数字图像处理第一章

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1、数字图像处理甘肃工业大学於时才2第一章绪论第一章绪论图像处理即数字图像处理（DigitalImageProcessing），又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。处理过程主要包括：图像的采集、获取、编码、存储、显示输出和传输；图像的变换、增强、恢复（复原）和重建；图像的编辑修改、分割、融合、隐藏；图像的特征的提取、识别及其解释和理解等。图像处理是从60年代以来随计算机的技术和VLSI的发展而产生、发展和不断成熟起来的一个新技术领域，理论上和实际应用上都并取得了巨大的成就。1.1图像处理的发展历程图像处理最早出现于50

2、年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。1964年美国JPL实验室处理卫星发射回来的月球表面的照片，用计算机进行图像复原，以改善图像的质量；--图像复原的研究和发展。1970年代处理地球卫星获取的遥感图片，进行地质资源探测，农作物估产，水文气象监测等;--图像增强和图像识别的研究和发展。1971年X光断层图像重构技术，英国G.N.Hounsfield第一台脑断层摄象仪应用，1979年因此获

3、诺贝尔奖。图像重构的研究和发展。（ComputerTomograph）1.1图像处理的发展历程70年代末，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域。80年

4、代末和90年代，高速计算机和大规模集成电路的发展，使图像处理技术更趋成熟：图像压缩和多媒体技术的突破和发展；全球通讯技术的蓬勃发展，使图像通讯和传输的广泛应用，各图像处理技术取得广泛的开拓性的发展，进入成熟应用阶段。1.2图像处理的应用领域遥感图像处理：用于地质、森林、海洋资源探测；农作物估产、灾害估计;水文、气象监测；卫星云图分析处理；天气预报等；。生物医学图像处理：断层图像重构(ComputerTomographCT)；MRI（核磁共振）；X光透视及X光片；B超体内病变检测；各种细胞自动计数、自动检测和识别；染色体的分析；虚拟人体等。1.2图像处理的应用领域

5、不完整图片的复原，图像检索，数字图书馆等。电视画面的数字编辑、数字特技。动画制作。图像通讯和传输：数字电视、高清析度电视(HDTV)、多媒体信息处理；可视电话、会议电视等，数字图像压缩，特别是运动图像的压缩，图像压缩的研究和标准（JPEG，MPEG，H.261,等）机器人视觉：水下机器人；自动化生产线；无人驾驶汽车等。1.2图像处理的应用领域3S系统与图像处理“三S”是指：全球定位(GPS)系统航空航天遥感(RS)系统地理信息系统(GIS)系统利用3S系统可以实现航空航天遥感信息的直接对地定位、测量、成图、分析等。亦可用于侦察、跟踪、制导等军事用途。由于3S技

6、术可以达到很高的分辨率（时间、空间、温度、波长），可以获得很好的效果。地理信息系统(GIS)系统可以借助GPS和RS的测量与定位结果实现“数字地球”。图像处理最先应用于空间探索阿波罗号登月地球资源勘探气象云图气象预报遥感图片卫星图像细胞自动计数CT、MRI与PET超声图像3D图像红外图像工业应用（无损探伤）军事应用目标跟踪军事应用隐形飞机、定位轰炸军事应用军事应用指纹分析图像恢复图像恢复图像（三维）重建图像增强数字特技计算机合成图像广告设计动画变形动画（猫变虎）图像增强1.2图像处理的应用领域图像工程：我们把对图像和它们的处理技术进行综合研究和集成应用，这个工作

7、的框架就形成了图像工程。图像工程学科是将数学、光学等基础科学的原理，结合在图像应用中积累的技术经验而发展起来的。图像工程的内容非常丰富，根据抽象程度和研究方法等的不同可分为三个层次(见下图)：图像处理；图像分析；图像理解。1.2图像处理的应用领域图像工程：1.3图像处理的基本特点及其优越性图像信息大多是二维信息，信息量很大。如要处理30帧/秒的电视图像序列，则每秒要求处理22.5Mbit数据量。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。图像处理占用的频带较宽。如电视图像的带宽约5.6MHz，而语音带宽仅为4kHz左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环

8、节的实现上，技术难度较大