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1、第 一 章 概 論 數(shù) 字 圖 像 處 理吳 慶 陽 第 一 章 概 論 教 學 內(nèi) 容 圖 像 處 理 是 計 算 機 科 學 與 技 術(shù) 的 一 門 專 業(yè) 課 ， 主 要 講授 圖 像 處 理 的 數(shù) 字 處 理 技 術(shù) ， 包 括 處 理 、 分 析 與 變 換的 基 本 理 論 、 方 法 和 技 術(shù) 。 分 為 三 個 部 分 ： 第 一 部 分 講 述 數(shù) 字 圖 像 的 基 本 知 識 和 圖 像 線 性 變 換 ； 第 二 部 分 講 述 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 基 本 理 論 與 技 術(shù) ： 包 括 圖像 的 抽 樣 量 化 、 圖 像 增 強 、 圖 像 恢 復 和

2、圖 像 的 編 碼 壓 縮等 ； 第 三 部 分 講 述 圖 像 分 析 的 基 本 理 論 與 技 術(shù) ： 包 括 圖 像 分割 、 分 類 分 析 、 投 影 重 建 與 圖 像 識 別 等 。 第 一 章 概 論 前 修 課 程 高 等 數(shù) 學 （ 必 修 ） Matlab （ 必 修 ） 線 性 代 數(shù) （ 必 修 ） 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) （ 選 修 ） 數(shù) 字 信 號 處 理 （ 可 選 ） 第 一 章 概 論 教 學 方 式 教 師 ： 以 課 堂 講 授 為 主 （ 幻 燈 片 ， 音 頻 素 材 ） 學 生 ： 以 實 驗 和 書 本 理 論 并 重 教 科 書 ： Kenneth

3、.R.Castleman著 朱 志 剛 等 翻 譯 數(shù)字 圖 像 處 理 電 子 工 業(yè) 出 版 社 1998.9 參 考 書 ： Rafael C.Gonzalez 阮 秋 琦 等 譯 數(shù) 字 圖 象 處理 （ 第 二 版 ） 電 子 工 業(yè) 出 版 社 2003年 輔 助 教 學 工 具 ： MATLAB、 Photoshop等 第 一 章 概 論 考 核 方 式 1. 期 末 大 作 業(yè) 60%； 2. 平 時 上 課 和 作 業(yè) 40% 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 1.1 數(shù) 字 圖 像 處 理 及 其 特 點1.2 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 目 的 和 主 要 內(nèi) 容

4、1.3 數(shù) 字 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 1.4 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 應 用 1.5 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 發(fā) 展 動 向 第 一 章 概 論 1.1 數(shù) 字 圖 像 處 理 及 其 特 點1.1.1 數(shù) 字 圖 像 與 數(shù) 字 圖 像 處 理 1. 數(shù) 字 圖 像 用 計 算 機 進 行 圖 像 處 理 的 前 提 是 圖 像 必 須 以 數(shù) 字 格 式 存 儲 ， 我 們 把 以 數(shù)字 格 式 存 放 的 圖 像 稱 之 為 數(shù) 字 圖 像 。 常 見 的 各 種 照 片 、 圖 片 、 海 報 、 廣 告 畫等 均 屬 模 擬 圖 像 ， 要 將 模 擬 圖 像 數(shù) 字 化

5、后 生 成 數(shù) 字 圖 像 ， 需 要 利 用 數(shù) 字 化 設 備 。目 前 ， 將 模 擬 圖 像 數(shù) 字 化 的 主 要 設 備 是 掃 描 儀 ， 將 視 頻 畫 面 數(shù) 字 化 的 設 備 有 圖像 采 集 卡 。 當 然 ， 也 可 以 利 用 數(shù) 碼 照 相 機 直 接 拍 攝 以 數(shù) 字 格 式 存 放 的 數(shù) 字 圖 像 。模 擬 圖 像 經(jīng) 掃 描 儀 進 行 數(shù) 字 化 或 由 數(shù) 碼 照 相 機 拍 攝 的 自 然 景 物 圖 像 ， 在 計 算 機 中 均 是 以 數(shù) 字 格 式 存 儲 的 。 既 然 是 數(shù) 字 ， 計 算 機 當 然 可 以 方 便 地 進 行 各

6、 種 處理 ， 以 達 到 視 覺 效 果 和 特 殊 效 果 。 第 一 章 概 論 在 計 算 機 中 ， 圖 像 被 分 割 成 圖 1-1所 示 的 像 素 （ Pixel） ， 各像 素 的 灰 度 值 用 整 數(shù) 表 示 。 一 幅 M N個 像 素 的 數(shù) 字 圖 像 ， 其 像素 灰 度 值 可 以 用 M行 、 N列 的 矩 陣 G表 示 ： MNMM NNggg ggg gggG 21 22221 11211 (1-1) 第 一 章 概 論 圖 1-1 數(shù) 字 圖 像灰度信息數(shù)字化數(shù)字化像素 1 1 2 4 4 2 1 11 2 7 8 8 7 2 11 5 8 5 5 8

7、 6 11 6 8 5 6 8 6 11 6 8 7 5 4 2 11 5 8 4 1 6 6 11 4 8 3 1 6 6 11 2 6 1 1 1 1 1 第 一 章 概 論 2. 數(shù) 字 圖 像 處 理 1） 數(shù) 字 圖 像 處 理 所 謂 數(shù) 字 圖 像 處 理 就 是 利 用 計 算 機 對 圖 像 信 息 進 行 加 工 以 滿 足 人的 視 覺 心 理 或 者 應 用 需 求 的 行 為 。 具 體 來 說 就 是 把 利 用 計 算 機 對圖 像 進 行 去 除 噪 聲 、 增 強 、 復 原 、 分 割 、 提 取 特 征 等 的 理 論 、方 法 和 技 術(shù) 稱 為 數(shù) 字

