色 R、G、B 表示各种色彩 用亮度(Y)和色度(U、V)信号表示各种色彩,7,R、G、B彩色显示器,8,电视信号的形成 两个色度信号正交调幅彩色信号,(1.8),(1.7),9,复合视频信号 / S Video信号视频信号的频谱,图1.1 复合视频信号的频谱(PAL制),(1.9),10,RGBUVY/C复合视频:(电视)编码 RGBUVY/C复合视频:(电视)解码 视频每秒2430帧画面 PAL 每秒25帧,每帧625行,隔行, (720576) NTSC 每秒30帧,每帧525行,隔行, (720486) PAL制与NTSC制互不兼容,11,1.2 数字图像信号处理,1.2.1 数字信号处理技术 数字信号处理(DSP:Digital Signal Processing)的目标DSP:Digital Signal Processor(数字信号处理器,芯片)近年来发展很快,DSP or 成了图像设备的核心DSP ing 成了图像软件的核心 数字信号处理的优点 数字信号处理应用:图像是重要领域,12,1.2.2 数字图像信号处理技术 1.图像信息的获取及其数字化 模拟图像的获取,然后数字化直接数字图像信号的获取; 自然图像的获取和专业图像的获取; 数字化时代,数字图像是主要来源。,13,2.图像信息处理的主要方法 图像变换:正交变换,改变处理领域、 图像增强:去噪、滤波、均衡、边缘增强、 主观 图像复原:退化模型、逆滤波、无约束复原、有约束复原、客观 图像压缩:寻找新的表示方法,无损压缩、有损压缩、 图像重建:投影定理、投影重建、卷积逆投影重建、代数重建、 图像分割:基于阈值、边界的图像分割、二值图像的形态学处理、 图像处理应用:医学图像处理、遥感图像处理、人脸识别、图像水印、 ,14,1.3 图像系统的构成,1.3.1 图像系统的线性模型 图像处理系统近似为 二维 线性 位移不变 系统二维单位脉冲函数,(1.11),(1.10),(1.12),(1.13),15,二维单位脉冲函数的性质: 抽样性质(乘积)筛选性质(卷积)偶函数和可分离性质点扩展函数(PSF: Point Spread Function):系统的输入为 函数(理想点光源)时系统的(响应)输出h(x,y) 二维线性移不变系统:,(1.16),(1.15),(1.14),16,1.3.2 图像处理系统 输入模块:待处理图像的输入 输出模块:已处理图像的输出 控制/存储模块:控制流程、存储数据 存取/通信模块:和用户打交道 图像处理核心模:主图像处理设备,图1.2 数字图像处理系统模型,17,1.3.3 图像通信系统,18,1.4 图像质量的评价,1.4.1 人眼视觉特性 1.人眼构造和视觉现象 平均直径约20mm左右 三层薄膜: 角膜和巩膜外壳 脉络膜 视网膜 视网膜呈像,中央凹 锥状细胞 600 700万彩色敏感 昼视 杆状细胞 75001500万亮度敏感 夜视,图1.4 人眼截面示意图,19,2. 视觉特性 1)亮度适应能力 暗亮 快 亮暗 慢 物理亮度 感觉亮度 对数关系 2)同时对比度,图1.5 眼睛亮度的适应能力,20,同时对比度: 中心小白方块更亮,21,3)对比灵敏度 眼睛刚能分辨出的照度差I 是I 的函数,图1.7 对比灵敏度的测定,视觉暂留(补充),22,4)分辨率对于空间上或时间上二相邻的视觉信号,人们刚能鉴别出二者存在的能力称为视觉系统的分辨率。空间分辨率时间分辨率调制传递函数(MTF)从图中可以看出,调制传递函数具有带通滤波特性,它的最灵敏空间频率是在25赫/度的范围内。黑白条测试卡。,图1.8 MTF的特性,23,5) Mach 带 Mach效应:“强更强、弱更弱”,24,1.4.2 图像质量的评价方法图像质量:逼真度、可懂度 1.图像的主观评价由人来观察图像,专家和普通人,5级评分制,对得分进行评分统计平均,国际标准:ITU-T 500-11建议,权威结论。,25,2.图像的客观评价逼真度的定量表示(数字图像),均方误差,归一化均方误差 (Nomor Mean Square Error),均方根误差,(1.19),26,补充:峰值信噪比,峰值均方误差 PMSE,峰值信噪比 PSNR,(1.20),27,3.其它方法 基于感觉的质量评价(perception based quality assessment) 基于任务的质量评价(task based quality assessment) 4.有关国际标准(补充) ITU-R BT.500-11“Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures”(电视图像质量主观评价方法) ITU-R BT.710-2 “Subjective assessment for image quality in high definition television”(高清晰度电视图像质量的主观评价) 常用的方法:双刺激连续质量打分法(DSCQS:Double Stimulus Continuous Quality Scale),28,1.5 图像处理与通信的发展,图像处理的发展 1839年照相术发明 1865年法国巴黎和里昂之间文字传真 (1876年美国贝尔发明电话) 1893年发明电影 1914年首张新闻传真照片出现在媒体 1925年发明电视 1960年NTSC彩色电视开播 1964年航天探测器徘徊者7号发回地面几千张月球表面照片(美国喷气推进实验室JPL)。由计算机成功绘制月球表面地图。,29,1972年发明了X射线断层摄像装置,简称CT,用于头颅诊断。 1975年研制出用于全身的CT装置,1979年该无损诊断技术获 得诺贝尔奖。 1980年CCITT(国际电报电话咨询委员会 )制定了三类传真机和公用电话网传输静止图像的国际标准。 1984年CCITT提出的第一个实用化的、适用于会议电视和可视电话要求的视频压缩编码国际标准,用于在ISDN网络上传输实际活动图像。 之后,数字图像处理应用得到迅速发展,图像成为人们生活不可或确的重要组成部分。CCD,数码相机, 。,30,2.图像通信的发展(略),1921年的打印图像,1964年美国航天器 发回的第一张月球照片,1970年代的CT图像,
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