1、数字图像处理 （Digital Image Processing）,数字图像处理与模式识别研究所山东科技大学信息与电气工程学院,第八章 数字图像技术应用系统设计,8.1 引言 8.2 数字图像技术应用系统 8.3 在线玻璃瓶口缺陷检测系统设计8.3.1 基于视频的图像获取8.3.2 缺陷检测识别 8.4 指纹识别系统设计8.4.1 指纹图像获取8.4.2 指纹分类8.4.3 指纹识别 8.5 无线视频监控系统设计8.5.1 图像通信系统的基本构成8.5.2 无线视频监控系统的设计8.5.3 系统实现,8.2 数字图像技术应用系统,数字图像应用系统设计要结合应用要求，综合考虑图像获取、图像处理、
2、图像识别、系统控制等技术。从系统结构设计考虑，主要流程包括：（1）图像获取设备的选取，包括多个成像设备的组网（如图8.1）、光照系统的设置等；（2）图像处理，包括去噪、增强、压缩、传输等；（3）图像识别，包括特征提取与模式分类；（4）系统控制，包括报警、筛选等。在算法的选择上，还要考虑系统对时间和精度的要求。,16路多传感器视频监控系统结构图,8.3 在线玻璃瓶口缺陷检测系统设计,在线检测广泛用于草莓、大米、火腿肠塑料包装、玻璃瓶等的在线检测。玻璃瓶生产过程中，玻璃瓶会出现裂纹、缺损、气泡等缺陷。玻璃瓶生产流水线最大生产速率为200瓶/分钟，玻璃瓶在生产线上无旋转，呈近似匀速直线运动，瓶间距基
3、本相等，允许有空缺位置（如倒瓶等）。,在线玻璃瓶口缺陷检测系统组成图,8.3.1 基于视频的图像获取,系统由位于流水线两端的两个顶拍摄像机（4）和遮光箱内的六个俯拍摄像机（1，2，3），两个剃瓶器和一个旋转电机构成，如下图所示。,系统结构示意图,8.3.2 缺陷检测识别,玻璃瓶口缺陷识别包括俯拍图像识别、顶拍图像识别两个部分，识别算法主要包括三部分：图像定位、缺陷提取和缺陷识别。,封锁环横裂纹及处理后图像,（a）原始图像 （b）梯度二值化图像顶拍图像缺陷检测,瓶口极坐标图像,去直线后瓶口图像 缺陷识别结果,8.4 指纹识别系统设计,8.4.1 指纹图像获取 8.4.2 指纹分类 8.4.3 指
4、纹识别,生物识别技术比较,常用的指纹识别系统主要包括指纹图像获取、指纹图像增强、指纹特征提取、指纹匹配四个部分。,8.4.1 指纹图像获取,获取指纹图像的途径有两种：印泥按捺、活体扫描。 按捺指纹是一种早期的获取指纹的方式：在手指上均匀地涂抹印泥，然后在白纸上滚动，就可以得到比较清晰的滚动指纹图像。传统的指纹卡，就包括了全部十指的滚动指纹图。滚动指纹图像经扫描仪或视频相机录入、数字化后，存储在磁盘或光盘中。 活体扫描指纹是直接从个体获得指纹图像。它采用传感机制感知指纹的脊和沟的纹理，无须经过中间数字化过程，速度快且容易控制。目前得到应用的方法有：1）光全反射；2）超声全反射；3）温差感应；4）
5、电容感应等。活体扫描指纹与滚动指纹图不同，它仅仅获得与传感器表面接触的那一部分脊和沟的图像。,8.4.2 指纹分类,传统上，依据指纹图的全局模式信息，可以将指纹分为五类：旋，左箕，右箕，弓，尖弓。指纹分类方法必须具备旋转、平移不变性并对指纹变形等不敏感。 分类算法一般都是基于奇异点的分布形态，这种算法容易用计算机程序描述，比较容易实现。奇异点有两种：中心点和三角区，用来标识指纹的宏特征。基于奇异点的分类算法本质是把指纹的“宏特征”用寻找奇异点的方法找出来，并用奇异点表示。,所谓“宏特征”，是指脊线的一种特定结构，如下图所示：,（a）中心点 （b）三角区,（a）弓 （b）尖弓 （c）左箕,（d）
6、右箕 （e）斗,奇异点分布与指纹类别的关系,(a)细节举例 （b）细节特征,一般来说，要判断两枚指纹是否采自同一个手指，必须经过下面三个过程：(1) 首先进行全局模式比对，即判断这两枚指纹是否属于同一个类别。(2) 接着做模式校准，通过定位参考点找出两枚指纹的平移和旋转关系。(3) 最后进行细节的匹配，在两枚指纹的有效区内，根据细节点的特征和相互关系找出对应细节点的数目，计算匹配分数并做出判决。其细节点特征提取一般采用基于二值细化图像的方法，先将增强后指纹图像二值化提取出脊线轮廓，然后用形态学方法将其细化，得到脊骨架，最后在细化后的图像上寻找脊末梢和脊分叉点。,指纹特征提取算法流程图,算法步骤
7、如下： (1) 方向场估计：将指纹纹理看作是一种有向的流场，即指纹的方向场，可以很容易地确定出有着明确脊结构的指纹图像区域(感兴趣区域)。 (2) 脊线提取：指纹灰度图像中，在沿着垂直于局部方向场的方向，脊结构有局部极值，依据此特性，相应的像素就可以被标定为脊线或沟线，进行二值化处理。 (3) 细节提取：二值指纹图像经细化后，得到单像素的脊线骨架。考察每个像素的八邻域，如果满足一定的条件就可以判断是细节点。一种细节提取算法作用于NIST.4。 (4) 细节点后处理：从上面步骤提取出的指纹细节特征往往包含了很多的伪特征，还需一定的后处理，对特征进行过滤筛选。事实上，指纹细节的出现往往都遵循一定的
8、规则，人们可以利用这些启发性规则来纠正错误细节。,（a）输入增强图 （b）脊线图 （c）脊线骨架和细节,指纹特征点的局部细节信息,8.5 无线视频监控系统设计,8.5.1 图像通信系统的基本构成 8.5.2 无线视频监控系统的设计 8.5.3 系统实现,目前的压缩传输技术已有飞速的发展，产生了许多新的应用，如（1）数字电视：演播、传输、接收，制作、存档、检索、编辑、交换全数字化，交互式（ITV，VOD），多媒体，能在有限带宽内提供更多的电视节目、提供更高的图像质量（HDTV）、提供上网等新的业务；（2）电视会议：提供更高的图像质量；（3）可视电话：（4）网络多媒体：多媒体信息浏览、检索；（5）移动多媒体：低码率，低功耗，小体积、低成本。 关键问题主要有：摄像机、显示器；视频信号的有效存储和传输；传输体制；传输带宽和比特率要求。,图像通信系统的几种模型图,8.5.1 图像通信系统的基本构成,8.5.2 无线视频监控系统的设计,系统硬件结构框图,8.5.3 系统实现,1. 视频采集模块 2. 主处理器模块 3. 协处理器模块 4. 存储器 5. 无线传输模块,
