【文章內(nèi)容簡介】 ..................1圖 14 圖像的邊緣及其導(dǎo)數(shù) ..............................................................................................6圖 21 圖像邊緣檢測的過程 ............................................................................................10圖 22 Prewitt 算法八個算子模板對應(yīng)的邊緣方向 ........................................................14圖 23 Lena 圖像沒有噪聲時經(jīng)典邊緣檢測算法檢測結(jié)果 ...........................................18圖 24 Lena 圖像加高斯噪聲 2(0,.1)???經(jīng)典邊緣檢測算法檢測結(jié)果 ..............19圖 25 Lena 圖像加高斯噪聲 2,.經(jīng)典邊緣檢測算法檢測結(jié)果 ..............20圖 41 Lena 圖像線性濾波邊緣檢測算法檢測結(jié)果 .......................................................30圖 42 Lena 圖像加高斯 噪聲 2(0,.1)???時的檢測結(jié)果 ....................................31圖 43 Lena 圖像加高斯噪聲 線性檢測算法檢測結(jié)果 ....................32圖 51 Lena 圖像和條碼圖像采用本文算法和 canny 算法檢測結(jié)果 ............................381第 一 章 緒 論 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 概 念 與 應(yīng) 用 數(shù) 字 圖 像 處 理 （ Digital Image Processing） 又 稱 為 計 算 機 圖 像 處 理 ， 它是 利 用 計 算 機 和 其 它 高 速 、 大 規(guī) 模 的 集 成 數(shù) 字 硬 件 對 由 光 學(xué) 信 息 轉(zhuǎn) 換 成 的 數(shù) 字信 號 進 行 某 些 數(shù) 字 運 算 或 處 理 ， 期 望 提 高 圖 像 的 質(zhì) 量 達 到 人 們 的 預(yù) 期 結(jié) 果 。從 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 目 標(biāo) 對 象 不 同 ， 圖 像 處 理 可 分 為 以 下 三 種 類 型 ：1) 圖 像 處 理 以 人 為 最 終 信 息 的 接 收 者 ， 其 主 要 目 的 是 改 善 圖 像 的 質(zhì) 量 ， 滿 足人 的 視 覺 心 理 和 實 際 應(yīng) 用 的 要 求 。 系 統(tǒng) 如 圖 11所 示 。 圖像輸入 圖像輸出圖像處理( 增強、復(fù)原、編碼等 )圖 11 以 人 為 最 終 信 息 的 接 收 者 的 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 圖2) 圖 像 處 理 以 機 器 為 對 象 ， 其 目 的 是 使 機 器 或 計 算 機 能 自 動 識 別 目 標(biāo) ， 稱 為圖 像 識 別 。 系 統(tǒng) 如 圖 12所 示 。 圖 12 以 機 器 為 對 象 的 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 圖3) 圖 像 理 解 ： 以 人 和 機 器 為 目 標(biāo) ， 利 用 計 算 機 系 統(tǒng) 解 釋 圖 像 ， 實 現(xiàn) 類 似 人 類視 覺 系 統(tǒng) 理 解 外 部 世 界 的 過 程 ， 被 稱 為 圖 像 理 解 或 計 算 機 視 覺 。 