緒論

1.1 圖像和圖像處理

1.1.1 圖像

“圖”是物體透射或反射光的分布,是客觀存在的。“像”是人的視覺系統對圖在大腦中形成的印象或認識，是人的感覺。圖像是圖和像的有機結合，既反映物體的客觀存在，又體現人的心理因素;圖像也是對客觀存在的物體的一種相似性的生動模仿或描述。或者說圖像是客觀對象的一種可視表示,它包含了被描述對象的有關信息。人們在工作或日常生活中會經常見到圖像,比如紅外圖像、雷達圖像、醫學圖像、照片、繪畫、動畫、電視畫面等都是圖像的最直接的例子,它是人們最主要的信息源。據統計,人類從外界獲取的信息中約有75%來自視覺，即以圖像的形式獲取。人們常說“百聞不如一見”“一目了然”都說明了這個事實。人們可以通過各種觀測系統從被觀察的場景獲得圖像。觀測系統有照相機和攝像機、顯微圖像攝像系統、衛星多光譜掃描成像系統、合成孔徑雷達成像系統、醫學成像系統(超聲成像系統、磁共振成像系統等)等。從觀測系統所獲取的圖像可以是靜止的,如照片、繪畫、醫學顯微圖片等;也可以是運動的，如飛行物、心臟圖像等視頻圖像;還可以是三維(3D)的，大部分裝置都將3D客觀場景投影到二維(2D)像平面,所得圖像是2D的;圖像可以是黑白的，也可以是彩色的。根據圖像空間坐標和幅度(亮度或色彩)的連續性可分為模擬(連續)圖像和數字圖像。模擬圖像是空間坐標和幅度都連續變化的圖像,而數字圖像是空間坐標和幅度均用離散的數字(一般是整數)表示的圖像。

1.1.2 圖像處理

圖像處理就是對圖像信息進行加工處理和分析，以滿足人的視覺心理需要和實際應用或某種目的（如壓縮編碼或機器識別）的要求，圖像處理可分為以下三類。

1.模擬圖像處理

模擬圖像處理也稱光學圖像處理,它是利用光學透鏡或光學照相方法對模擬圖像進行的處理。光學圖像處理方法歷史已久,并在20世紀60年代激光全息技術出現后,得到了進一步的發展。該方法具有實時性強、速度快、處理信息量大、分辨率高等優點。但是處理精度低，靈活度差，難有判斷功能。從60年代起,隨著計算機技術的發展和廣泛應用，數字圖像處理誕生并得到了迅速的發展。

2.數字圖像處理

數字圖像處理就是利用計算機對數字圖像進行處理。隨著計算機和多媒體技術的迅速發展和普及，數字圖像處理技術受到了空前廣泛的重視，出現了許多新的應用領域和新的處理方法。它具有精度高、處理內容豐富、方法易變、靈活度高等優點。但是它的處理速度受到計算機和數字器件的限制, -般也是串行處理,因此處理速度較慢。

3.光電結合處理

光電結合處理是用光學方法完成運算量巨大的處理(如頻譜變換等),而用計算機對光學處理結果(如頻譜)進行分析判斷等。該方法是前兩種方法的有機結合,它集結了二者的優點。光電結合處理是今后圖像處理的發展方向，也是一個值得關注的研究方向。隨著集成光學的發展和光電結合的應用，在光學計算機出現以后,圖像處理技術將會有全新的巨大突破。

1.1.3 圖像的表示

1.圖像的數學表示

任何一幅圖像都可看作是由無數個很小的光點組成的光強度集合,因此用數學方法描述一幅圖像時,常考慮它的點的性質。一幅圖像所包含的信息首先表現為光的強度(intensity),即一幅圖像可看成是空間各個坐標點上的光強度I的集合。
空間坐標、波長、時間

平面上靜止的灰度圖像，I=f(x,y)，運動圖像可用（靜止）圖像序列表示，彩色圖像可分解為三基色圖像，三維圖像可由二維重建。

2.圖像的特點

空間有界

幅度（強度）有限

1.2 數字圖像處理的步驟和方法

1.2.1 數字圖像處理的基本步驟

1.圖像信息的獲取

2.圖像信息的存儲

3.圖像信息的處理

4.圖像信息的傳輸

5.圖像的輸出和顯示

1.2.2 數字圖像處理的內容和方法

1.圖像數字化

數字圖像處理的基礎，包括采樣和量化

2.圖像變換

為了便于在頻域對圖像進行更有效的處理，需要對圖像信息進行變換。根據圖像的特點,一般采用正交變換,諸如傅里葉變換、沃爾什-哈達碼變換、離散余弦變換、KL變換、小波變換等,以改變圖像的表示域和圖像數據的排列形式,有利于圖像增強或壓縮編碼。

3.圖像增強

圖像增強是增強圖像中的有用信息,削弱干擾和噪聲,提高圖像的清晰度,突出圖像中所感興趣的部分。一方面用以改善人們的視覺效果,另一方面便于人或機器分析、理解圖像內容。它主要包括灰度增強、圖像平滑、銳化、同態增晰、彩色增強等。

4.圖像恢復（復原）

圖像恢復(復原)是對退化的圖像進行處理,使處理后的圖像盡可能地接近原始的圖像。所謂退化圖像是指由于各種原因(設備問題、周圍環境、干擾等)使原清晰圖像變模糊或使原圖像未達到應有質量而形成的降質圖像。它主要包括退化模型的表示、退化系統的模型及參數的確定、無約束恢復、有約束最小二乘恢復、頻域恢復方法、圖像的幾何畸變校正、超分辨率圖像復原方法等。

5.圖像壓縮編碼

由于圖像中通常存在冗余,數據量大,不利于傳輸、處理和存儲,所以需要對待處理圖像進行壓縮編碼,以減少描述圖像的數據量。壓縮可以在不失真的前提下進行,也可以在允許的失真條件下進行。前者解壓后可無失真地得到原圖像信息, 稱為無損壓縮編碼;而后者只能得到原圖像的近似，稱為有損壓縮編碼。

6.圖像分割

7.圖像分析與描述

8.圖像識別分類

1.3 數字圖像處理系統的組成

1.4 數字圖像處理的主要應用

1.宇宙探測

2.通信方面

3.遙感方面

4.生物醫學領域

5.工業生產

6.軍事公安

7.天氣預報

8.考古和文物保護

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数字图像处理 第一章 概述的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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