数字图像处理(整理)

1.1 图像与图像处理的概念

图像(Image)： 使用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视觉的实体。包括：

·各类图片，如普通照片、X光片、遥感图片；

·各类光学图像，如电影、电视画面；

·客观世界在人们心目中的有形想象以及外部描述，如绘画、绘图等。

数字图像：为了能用计算机对图像进行加工，需要把连续图像在坐标空间和性质空间都离散化，这种离散化了的图像是数字图像。

图像中每个基本单元叫做图像的元素，简称像素（Pixel）。

数字图像处理（Digital Image Processing）：是指应用计算机来合成、变换已有的数字图像，从而产生一种新的效果，并把加工处理后的图像重新输出，这个过程称为数字图像处理。也称之为计算机图像处理（Computer Image Processing）。

1.2 图像处理科学的意义

1.图像是人们从客观世界获取信息的重要来源

·人类是通过感觉器官从客观世界获取信息的，即通过耳、目、口、鼻、手通过听、看、味、嗅和接触的方式获取信息。在这些信息中，视觉信息占70％。

·视觉信息的特点是信息量大，传播速度快，作用距离远，有心理和生理作用，加上大脑的思维和联想，具有很强的判断能力。

·人的视觉十分完善，人眼灵敏度高，鉴别能力强，不仅可以辨别景物，还能辨别人的情绪。

2.图像信息处理是人类视觉延续的重要手段

非可见光成像。如：γ射线、X射线、紫外线、红外线、微波。利用图像处理技术把这些不可见射线所成图像加以处理并转换成可见图像，可对非人类习惯的那些图像源进行加工。

3.图像处理技术对国计民生有重大意义

图像处理技术发展到今天，许多技术已日益趋于成熟，应用也越来越广泛。它渗透到许多领域，如遥感、生物医学、通信、工业、航空航天、军事、安全保卫等。

1.3 数字图像处理的特点

1. 图像信息量大

每个像素的灰度级至少要用6bit（单色图像）来表示，一般采用8bit（彩色图像），高精度的可用12bit或16bit。

一般分辨率的图像像素为256×256、 512×512 256×256×8=64kB 512×512×8=256kB

高分辨率图像像素可达1024×1024、2048×2048

1024×1024×8＝1MB 2048×2048×8＝4MB

如：X射线照片一般用64到256kB的数据量 一幅遥感图像3240×2340×4≈30Mb

2. 图像处理技术综合性强

一般来说涉及通信技术、计算机技术、电视技术、电子技术，至于涉及到的数学、物理学等方面的基础知识就更多。

3.图像信息理论与通信理论密切相关

图像理论是把通信中的一维问题推广到二维空间上来研究的。

通信研究的是一维时间信息，时间域和频率域的问题。任何一个随时间变化的波形都是由许多频率不同、振幅不同的正弦波组合而成的。

图像研究的是二维空间信息，研究的是空间域和空间频率域（或变换域）之间的关系。任何一幅平面图像是由许多频率、振幅不同的X-Y方向的空间频率波相叠加而成。

1.4 数字图像处理的主要方法

1.空域法

把图像看作是平面中各个像素组成的集合，然后直接对这一二维函数进行相应的处理。主要有两大类：

· 域处理法：包括梯度运算，拉普拉斯算子运算，平滑算子运算和卷积运算。

· 点处理法：包括灰度处理，面积、周长、体积、重心运算等等。

2.变换域法

数字图像处理的变换域处理方法是首先对图像进行正交变换，然后在施行各种处理，处理后再反变换到空间域，得到处理结果。 包括滤波、数据压缩、特征提取等处理。

1.5 数字图像处理的主要内容

完整的数字图像处理系统大体上可分为如下几个方面：

1.图像的信息的获取（Image information acquisition）

把一幅图像转换成适合输入计算机和数字设备的数字信号。需要两个部件以获取数字图像：

(1)物理设备，该设备对我们希望成像的物体发射的能量很敏感。

(2)数字化器，是一种把物理感知装置的输出转化为数字形式的设