信号与图像处理基础 An Introduction to Signal and Image Processing 中国科学技术大学 自动化系 中国科学技术大学 自动化系 曹 洋

课程介绍 主讲教师：曹洋 课程主页： 助教： 尹忠诚 办公室时间： 联系方式：forrest@ustc.edu.cn http://home.ustc.edu.cn/~yzc101/SIP/ 助教： 尹忠诚 联系方式： yzc101@mail.ustc.edu.cn 办公室时间： 科技楼西楼303房间，周三下午4点-6点

课程介绍 参考教材 数字图像处理，电子工业出版社，Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods著，第二版，阮秋琦等译

Basics of image processing FT Properties and Convolution Schedule 3.1 (3 lectures) Introduction 4.19 Adaptive Filters 3.8 Basics of image 4.26 Image restoration 3.15 Basics of image processing 5.3 Wavelet Analysis I 3.21 FT Properties and Convolution 5.10 Wavelet Analysis II 3.28 Spatial Filters 5.17 Image Compression I 4.5 (Holiday) Enjoy Your Time 5.24 (2 lectures+ 1 lecture) Image Compression II + Review I 4.12 Frequency Filters 5.31 (1 lecture) Review II

考核方式 课堂测验（20%） 大作业（30%） 期末考试（50%） 基本概念、简单计算等 编程实现（In Matlab) Sharing code is not permitted!!! 提交报告和代码 期末考试（50%） 闭卷考试，（基本概念，算法，原理）

信号与图像处理基础 Introduction 中国科技大学 自动化系 曹 洋

信号与系统：Signals and Systems Signal: a function carrying information Describe a system (physical, mathematical, or computational) by the way it transforms an input signal into an output signal

信号与系统：Signals and Systems Signal: a function carrying information Describe a system (physical, mathematical, or computational) by the way it transforms an input signal into an output signal

Example System: 水箱 Formulate a mathematical description of this system. What determines the leak rate?

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Example System: 水箱 Assume linear leaking: What determines the height h1(t)?

Example System: 水箱 Assume linear leaking: Assume water is conserved: Solve:

Example System: 水箱 Call the constant of proportionality Then τ is called the time constant of the system.

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Example System: 水箱 Formulate a mathematical description of this system. Assume that the tank is initially empty, and then water enters at a constant rate r0(t)=1. Determine the output rate r1(t). Please explain the shape of this curve mathematically.

Example System: 水箱 Formulate a mathematical description of this system. Assume that the tank is initially empty, and then water enters at a constant rate r0(t)=1. Determine the output rate r1(t). Please explain the shape of this curve physically.

Another example system Although derived for a leaky tank, this sort of model can be used to represent a variety of physical systems. Water accumulates in a leaky tank. Charge accumulates in a capacitor. analogous to

信号与系统：广泛的应用 The Signals and Systems approach has broad application: electrical, mechanical, optical, acoustic, biological, financial, ...

信号与系统：Signals and Systems Signal: a function carrying information Describe a system (physical, mathematical, or computational) by the way it transforms an input signal into an output signal

信号与系统：Signals and Systems Signal: a function carrying information independent variable = time dependent variable = voltage, flow rate, sound pressure

信号与图像 什么是信号？ “信”是指存在的信息， “号”是产生、传递信息的方式和手段。 什么是图像？ 图像也是一种信号。 “像”是物体投射或反射光的分布， “图”是人的视觉系统对图的接受在大脑中形成的印象或反映。

信号与图像 图像的特点 客观和主观的结合 信息量大 百闻不如一见 人类从外界获取的信息约有80%是通过图像方式得到的 光学特性 认知科学以及神经生理学 信息量大 百闻不如一见 人类从外界获取的信息约有80%是通过图像方式得到的

图像处理领域的发展现状 迅猛发展ing • 计算机技术的发展和通信手段的发展提供客观可能；以FFT为代表的数字信号处理算法和现代信号处理方法的精确性，灵活性与通用性。 • 数学化的特点是该学科成熟的一个标志。“一种科学只有在成功地运用数学时，才算真正达到了完美的地步” • 图像处理是一门在理论研究和应用开发两方面获得极大统一的学科。

图像处理领域的发展趋势 结合网络和Internet技术需求而发展起来的新技术，比如网上图像、视频的传输、点播和新的浏览、查询手段。 高级图像处理技术，结合最新的数学进展，诸如小波、分形、形态学等技术。 智能化，图象自动分析、识别与理解。

课程内容 绪论 数字图像基础 数字图像处理基础 傅立叶分析 数字滤波 自适应滤波 小波分析 图像压缩

数字图像基础 成像模型 彩色图像

数字图像基础 成像模型

数字图像基础 成像模型

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数字图像基础 彩色图像

数字图像基础 彩色图像 三元色 颜色模型 颜色空间

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数字图像处理基础 图像结构 图像的空间变换 图像的亮度变换

数字图像处理基础 图像结构

数字图像处理基础 图像的空间变换 Similarity (translation, scale, rotation) Affine Projective (homography)

数字图像处理基础 图像的亮度变换

傅立叶分析 傅立叶变换 傅里叶变换性质 卷积

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傅立叶分析 二维傅里叶变换性质

傅立叶分析 卷积

数字滤波 卷积与滤波 空域滤波 频域滤波

数字滤波 卷积与滤波

数字滤波 空域滤波

数字滤波 频域滤波 低通滤波 高通滤波

自适应滤波 维纳滤波 最小二乘滤波 图像复原

自适应滤波 维纳滤波

自适应滤波 图像复原

自适应滤波 图像复原

小波分析 多尺度空间 小波变换

小波分析 多尺度空间

小波分析 小波变换

小波分析 小波变换 (a) 原始图像 (b) 1/4分辨率图像 (c) 1/16分辨率图像 (d) 1/64分辨率图像

图像压缩 基本原理 编码算法 JPEG

图像压缩 编码算法

图像压缩 JPEG

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