其 正 確 的理 解 要 有 知 識 的 引 導(dǎo) ， 與 人 工 智 能 等 學(xué) 科 有 密 切 聯(lián) 系 。 雖 然 當(dāng) 前 在 理 論 上有 不 小 進 展 ， 但 仍 是 一 個 有 待 進 一 步 探 索 的 領(lǐng) 域 。 系 統(tǒng) 如 圖 13所 示 。圖像預(yù)處理 圖像描述 圖像分析和理解圖 13 以 人 和 機 器 為 目 標(biāo) 的 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 圖圖 像 處 理 的 意 義 不 僅 僅 在 于 滿 足 目 標(biāo) 對 象 ， 它 更 是 一 個 具 有 過 程 性 意 義 的 概念 。 站 在 宏 觀 的 角 度 看 ， 圖 像 處 理 它 是 完 成 某 些 任 務(wù) 的 一 個 系 統(tǒng) ， 從 微 觀 角 度 上看 ， 圖 像 處 理 就 是 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 的 具 體 處 理 過 程 ， 在 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 從 輸 入 到圖 像 預(yù) 處 理 (增 強 、 復(fù) 原 )圖 像分 割特 征提取圖 像分類圖像輸入 圖像識別圖像解釋圖像輸入2實 現(xiàn) 輸 出 的 過 程 中 ， 包 含 著 微 觀 意 義 上 的 圖 像 處 理 操 作 ， 常 見 的 有 以 下 幾 個 方 面 ，1) 點 運 算 ： 主 要 針 對 圖 像 的 像 素 進 行 的 像 素 加 減 乘 除 運 算 ， 圖 像 的 點 運 算可 以 有 效 地 改 變 圖 像 的 直 方 圖 分 布 。2) 幾 何 處 理 ： 主 要 包 括 圖 像 坐 標(biāo) 變 換 ， 即 圖 像 的 放 大 、 縮 小 平 移 、 旋 轉(zhuǎn) 等 ，以 及 圖 像 的 畸 形 校 正 等 。3) 圖 像 增 強 ： 突 出 圖 像 中 的 重 要 信 息 ， 同 時 減 弱 或 去 除 不 需 要 的 信 息 ， 以改 善 圖 像 的 視 覺 效 果 或 便 于 其 識 別 。4) 圖 像 復(fù) 原 ： 根 據(jù) 退 化 模 型 消 除 退 化 因 素 回 復(fù) 原 始 的 圖 像 ， 如 圖 像 去 噪 處理 ， 由 于 運 動 造 成 圖 像 失 真 的 重 建 問 題 。5) 圖 像 編 碼 ： 研 究 圖 像 數(shù) 據(jù) 壓 縮 的 方 法 ， 根 據(jù) 圖 像 的 統(tǒng) 計 特 性 和 人 類 的 視覺 特 性 降 低 圖 像 相 關(guān) 性 ， 去 除 冗 余 信 息 ， 達 到 壓 縮 的 目 的 。6) 圖 像 分 割 ： 根 據(jù) 圖 像 的 某 些 特 征 將 圖 像 劃 分 為 不 同 的 區(qū) 域 ， 以 便 對 圖 像中 的 物 體 進 行 分 析 和 識 別 。7) 圖 像 模 式 識 別 ： 是 圖 像 處 理 中 的 一 個 新 興 研 究 方 向 ， 在 圖 像 分 割 的 基 礎(chǔ)上 進 行 特 征 提 取 ， 對 圖 像 的 內(nèi) 容 進 行 判 別 分 類 。8) 圖 像 的 分 析 和 理 解 ： 在 模 式 識 別 的 基 礎(chǔ) 上 ， 根 據(jù) 圖 像 局 部 內(nèi) 容 的 之 間 的相 關(guān) 性 ， 利 用 有 關(guān) 的 知 識 進 行 聯(lián) 想 推 理 ， 是 圖 像 處 理 的 最 高 層 次 。