8、 圖 像 處 理 （ Digital Image Processing） 。 一 般 ，圖 像 處 理 是 用 計 算 機 和 實 時 硬 件 實 現(xiàn) 的 ， 因 此 也 稱 之 為 計 算 機 圖像 處 理 （ Computer Image Processing） 。 第 一 章 概 論 在 日 常 生 活 中 ， 圖 像 處 理 已 經(jīng) 得 到 廣 泛 應 用 。 例 如 ， 電 腦人 像 藝 術(shù) ， 電 視 中 的 特 殊 效 果 ， 自 動 售 貨 機 鈔 票 的 識 別 ， 郵 政編 碼 的 自 動 識 別 和 利 用 指 紋 、 虹 膜 、 面 部 等 特 征 的 身 份 識 別

9、等 。在 醫(yī) 學 領(lǐng) 域 ， 很 早 以 前 就 采 用 X射 線 透 視 、 顯 微 鏡 照 片 等 來 診 斷疾 病 。 現(xiàn) 在 ， 計 算 機 圖 像 處 理 已 成 為 疾 病 診 斷 的 重 要 手 段 ， 用 一般 攝 影 方 法 不 能 獲 取 的 身 體 內(nèi) 部 的 狀 況 ， 也 能 由 特 殊 的 圖 像 處 理裝 置 獲 取 ， 最 具 有 代 表 性 的 就 是 X射 線 CT（ Computed Tomograph，計 算 機 斷 層 攝 像 ） 。 第 一 章 概 論 2） 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 產(chǎn) 生 和 發(fā) 展 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第

10、一 章 概 論 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 產(chǎn) 生 和 迅 速 發(fā) 展 主 要 受 如 下 三 個 方 面 的 影 響 。 一 是 計 算 機 的 發(fā) 展 。 早 期 的 計 算 機 無 論 在 計 算 速 度 或 存 儲 容量 方 面 ， 難 于 滿 足 對 龐 大 圖 像 數(shù) 據(jù) 進 行 實 時 處 理 的 要 求 。 隨 著 計算 機 硬 件 技 術(shù) 及 數(shù) 字 化 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 計 算 機 、 內(nèi) 存 及 外 圍 設 備 的價 格 急 劇 下 降 ， 而 其 性 能 卻 有 了 大 幅 度 的 提 高 。 過 去 只 能 用 大 型計 算 機 完 成 的 龐 大 處 理 ，

11、現(xiàn) 在 ， 在 個 人 計 算 機 （ PC機 ） 上 也 能 夠輕 而 易 舉 地 實 現(xiàn) 。 二 是 數(shù) 學 的 發(fā) 展 ， 特 別 是 離 散 數(shù) 學 理 論 的 創(chuàng) 立 和 完 善 ， 為 數(shù)字 圖 像 處 理 奠 定 了 理 論 基 礎(chǔ) 。 第 一 章 概 論 三 是 軍 事 、 醫(yī) 學 和 工 業(yè) 等 方 面 應 用 需 求 的 不 斷 增 長 。 自 20世紀 20年 代 ， 圖 像 處 理 首 次 應 用 于 改 善 倫 敦 和 紐 約 之 間 海 底 電 纜 發(fā)送 的 圖 片 質(zhì) 量 以 來 ， 經(jīng) 過 幾 十 年 的 研 究 與 發(fā) 展 ， 數(shù) 字 圖 像 處 理 的理 論

12、 和 方 法 進 一 步 完 善 ， 應 用 范 圍 更 加 廣 闊 ， 已 經(jīng) 成 為 一 門 新 興的 學 科 ， 并 在 向 更 高 級 的 方 向 發(fā) 展 。 如 在 景 物 理 解 和 計 算 機 視 覺（ 機 器 視 覺 ） 方 面 ， 圖 像 處 理 已 由 二 維 處 理 發(fā) 展 到 三 維 理 解 或 解釋 。 近 幾 年 來 ， 隨 著 計 算 機 和 各 個 相 關(guān) 領(lǐng) 域 研 究 的 迅 速 發(fā) 展 ， 科學 計 算 可 視 化 、 多 媒 體 技 術(shù) 等 研 究 和 應 用 的 興 起 ， 數(shù) 字 圖 像 處 理從 一 個 專 門 領(lǐng) 域 的 學 科 ， 變 成 了

13、一 種 新 型 的 科 學 研 究 和 人 機 界 面的 工 具 。 第 一 章 概 論 1.1.2 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 特 點 數(shù) 字 圖 像 處 理 是 利 用 計 算 機 的 計 算 ， 實 現(xiàn) 與 光 學 系 統(tǒng) 模 擬 處 理 相 同 效 果的 過 程 。 數(shù) 字 圖 像 處 理 具 有 如 下 特 點 ： （ 1） 處 理 精 度 高 ， 再 現(xiàn) 性 好 。 利 用 計 算 機 進 行 圖 像 處 理 ， 其 實 質(zhì) 是 對 圖像 數(shù) 據(jù) 進 行 各 種 運 算 。 由 于 計 算 機 技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展 ， 計 算 精 度 和 計 算 的 正 確性 勿 庸 置 疑

14、 ； 另 外 ， 對 同 一 圖 像 用 相 同 的 方 法 處 理 多 次 ， 也 可 得 到 完 全 相 同的 效 果 ， 具 有 良 好 的 再 現(xiàn) 性 。 （ 2） 處 理 的 多 樣 性 。 由 于 圖 像 處 理 是 通 過 運 行 程 序 進 行 的 ， 因 此 ， 設 計 不 同 的 圖 像 處 理 程 序 ， 可 以 實 現(xiàn) 各 種 不 同 的 處 理 目 的 。 第 一 章 概 論 （ 3） 圖 像 數(shù) 據(jù) 量 龐 大 。 圖 像 中 包 含 有 豐 富 的 信 息 ， 可 以 通 過圖 像 處 理 技 術(shù) 獲 取 圖 像 中 包 含 的 有 用 的 信 息 ， 但 是 ，

