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(jué)系統(tǒng)對(duì)圖在大腦中形成的印象或認(rèn)識(shí)，是人的感覺(jué)。圖像是圖和像的有機(jī)結(jié)合，既反映物體的客觀存在，又體現(xiàn)人的心理因素;圖像也是對(duì)客觀存在的物體的一種相似性的生動(dòng)模仿或描述。或者說(shuō)圖像是客觀對(duì)象的一種可視表示,它包含了被描述對(duì)象的有關(guān)信息。人們?cè)诠ぷ骰蛉粘Ｉ钪袝?huì)經(jīng)常見(jiàn)到圖像,比如紅外圖像、雷達(dá)圖像、醫(yī)學(xué)圖像、照片、繪畫(huà)、動(dòng)畫(huà)、電視畫(huà)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(jù)統(tǒng)計(jì),人類從外界獲取的信息中約有75%來(lái)自視覺(jué)，即以圖像的形式獲取。人們常說(shuō)“百聞不如一見(jiàn)”“一目了然”都說(shuō)明了這個(gè)事實(shí)。人們可以通過(guò)各種觀測(cè)系統(tǒng)從被觀察的場(chǎng)景獲得圖像。觀測(cè)系統(tǒng)有照相機(jī)和攝像機(jī)、顯微圖像攝像系統(tǒng)、衛(wèi)星多光譜掃描成像系統(tǒng)、合成孔徑雷達(dá)成像系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)(超聲成像系統(tǒng)、磁共振成像系統(tǒng)等)等。從觀測(cè)系統(tǒng)所獲取的圖像可以是靜止的,如照片、繪畫(huà)、醫(yī)學(xué)顯微圖片等;也可以是運(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(jù)圖像空間坐標(biāo)和幅度(亮度或色彩)的連續(xù)性可分為模擬(連續(xù))圖像和數(shù)字圖像。模擬圖像是空間坐標(biāo)和幅度都連續(xù)變化的圖像,而數(shù)字圖像是空間坐標(biāo)和幅度均用離散的數(shù)字(一般是整數(shù))表示的圖像。

1.1.2 圖像處理

圖像處理就是對(duì)圖像信息進(jìn)行加工處理和分析，以滿足人的視覺(jué)心理需要和實(shí)際應(yīng)用或某種目的（如壓縮編碼或機(jī)器識(shí)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(xué)圖像處理,它是利用光學(xué)透鏡或光學(xué)照相方法對(duì)模擬圖像進(jìn)行的處理。光學(xué)圖像處理方法歷史已久,并在20世紀(jì)60年代激光全息技術(shù)出現(xiàn)后,得到了進(jìn)一步的發(fā)展。該方法具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、速度快、處理信息量大、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字圖像處理誕生并得到了迅速的發(fā)展。

2.數(shù)字圖像處理

數(shù)字圖像處理就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理。隨著計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，數(shù)字圖像處理技術(shù)受到了空前廣泛的重視，出現(xiàn)了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域和新的處理方法。它具有精度高、處理內(nèi)容豐富、方法易變、靈活度高等優(yōu)點(diǎn)。但是它的處理速度受到計(jì)算機(jī)和數(shù)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(jié)合處理

光電結(jié)合處理是用光學(xué)方法完成運(yùn)算量巨大的處理(如頻譜變換等),而用計(jì)算機(jī)對(duì)光學(xué)處理結(jié)果(如頻譜)進(jìn)行分析判斷等。該方法是前兩種方法的有機(jī)結(jié)合,它集結(jié)了二者的優(yōu)點(diǎn)。光電結(jié)合處理是今后圖像處理的發(fā)展方向，也是一個(gè)值得關(guān)注的研究方向。隨著集成光學(xué)的發(fā)展和光電結(jié)合的應(yīng)用，在光學(xué)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后,圖像處理技術(shù)將會(huì)有全新的巨大突破。

1.1.3 圖像的表示

1.圖像的數(shù)學(xué)表示

任何一幅圖像都可看作是由無(wú)數(shù)個(gè)很小的光點(diǎn)組成的光強(qiáng)度集合,因此用數(shù)學(xué)方法描述一幅圖像時(shí),常考慮它的點(diǎn)的性質(zhì)。一幅圖像所包含的信息首先表現(xiàn)為光的強(qiáng)度(intensity),即一幅圖像可看成是空間各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)上的光強(qiáng)度I的集合。
空間坐標(biāo)、波長(zhǎng)、時(shí)間

平面上靜止的灰度圖像，I=f(x,y)，運(yùn)動(dòng)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(diǎn)

空間有界

幅度（強(qiáng)度）有限

1.2 數(shù)字圖像處理的步驟和方法

1.2.1 數(shù)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(chǔ)

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(shù)字圖像處理的內(nèi)容和方法

1.圖像數(shù)字化

數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)，包括采樣和量化

2.圖像變換

為了便于在頻域?qū)D像進(jìn)行更有效的處理，需要對(duì)圖像信息進(jìn)行變換。根據(jù)圖像的特點(diǎn),一般采用正交變換,諸如傅里葉變換、沃爾什-哈達(dá)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(shù)據(jù)的排列形式,有利于圖像增強(qiáng)或壓縮編碼。

3.圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是增強(qiáng)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(jué)效果,另一方面便于人或機(jī)器分析、理解圖像內(nèi)容。它主要包括灰度增強(qiáng)、圖像平滑、銳化、同態(tài)增晰、彩色增強(qiáng)等。

4.圖像恢復(fù)（復(fù)原）

圖像恢復(fù)(復(fù)原)是對(duì)退化的圖像進(jìn)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(shè)備問(wèn)題、周圍環(huán)境、干擾等)使原清晰圖像變模糊或使原圖像未達(dá)到應(yīng)有質(zhì)量而形成的降質(zhì)圖像。它主要包括退化模型的表示、退化系統(tǒng)的模型及參數(shù)的確定、無(wú)約束恢復(fù)、有約束最小二乘恢復(fù)、頻域恢復(fù)方法、圖像的幾何畸變校正、超分辨率圖像復(fù)原方法等。

5.圖像壓縮編碼

由于圖像中通常存在冗余,數(shù)據(jù)量大,不利于傳輸、處理和存儲(chǔ),所以需要對(duì)待處理圖像進(jìn)行壓縮編碼,以減少描述圖像的數(shù)據(jù)量。壓縮可以在不失真的前提下進(jìn)行,也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。前者解壓后可無(wú)失真地得到原圖像信息, 稱為無(wú)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(shí)別分類

1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成

1.4 數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用

1.宇宙探測(cè)

2.通信方面

3.遙感方面

4.生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

5.工業(yè)生產(chǎn)

6.軍事公安

7.天氣預(yù)報(bào)

8.考古和文物保護(hù)

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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