數(shù) 字 圖 像 處 理 在 計 算 機 科 學(xué) 與 技 術(shù) 發(fā) 展 的 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 的 ， 但 是 它 又 涉 及到 諸 多 學(xué) 科 領(lǐng) 域 ， 包 括 信 息 學(xué) ， 統(tǒng) 計 學(xué) 、 生 物 學(xué) 、 物 理 學(xué) 、 心 理 學(xué) 、 醫(yī) 學(xué) 等 等 。圖 像 處 理 技 術(shù) 已 經(jīng) 在 眾 多 領(lǐng) 域 展 給 人 類 帶 來 了 巨 大 的 經(jīng) 濟 和 社 會 效 益 ， 同 時 它 也在 改 變 著 我 們 的 生 活 和 思 維 方 式 ， 然 而 對 圖 像 處 理 技 術(shù) 的 研 究 絕 沒 有 研 究 到 了 盡頭 ， 無 論 是 在 理 論 研 究 領(lǐng) 域 還 是 正 在 開 辟 的 新 引 用 領(lǐng) 域 都 還 存 在 廣 闊 的 研 究 空 間 。 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 的 發(fā) 展 是 由 廣 泛 的 應(yīng) 用 推 動 的 ， 主 要 應(yīng) 用 在 兩 個 方 面 ， 一方 面 是 為 了 滿 足 人 們 的 視 覺 而 對 原 圖 像 信 息 進 行 改 善 ， 另 一 方 面 是 為 了 讓 機 器 自動 理 解 而 對 圖 像 數(shù) 據(jù) 進 行 的 操 作 處 理 。 20 世 紀 20 年 代 圖 像 處 理 技 術(shù) 首 先 應(yīng) 用于 圖 像 的 遠 距 離 傳 輸 ， 通 過 對 圖 像 數(shù) 據(jù) 進 行 壓 縮 減 少 傳 輸 時 間 ； 到 20 世 紀 50年 代 電 子 計 算 機 已 經(jīng) 發(fā) 展 到 一 定 水 平 ， 人 們 開 始 利 用 計 算 機 來 處 理 圖 形 和 圖 像 信息 ； 20 世 紀 60 年 代 初 圖 像 處 理 技 術(shù) 迅 速 發(fā) 展 ， 逐 漸 圖 像 處 理 成 為 一 門 新 生 的研 究 學(xué) 科 誕 生 了 。 首 次 通 過 圖 像 處 理 獲 得 實 際 成 功 應(yīng) 用 的 是 美 國 噴 氣 推 進 實 驗室 （ JetPropeller Lab， JPL） ， 他 們 對 航 天 探 測 器 徘 徊 者 7 號 在 1964 年 發(fā) 回的 4000 多 千 張 月 球 照 片 使 用 了 圖 像 處 理 技 術(shù) ， 如 幾 何 校 正 、 灰 度 變 換 、 去 除 噪聲 等 方 法 進 行 處 理 ， 由 計 算 機 成 功 地 繪 制 出 月 球 表 面 地 圖 ， 獲 得 了 巨 大 的 成 功 。隨 后 又 對 探 測 飛 船 發(fā) 回 的 近 十 萬 張 照 片 進 行 更 為 復(fù) 雜 的 圖 像 處 理 ， 獲 得 了 月 球 的地 形 圖 、 彩 色 圖 及 全 景 鑲 嵌 圖 ， 獲 得 了 非 凡 的 成 果 。3如 今 ， 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 應(yīng) 用 越 來 越 廣 ， 已 經(jīng) 滲 透 到 宇 宙 探 索 、 通 訊 技 術(shù) 、 電視 電 話 、 衛(wèi) 星 通 訊 、 數(shù) 字 電 視 、 生 物 醫(yī) 學(xué) 、 工 業(yè) 生 產(chǎn) 、 計 算 機 科 學(xué) 、 氣 象 預(yù) 報 、軍 事 技 術(shù) 、 高 能 物 理 、 偵 緝 破 案 、 遙 感 技 術(shù) 及 考 古 等 。 以 下 是 幾 個 常 見 的 應(yīng) 用 方面 。1) 在 遙 感 方 面 的 應(yīng) 用 ， 遙 感 圖 像 在 土 地 測 繪 、 資 源 勘 查 、 氣 象 監(jiān) 測 、 環(huán) 境 污染 監(jiān) 測 、 農(nóng) 作 物 產(chǎn) 量 計 算 ， 農(nóng) 作 物 病 情 防 治 ， 山 林 防 火 等 方 面 的 應(yīng) 用 對 人類 的 發(fā) 展 具 有 深 遠 的 意 義 。