15、 數(shù) 字 圖 像 的數(shù) 據(jù) 量 巨 大 。 一 幅 數(shù) 字 圖 像 是 由 圖 像 矩 陣 中 的 像 素 （ Pixel） 組 成的 ， 通 常 每 個 像 素 用 紅 、 綠 、 藍 三 種 顏 色 表 示 ， 每 種 顏 色 用 8 bit表 示 灰 度 級 。 則 一 幅 1024 1024不 經(jīng) 壓 縮 的 真 彩 色 圖 像 ， 數(shù)據(jù) 量 達 24 MB（ 即 1024 1024 8 bit 3= 24 Mb） 。 X射 線 照 片一 般 用 64 256 Kb的 數(shù) 據(jù) 量 ， 一 幅 遙 感 圖 像 為 3240 2340 830 Mb。 如 此 龐 大 的 數(shù) 據(jù) 量 給 存

16、 儲 、 傳 輸 和 處 理 都 帶 來 巨 大 的 困難 。 如 果 精 度 及 分 辨 率 再 提 高 ， 所 需 處 理 時 間 將 大 幅 度 增 加 。 第 一 章 概 論 （ 4） 處 理 費 時 。 由 于 圖 像 數(shù) 據(jù) 量 大 ， 因 此 處 理 比 較 費 時 。 特別 是 處 理 結(jié) 果 與 中 心 像 素 鄰 域 有 關(guān) 的 處 理 過 程 花 費 時 間 更 多 。 （ 5） 圖 像 處 理 技 術(shù) 綜 合 性 強 。 數(shù) 字 圖 像 處 理 涉 及 的 技 術(shù) 領(lǐng) 域相 當 廣 泛 ， 如 通 信 技 術(shù) 、 計 算 機 技 術(shù) 、 電 子 技 術(shù) 、 電 視 技

17、術(shù) 等 ， 當 然 ， 數(shù) 學 、 物 理 學 等 領(lǐng) 域 更 是 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 基 礎(chǔ) 。 第 一 章 概 論 1.2 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 目 的 和 主 要 內(nèi) 容 1.2.1 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 目 的 一 般 而 言 ， 對 圖 像 進 行 加 工 和 分 析 主 要 有 如 下 三 方 面 的 目 的 ： （ 1） 提 高 圖 像 的 視 感 質(zhì) 量 ， 以 達 到 賞 心 悅 目 的 目 的 。 如 去 除 圖像 中 的 噪 聲 ， 改 變 圖 像 的 亮 度 、 顏 色 ， 增 強 圖 像 中 的 某 些 成 份 、 抑 制 某 些 成 份 ， 對

18、圖 像 進 行 幾 何 變 換 等 ， 從 而 改 善 圖 像 的 質(zhì) 量 ， 以 達 到 或 真 實 的 、 或 清 晰 的 、 或 色 彩 豐 富 的 、 或 意 想 不 到 的 藝 術(shù)效 果 。 第 一 章 概 論 （ 2） 提 取 圖 像 中 所 包 含 的 某 些 特 征 或 特 殊 信 息 ， 以 便 于 計算 機 分 析 ， 例 如 ， 常 用 作 模 式 識 別 、 計 算 機 視 覺 的 預 處 理 等 。這 些 特 征 包 括 很 多 方 面 ， 如 頻 域 特 性 、 灰 度 顏 色 特 性 、 邊 界 區(qū) 域 特 性 、 紋 理 特 性 、 形 狀 拓 撲 特 性 以

19、及 關(guān) 系 結(jié) 構(gòu) 等 。 （ 3） 對 圖 像 數(shù) 據(jù) 進 行 變 換 、 編 碼 和 壓 縮 ， 以 便 于 圖 像 的 存儲 和 傳 輸 。 第 一 章 概 論 1.2.2 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 主 要 內(nèi) 容 不 管 圖 像 處 理 是 何 種 目 的 ， 都 需 要 用 計 算 機 圖 像 處 理 系 統(tǒng)對 圖 像 數(shù) 據(jù) 進 行 輸 入 、 加 工 和 輸 出 ， 因 此 數(shù) 字 圖 像 處 理 研 究 的內(nèi) 容 主 要 有 以 下 7個 過 程 。 1. 圖 像 獲 取 、 表 示 和 表 現(xiàn) （ Image Acquisition， Representation and

20、Presentation） 該 過 程 主 要 是 把 模 擬 圖 像 信 號 轉(zhuǎn) 化 為 計 算 機 所 能 接 受 的 數(shù)字 形 式 ， 以 及 把 數(shù) 字 圖 像 顯 示 和 表 現(xiàn) 出 來 （ 如 打 印 ） 。 這 一 過 程 主 要 包 括 攝 取 圖 像 、 光 電 轉(zhuǎn) 換 及 數(shù) 字 化 等 幾 個 步 驟 。 第 一 章 概 論 2. 圖 像 復 原 （ Image Restoration） 當 造 成 圖 像 退 化 （ 圖 像 品 質(zhì) 下 降 ） 的 原 因 已 知 時 ， 復 原 技術(shù) 可 以 對 圖 像 進 行 校 正 。 圖 像 復 原 最 關(guān) 鍵 的 是 對 每

21、種 退 化 都 需 要有 一 個 合 理 的 模 型 。 例 如 ， 掌 握 了 聚 焦 不 良 成 像 系 統(tǒng) 的 物 理 特 性 ， 便 可 建 立 復 原 模 型 ， 而 且 對 獲 取 圖 像 的 特 定 光 學 系 統(tǒng) 的 直 接 測 量也 是 可 能 的 。 退 化 模 型 和 特 定 數(shù) 據(jù) 一 起 描 述 了 圖 像 的 退 化 ， 因 此 ，復 原 技 術(shù) 是 基 于 模 型 和 數(shù) 據(jù) 的 圖 像 恢 復 ， 其 目 的 是 消 除 退 化 的 影響 ， 從 而 產(chǎn) 生 一 個 等 價 于 理 想 成 像 系 統(tǒng) 所 獲 得 的 圖 像 。 第 一 章 概 論 3. 圖 像

22、 增 強 （ Image Enhancement） 圖 像 增 強 是 對 圖 像 質(zhì) 量 在 一 般 意 義 上 的 改 善 。 當 無 法 知 道 圖 像 退 化有 關(guān) 的 定 量 信 息 時 ， 可 以 使 用 圖 像 增 強 技 術(shù) 較 為 主 觀 地 改 善 圖 像 的 質(zhì) 量 。所 以 ， 圖 像 增 強 技 術(shù) 是 用 于 改 善 圖 像 視 感 質(zhì) 量 所 采 取 的 一 種 方 法 。 因 為增 強 技 術(shù) 并 非 是 針 對 某 種 退 化 所 采 取 的 方 法 ， 所 以 很 難 預 測 哪 一 種 特 定技 術(shù) 是 最 好 的 ， 只 能 通 過 試 驗 和 分 析

23、誤 差 來 選 擇 一 種 合 適 的 方 法 。 有 時可 能 需 要 徹 底 改 變 圖 像 的 視 覺 效 果 ， 以 便 突 出 重 要 特 征 的 可 觀 察 性 ， 使人 或 計 算 機 更 易 觀 察 或 檢 測 。 在 這 種 情 況 下 ， 可 以 把 增 強 理 解 為 增 強 感興 趣 特 征 的 可 檢 測 性 ， 而 非 改 善 視 感 質(zhì) 量 。 電 視 節(jié) 目 片 頭 或 片 尾 處 的 顏色 、 輪 廓 等 的 變 換 ， 其 目 的 是 得 到 一 種 特 殊 的 藝 術(shù) 效 果 ， 增 強 動 感 和 力 度 。 第 一 章 概 論 4. 圖 像 分 割 （

24、 Image Segmentation） 把 圖 像 分 成 區(qū) 域 的 過 程 就 是 圖 像 分 割 。 圖 像 中 通 常 包 含 多 個 對 象 ， 例 如 ， 一 幅 醫(yī) 學 圖 像 中 顯 示 出 正 常 的 或 有 病 變 的 各 種 器 官 和 組 織 。 圖 像 處 理 為 達 到識 別 和 理 解 的 目 的 ， 幾 乎 都 必 須 按 照 一 定 的 規(guī) 則 將 圖 像 分 割 成 區(qū) 域 ， 每 個 區(qū)域 代 表 被 成 像 的 一 個 物 體 （ 或 部 分 ） 。 圖 像 自 動 分 割 是 圖 像 處 理 中 最 困 難 的 問 題 之 一 。 人 類 視 覺 系

25、 統(tǒng) 的 優(yōu) 越 性 ， 使 得 人 類 能 夠 將 所 觀 察 的 復 雜 場 景 中 的 對 象 分 開 ， 并 識 別 出 每 個 物 體 。 但 對計 算 機 來 說 ， 這 卻 是 一 個 難 題 。 目 前 ， 大 部 分 圖 像 的 自 動 分 割 還 需 要 人 工 提供 必 需 的 信 息 來 幫 助 ， 只 有 一 部 分 領(lǐng) 域 （ 如 印 刷 字 符 自 動 識 別 （ OCR） 、 指 紋 識 別 等 ） 開 始 使 用 。 由 于 解 決 和 分 割 有 關(guān) 的 基 本 問 題 是 特 定 領(lǐng) 域 中 圖 像 分析 實 用 化 的 關(guān) 鍵 一 步 ， 因 此 ， 將

26、 各 種 方 法 融 合 在 一 起 并 使 用 知 識 來 提 高 處 理的 可 靠 性 和 有 效 性 是 圖 像 分 割 的 研 究 熱 點 。 第 一 章 概 論 5. 圖 像 分 析 圖 像 處 理 應 用 的 目 標 幾 乎 均 涉 及 到 圖 像 分 析 ， 即 對 圖 像 中的 不 同 對 象 進 行 分 割 、 特 征 提 取 和 表 示 ， 從 而 有 利 于 計 算 機 對圖 像 進 行 分 類 、 識 別 和 理 解 。 在 工 業(yè) 產(chǎn) 品 零 件 無 缺 陷 且 正 確 裝 配 檢 測 中 ， 圖 像 分 析 是 對圖 像 中 的 像 素 轉(zhuǎn) 化 成 一 個 “ 合

27、格 ” 或 “ 不 合 格 的 判 定 。 在 有 的應 用 中 ， 如 醫(yī) 學 圖 像 處 理 ， 不 僅 要 檢 測 出 物 體 （ 如 腫 瘤 ） 的 存 在 ， 而 且 還 要 檢 查 物 體 的 大 小 。 第 一 章 概 論 6. 圖 像 重 建 圖 像 重 建 與 上 述 的 圖 像 增 強 、 圖 像 復 原 等 不 同 。 圖 像 增 強 、 圖 像 復 原 的 輸 入 是 圖 像 ， 處 理 后 輸 出 的 結(jié) 果 也 是 圖 像 ， 而 圖 像 重建 是 指 從 數(shù) 據(jù) 到 圖 像 的 處 理 ， 即 輸 入 的 是 某 種 數(shù) 據(jù) ， 而 經(jīng) 過 處 理后 得 到 的