2) 在 安 全 保 障 和 公 安 方 面 的 應(yīng) 用 ， 一 些 重 要 的 地 方 安 裝 的 攝 像 頭 實 時 地 拍 攝圖 像 并 進 行 處 理 分 析 ， 如 公 路 上 監(jiān) 測 車 速 裝 置 ， 由 于 運 動 造 成 圖 像 的 失 真 。公 安 部 門 在 調(diào) 查 犯 罪 嫌 疑 人 時 借 助 指 紋 識 別 、 人 臉 識 別 系 統(tǒng) 等 等 ， 辨 別 的標(biāo) 準 主 要 來 自 圖 像 的 結(jié) 果 。3) 在 工 業(yè) 檢 測 上 的 應(yīng) 用 ： 利 用 圖 像 處 理 可 以 對 工 業(yè) 器 件 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 分 析 、 失效 分 析 可 可 靠 性 分 析 進 行 篩 選 。 通 過 對 破 損 公 路 路 面 圖 像 處 理 可 以 提 供 給指 揮 中 心 路 面 的 破 損 狀 況 ， 更 高 效 地 排 除 故 障 ， 利 用 圖 象 處 理 可 以 在 較 短的 時 間 內(nèi) 更 精 確 地 對 流 水 線 上 的 零 件 進 行 監(jiān) 測 。 4) 在 軍 事 方 面 的 應(yīng) 用 ， 軍 事 指 揮 中 心 進 行 實 時 跟 蹤 高 精 度 制 導(dǎo) 武 器 ， 高 精 度制 導(dǎo) 武 器 往 往 失 之 毫 厘 ， 繆 里 千 里 ， 這 對 圖 像 處 理 精 度 和 速 度 要 求 都 非 常高 ， 同 時 還 可 以 用 在 軍 事 偵 察 方 面 。5) 在 醫(yī) 學(xué) 上 的 應(yīng) 用 ， 圖 像 處 理 在 醫(yī) 學(xué) 界 的 應(yīng) 用 非 常 廣 泛 ， 它 具 有 直 觀 、 無 創(chuàng)傷 、 安 全 方 便 等 特 點 ， 在 臨 床 診 斷 和 病 理 研 究 中 都 廣 泛 借 助 圖 像 處 理 。 如采 用 CT(puted Tomography)技 術(shù) 可 以 協(xié) 助 醫(yī) 療 診 斷 ， 癌 細 胞 識 別 等 。6) 在 通 訊 方 面 的 應(yīng) 用 ， 目 前 網(wǎng) 絡(luò) 上 多 媒 體 業(yè) 務(wù) 占 整 個 通 訊 業(yè) 務(wù) 流 量 的 比 例 越來 越 大 ， 如 可 視 電 話 ， 視 頻 點 播 等 ， 其 主 要 數(shù) 據(jù) 成 分 是 數(shù) 據(jù) 量 大 ， 占 用 帶寬 多 圖 像 ， 這 就 需 要 對 圖 像 進 行 壓 縮 編 碼 ， 提 高 傳 輸 效 率 。7) 在 公 共 服 務(wù) 方 面 的 應(yīng) 用 ， 影 視 業(yè) 、 娛 樂 、 廣 告 ， 基 于 內(nèi) 容 的 圖 像 檢 索 等 。 8) 數(shù) 字 圖 像 處 理 經(jīng) 歷 了 一 系 列 階 段 發(fā) 展 日 漸 成 熟 ， 應(yīng) 用 的 廣 度 滲 透 到 各 個 領(lǐng)域 ， 它 的 發(fā) 展 和 應(yīng) 用 對 現(xiàn) 代 化 進 程 的 推 進 起 著 重 大 的 作 用 。 人 類 需 求 的 發(fā)展 及 多 學(xué) 科 的 交 叉 融 合 ， 給 圖 象 處 理 發(fā) 展 提 供 者 強 大 的 動 力 。 邊 緣 檢 測 研 究 的 背 景 和 意 義圖 像 是 人 類 相 互 交 流 和 認 識 客 觀 世 界 的 主 要 媒 體 。 科 學(xué) 研 究 和 統(tǒng) 計 表 明 ， 視覺 系 統(tǒng) 幫 助 人 類 從 外 界 獲 得 75%以 上 的 信 息 ， 而 圖 像 帶 給 我 們 的 正 是 視 覺 世 界 中的 所 有 信 息 。 視 覺 信 息 所 獲 得 的 客 觀 作 用 是 其 他 信