28、結(jié) 果 是 圖 像 ， CT就 是 圖 像 重 建 處 理 的 典 型 應 用 實 例 。目 前 ， 圖 像 重 建 與 計 算 機 圖 形 學 相 結(jié) 合 ， 把 多 個 二 維 圖 像 合 成 三維 圖 像 ， 并 加 以 光 照 模 型 和 各 種 渲 染 技 術(shù) ， 能 生 成 各 種 具 有 強 烈真 實 感 的 高 質(zhì) 量 圖 像 。 第 一 章 概 論 7. 圖 像 壓 縮 編 碼 數(shù) 字 圖 像 的 特 點 之 一 是 數(shù) 據(jù) 量 龐 大 。 盡 管 現(xiàn) 在 有 大 容 量 的存 貯 器 ， 但 仍 不 能 滿 足 對 圖 像 數(shù) 據(jù) （ 尤 其 是 動 態(tài) 圖 像 、 高 分

29、 辨率 圖 像 ） 處 理 的 需 要 ， 因 此 在 實 際 應 用 中 圖 像 壓 縮 是 必 需 的 。如 果 數(shù) 據(jù) 不 壓 縮 ， 則 在 存 儲 和 傳 輸 中 就 需 要 占 很 大 的 容 量 和 帶寬 ， 因 而 增 加 了 成 本 。 圖 像 壓 縮 的 目 的 就 是 壓 縮 數(shù) 據(jù) 量 。 第 一 章 概 論 圖 像 編 碼 主 要 是 利 用 圖 像 信 號 的 統(tǒng) 計 特 性 及 人 類 視 覺 的 生理 學 及 心 理 學 特 性 ， 對 圖 像 信 號 進 行 高 效 編 碼 ， 即 研 究 數(shù) 據(jù) 壓縮 技 術(shù) ， 目 的 是 在 保 證 圖 像 質(zhì) 量 的

30、前 提 下 壓 縮 數(shù) 據(jù) ， 便 于 存 儲和 傳 輸 ， 以 解 決 數(shù) 據(jù) 量 大 的 矛 盾 。 一 般 來 說 ， 圖 像 編 碼 的 目 的有 三 個 ： 減 少 數(shù) 據(jù) 存 儲 量 ； 降 低 數(shù) 據(jù) 率 以 減 少 傳 輸 帶 寬 ； 壓 縮 信 息 量 ， 便 于 特 征 提 取 ， 為 后 續(xù) 識 別 作 準 備 。 第 一 章 概 論 1.3 數(shù) 字 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 1.3.1 數(shù) 字 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 硬 件 早 期 的 數(shù) 字 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 為 了 提 高 處 理 速 度 、 增 加 容 量 都采 用 大 型 機 。 隨 著 計 算 機 性 價

31、 比 （ 性 能 價 格 比 ） 日 新 月 異 的 提高 ， 以 小 型 機 為 主 的 微 型 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 得 到 發(fā) 展 。 主 機 為 PC機 ， 配 以 圖 像 采 集 卡 及 顯 示 設 備 就 構(gòu) 成 了 最 基 本 的 微 型 圖 像 處 理 系統(tǒng) 。 微 型 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 成 本 低 、 應 用 靈 活 、 便 于 推 廣 。 特 別 是微 型 計 算 機 的 性 能 逐 年 提 高 ， 使 得 微 型 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 的 性 能 也不 斷 升 級 ， 加 之 軟 件 配 置 豐 富 ， 使 其 更 具 實 用 意 義 。 第 一 章 概 論 圖

32、 1-3 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 示 意 圖 圖像數(shù)字化 設 備輸入圖像 圖像處理計 算 機 輸出圖像 圖像輸出設備 第 一 章 概 論 1、 圖 像 采 集 設 備 1） 電 視 攝 像 機 (Video Camera) 電 視 攝 像 機 是 目 前 使 用 最 廣 泛 的 圖 像 獲 取 設 備 。 電 視 攝 像 機的 核 心 部 件 是 光 電 轉(zhuǎn) 換 裝 置 ， 也 稱 為 固 態(tài) 陣 。 目 前 大 多 數(shù) 感 光 基元 多 為 電 荷 耦 合 器 件 CCD（ Charge Coupled Device） ， CCD可以 將 照 射 在 其 上 的 光 信 號 轉(zhuǎn) 換 為 對

33、應 的 電 信 號 。 該 設 備 小 巧 、 速 度 快 、 成 本 低 、 靈 敏 度 高 ， 多 作 為 實 時 圖 像 輸 入 設 備 應 用 。 但灰 度 層 次 較 差 、 非 線 性 失 真 較 大 、 有 黑 斑 效 應 ， 在 使 用 中 需 要 校 正 。 目 前 ， CCD攝 像 機 可 達 1920 1080的 高 分 辨 率 ， 快 門 速 度 可達 10-4s。 第 一 章 概 論 2） 掃 描 儀 （ Scanner） 掃 描 儀 是 將 各 種 形 式 的 圖 像 信 息 （ 如 圖 片 、 照 片 、 膠 片 及文 稿 資 料 等 ） 輸 入 計 算 機 的

34、重 要 工 具 ， 特 點 是 精 度 和 分 辨 率 高 。目 前 ， 1200DPI（ Dot Per Inch） 以 上 精 度 的 掃 描 儀 很 常 見 。 而 且掃 描 儀 的 成 本 很 低 ， 一 臺 平 板 式 掃 描 儀 的 價 格 在 千 元 左 右 。 由于 掃 描 儀 良 好 的 精 度 和 低 廉 的 價 格 ， 已 成 為 當 今 應 用 最 為 廣 泛的 圖 像 數(shù) 字 化 設 備 。 但 用 掃 描 儀 獲 取 圖 像 信 息 速 度 較 慢 ， 不 能實 現(xiàn) 實 時 輸 入 。 第 一 章 概 論 3） 數(shù) 碼 照 相 機 （ Digital Camera）

35、 數(shù) 碼 照 相 機 也 叫 數(shù) 字 相 機 ， 是 一 種 能 夠 進 行 景 物 拍 攝 ， 并 以 數(shù) 字 格式 存 放 拍 攝 圖 像 的 特 殊 照 相 機 。 它 的 核 心 部 件 是 CCD圖 像 傳 感 器 ， 主 流機 型 分 辨 率 已 在 1000萬 像 素 以 上 。 數(shù) 碼 照 相 機 的 感 光 器 件 也 是 CCD陣 列 。CCD可 以 對 亮 度 進 行 分 級 ， 但 并 不 能 識 別 顏 色 。 為 此 ， 數(shù) 碼 照 相 機 用 紅 、綠 和 藍 三 個 彩 色 濾 鏡 ， 當 光 線 從 紅 、 綠 、 藍 濾 鏡 中 穿 過 時 ， 就 可 以

36、得 到每 種 色 光 的 反 應 值 ， 再 通 過 軟 件 對 得 到 的 數(shù) 據(jù) 進 行 處 理 ， 從 而 確 定 每 一個 像 素 點 的 顏 色 。 CCD生 成 的 數(shù) 字 圖 像 被 傳 送 到 照 相 機 的 一 塊 內(nèi) 部 芯 片上 。 該 芯 片 負 責 把 圖 像 轉(zhuǎn) 換 成 相 機 內(nèi) 部 的 存 儲 格 式 (通 常 為 JPEG格 式 )。最 后 ， 把 生 成 的 圖 像 保 存 在 存 儲 卡 中 。 數(shù) 碼 照 相 機 可 通 過 USB接 口 與 計 算 機 相 連 ， 將 拍 攝 的 圖 像 下 載 到 計 算 機 中 ， 以 便 處 理 或 插 到 文

37、檔 Web頁 面 中 ， 或 用 彩 色 打 印 機 輸 出 。 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 4） 遙 感 圖 像 獲 取 設 備 遙 感 中 常 用 的 圖 像 獲 取 設 備 有 光 學 攝 影 設 備 ， 如 攝 像 機 、 多 光 譜 像 機 等 ； 紅 外 攝 影 設 備 ， 如 紅 外 輻 射 計 、 紅 外 攝 像 儀 、 多 通 道 紅 外 掃 描 儀 、 多 光 譜 掃 描 儀 （ MSS） ； 微 波 設 備 ， 如 微波 輻 射 計 、 側(cè) 視 雷 達 、 真 空 孔 徑 雷 達 、 合 成 孔 徑 雷 達 (SAR)。 第 一 章 概 論 2. 圖 像 輸

38、入 卡 （ 采 集 卡 ) 通 常 圖 像 輸 入 卡 安 裝 于 計 算 機 主 板 擴 展 槽 中 ， 主 要 包 括 圖 像存 儲 器 單 元 、 顯 示 查 找 表 （ LUT） 單 元 、 CCD攝 像 頭 接 口 (A/D)、 監(jiān) 視 器 接 口 (D/A)和 PC機 總 線 接 口 單 元 。 工 作 過 程 如 下 ： 攝 像 頭實 時 或 準 實 時 采 集 圖 像 數(shù) 據(jù) ， 經(jīng) A/D變 換 后 將 圖 像 存 放 在 圖 像 存儲 單 元 的 一 個 或 三 個 通 道 中 ， D/A變 換 電 路 自 動 將 圖 像 顯 示 在 監(jiān)視 器 上 。 通 過 主 機 發(fā)

39、出 指 令 ， 將 某 一 幀 圖 像 靜 止 在 存 儲 通 道 中 ， 即 采 集 或 捕 獲 一 幀 圖 像 ， 然 后 可 對 圖 像 進 行 處 理 或 存 盤 。 高 檔 卡還 包 括 卷 積 濾 波 、 FFT（ 快 速 傅 立 葉 變 換 ） 等 圖 像 處 理 專 用 的 快速 部 件 。 第 一 章 概 論 3. 顯 示 卡 顯 示 卡 是 記 憶 和 保 存 圖 像 的 地 方 ， 通 常 ， 存 貯 的 圖 像 要 隨時 顯 示 在 顯 示 器 上 。 PC機 多 采 用 1024 768或 1280 1024個 像 素點 。 通 常 在 圖 像 處 理 裝 置 中 ，

40、 灰 度 值 紅 (R)、 綠 (G)、 藍 (B)各 占8位 （ bit） ， 共 計 24位 ， 可 以 表 示 1670萬 種 顏 色 ， 這 種 顯 示 卡 稱為 真 彩 色 顯 示 卡 。 第 一 章 概 論 4. 計 算 機 圖 像 處 理 的 主 要 特 點 是 數(shù) 據(jù) 量 大 、 運 算 時 間 長 ， 因 而 對 系統(tǒng) 硬 件 配 置 要 求 較 高 。 目 前 ， 在 PC機 上 配 置 奔 騰 P4 2.4G以 上CPU、 2G內(nèi) 存 、 1T以 上 硬 盤 的 計 算 機 已 屬 常 見 ， 計 算 速 度 大 幅度 提 高 ， 可 與 幾 年 前 的 大 型 機 媲

41、美 。 為 了 加 快 圖 像 的 顯 示 和 處理 速 度 ， 用 于 圖 像 處 理 的 PC機 配 置 應 盡 可 能 高 一 些 。 當 然 ， 有條 件 時 最 好 采 用 圖 形 工 作 站 進 行 圖 像 處 理 。 第 一 章 概 論 5. 圖 像 存 貯 裝 置 圖 像 數(shù) 據(jù) 量 龐 大 ， 早 期 其 存 儲 成 為 問 題 。 到 目 前 為 止 ， 除了 大 容 量 磁 盤 可 供 存 儲 圖 像 數(shù) 據(jù) 之 外 ， MO、 CD、 DVD,藍 光DVD等 光 學 存 儲 裝 置 以 及 網(wǎng) 絡 存 儲 系 統(tǒng) ， 為 存 儲 海 量 圖 像 數(shù) 據(jù)提 供 了 極 好

42、 的 支 持 。 第 一 章 概 論 1.3.2 高 速 圖 像 處 理 卡 實 用 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 分 為 在 線 處 理 系 統(tǒng) 和 離 線 處 理 系 統(tǒng) 兩 種 形式 。 在 研 究 中 ， 多 采 用 離 線 圖 像 處 理 系 統(tǒng) ， 主 要 用 于 開 發(fā) 和 驗 證圖 像 處 理 與 分 析 的 算 法 。 在 線 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 除 上 述 設 備 外 ， 還 需用 圖 像 處 理 專 用 硬 件 代 替 圖 像 采 集 卡 ， 以 構(gòu) 成 自 動 處 理 系 統(tǒng) ， 可以 對 生 產(chǎn) 現(xiàn) 場 采 集 的 圖 像 進 行 實 時 處 理 ， 并 對 其 處 理

43、 結(jié) 果 進 行 監(jiān)控 。 第 一 章 概 論 數(shù) 字 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 1.3.3 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 軟 件 微 型 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 既 包 含 硬 件 設 備 ， 也 需 要 一 定 的 軟 件 環(huán) 境支 持 。 目 前 ， 圖 像 處 理 系 統(tǒng) 平 臺 多 為 Microsoft Windows或 X-Windows， 開 發(fā) 的 主 流 工 具 為 Microsoft

44、公 司 的 VC+。 這 是 因 為VC+是 一 種 具 有 高 度 綜 合 性 能 的 軟 件 開 發(fā) 工 具 ， 用 它 開 發(fā) 出 來的 程 序 有 著 運 行 速 度 快 、 可 移 植 能 力 強 等 優(yōu) 點 。 本 書 中 實 例 也 是在 Windows平 臺 下 ， 用 VC+ 6.0實 現(xiàn) 的 。 此 外 ， 各 國 的 科 學 家 和研 究 機 構(gòu) 開 發(fā) 了 不 少 專 用 的 圖 像 處 理 軟 件 環(huán) 境 ， 下 面 僅 對 主 要 的幾 種 作 一 簡 單 介 紹 。 第 一 章 概 論 MATLAB的 圖 像 處 理 工 具 箱 MATLAB是 由 美 國 Mat

45、hWorks公 司 推 出 的 用 于 數(shù) 值 計 算 的 有 力 工具 ， 它 具 有 相 當 強 大 的 矩 陣 運 算 和 操 作 功 能 ， 并 且 MATLAB圖 像 處理 工 具 箱 提 供 了 豐 富 的 圖 像 處 理 函 數(shù) ， 靈 活 運 用 這 些 函 數(shù) 幾 乎 可 以 完成 所 有 的 圖 像 處 理 工 作 ， 從 而 大 大 節(jié) 省 編 寫 低 層 算 法 代 碼 的 時 間 ， 避免 程 序 設 計 中 的 重 復 勞 動 ， 達 到 事 半 功 倍 的 效 果 。 但 是 ， MATLAB強大 的 功 能 只 能 在 安 裝 有 MATLAB系 統(tǒng) 的 機 器

46、 上 使 用 圖 像 處 理 工 具 箱 中的 函 數(shù) 或 自 編 的 m文 件 來 實 現(xiàn) ， 實 際 應 用 極 為 不 便 ， 且 MATLAB使 用 行 解 釋 方 式 執(zhí) 行 代 碼 ， 執(zhí) 行 速 度 很 慢 。 第 一 章 概 論 1.4 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 應 用 數(shù) 字 圖 像 處 理 主 要 應 用 于 下 面 的 幾 個 領(lǐng) 域 。 1） 通 訊 通 訊 包 括 圖 像 傳 輸 、 電 視 電 話 、 電 視 會 議 等 ， 主 要 是 進 行 圖像 壓 縮 甚 至 理 解 基 礎(chǔ) 上 的 壓 縮 。 2） 宇 宙 探 測 由 于 太 空 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ，

47、需 要 用 數(shù) 字 圖 像 處 理 技 術(shù) 處 理 大 量 的 星 體 照 片 。 第 一 章 概 論 通 訊 通 訊 ： 可 視 電 話 ， 視 頻 點 播 等 。 第 一 章 概 論 宇 宙 探 測 美 國 JPL實 驗 室 （ Jet Propulsion Laboratory） 探 索 者 月 球 圖 像 勇 氣 號 火 星 圖 像 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 3） 遙 感 航 空 遙 感 和 衛(wèi) 星 遙 感 圖 像 需 要 用 數(shù) 字 技 術(shù) 加 工 處 理 ， 并 提取 有 用 的 信 息 。 主 要 用 于 地 形 地 質(zhì) ， 礦 藏 探 查 ， 森 林 、 水 利

48、、 海 洋 、 農(nóng) 業(yè) 等 資 源 調(diào) 查 ， 自 然 災 害 預 測 預 報 ， 環(huán) 境 污 染 監(jiān) 測 ， 氣 象 衛(wèi) 星 云 圖 處 理 以 及 地 面 軍 事 目 標 的 識 別 。 第 一 章 概 論 災 害 防 治 第 一 章 概 論 衛(wèi) 星 云 圖 第 一 章 概 論 深 大 衛(wèi) 星 地 圖 第 一 章 概 論 4） 生 物 醫(yī) 學 領(lǐng) 域 中 的 應 用 圖 像 處 理 在 醫(yī) 學 界 的 應 用 非 常 廣 泛 ， 無 論 是 臨 床 診 斷 還 是 病 理 研究 都 大 量 采 用 圖 像 處 理 技 術(shù) 。 它 的 直 觀 、 無 創(chuàng) 傷 、 安 全 方 便 等 優(yōu) 點

49、備受 青 睞 。 圖 像 處 理 首 先 應 用 于 細 胞 分 類 、 染 色 體 分 類 和 放 射 圖 像 等 。70年 代 數(shù) 字 圖 像 處 理 在 醫(yī) 學 上 的 應 用 有 了 重 大 突 破 ， 1972年 X射 線 斷層 掃 描 CT得 到 實 用 ； 1977年 白 細 胞 自 動 分 類 儀 問 世 ； 1980實 現(xiàn) 了 CT的立 體 重 建 。 有 人 認 為 計 算 機 圖 像 處 理 在 醫(yī) 學 上 應 用 最 成 功 的 例 子 就 是X射 線 CT， 其 中 主 要 研 制 者 Hounsfeld(英 )和 Commack(美 )獲 得 了 1979 年 的

50、諾 貝 爾 生 理 醫(yī) 學 獎 。 第 一 章 概 論 數(shù) 字 圖 像 處 理 應 用 _醫(yī) 療 診 斷 醫(yī) 療 診 斷 ： CT技 術(shù) ， 癌 細 胞 識 別 等 。 第 一 章 概 論 B超 圖 像 核 磁 、 共 振 圖 像 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 (a) 序 列 圖 像 之 1 (b) 序 列 圖 像 之 5 (c) 序 列 圖 像 之 11 (d) 序 列 圖 像 之 14 (e) 序 列 圖 像 之 20 (f) 序 列 圖 像 之 3031幅 蝴 蝶 眼 睛 序 列 顯 微 圖 像 第 一 章 概 論 改 進 Laplacian法 multi-

51、focus結(jié) 果 (11 11 窗 口 、 步 長 5) 第 一 章 概 論 5） 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 的 應 用 在 生 產(chǎn) 線 中 對 產(chǎn) 品 及 部 件 進 行 無 損 檢 測 是 圖 像 處 理 技 術(shù) 的 重 要 應用 領(lǐng) 域 。 該 領(lǐng) 域 的 應 用 從 70年 代 起 取 得 了 迅 速 的 發(fā) 展 ， 主 要 有 產(chǎn) 品 質(zhì)量 檢 測 、 生 產(chǎn) 過 程 的 自 動 控 制 、 CAD CAM等 。 在 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 檢 測 方 面 ，如 食 品 、 水 果 質(zhì) 量 檢 查 ， 無 損 探 傷 ， 焊 縫 質(zhì) 量 或 表 面 缺 陷 。 又 如 ， 金屬 材 料 的 成 分

52、 和 結(jié) 構(gòu) 分 析 ， 紡 織 品 質(zhì) 量 檢 查 ， 光 測 彈 性 力 學 中 應 力 條紋 的 分 析 等 。 在 電 子 工 業(yè) 中 ， 可 以 用 來 檢 驗 印 刷 電 路 板 的 質(zhì) 量 、 監(jiān) 測零 件 部 件 的 裝 配 等 。 在 工 業(yè) 自 動 控 制 中 ， 主 要 使 用 機 器 視 覺 系 統(tǒng) 對 生產(chǎn) 過 程 進 行 監(jiān) 視 和 控 制 ， 如 港 口 的 監(jiān) 測 調(diào) 度 、 交 通 管 理 、 流 水 生 產(chǎn) 線的 自 動 控 制 等 。 在 計 算 機 輔 助 設 計 和 輔 助 制 造 方 面 ， 已 獲 得 越 來 越 廣泛 的 應 用 ， 并 和 基

53、于 圖 形 學 的 模 具 、 機 械 零 件 、 服 裝 、 印 染 花 型 CAD 結(jié) 合 。 目 前 二 維 圖 紙 自 動 輸 入 和 理 解 ， 根 據(jù) 3D實 物 建 立 CAD模 型 等 越來 越 引 起 重 視 。 第 一 章 概 論 數(shù) 字 圖 像 處 理 應 用 _工 業(yè) 檢 測 工 業(yè) 檢 測 與 測 量 ： 公 路 路 面 破 損 圖 像 識 別 網(wǎng) 裂 龜 裂 第 一 章 概 論 第 一 章 概 論 三 維 掃 描 第 一 章 概 論 6） 軍 事 、 公 安 等 方 面 的 應 用 軍 事 目 標 的 偵 察 、 制 導 和 警 戒 系 統(tǒng) 、 自 動 滅 火 器

54、的 控 制 及 反 偽 裝 ；公 安 部 門 的 現(xiàn) 場 照 片 、 指 紋 、 手 跡 、 印 章 、 人 像 等 的 處 理 和 辨 識 ； 歷史 文 字 和 圖 片 檔 案 的 修 復 和 管 理 等 。 7） 機 器 人 視 覺 機 器 視 覺 作 為 智 能 機 器 人 的 重 要 感 覺 器 官 ， 主 要 進 行 三 維 景 物 理解 和 識 別 ， 是 目 前 處 于 研 究 之 中 的 開 放 課 題 。 機 器 視 覺 主 要 用 于 軍 事偵 察 、 危 險 環(huán) 境 的 自 主 機 器 人 ， 郵 政 、 醫(yī) 院 和 家 庭 服 務 的 智 能 機 器 人 ， 裝 配 線

55、 工 件 識 別 、 定 位 ， 太 空 機 器 人 的 自 動 操 作 等 。 第 一 章 概 論 數(shù) 字 圖 像 處 理 應 用 _視 覺 監(jiān) 控 視 覺 監(jiān) 視 、 公 安 ： 銀 行 防 盜 ， 人 臉 識 別 等 。 第 一 章 概 論 數(shù) 字 圖 像 處 理 應 用 _高 精 度 制 導 軍 事 偵 察 、 高 精 度 制 導 第 一 章 概 論 8） 視 頻 和 多 媒 體 系 統(tǒng) 目 前 ， 電 視 制 作 系 統(tǒng) 廣 泛 使 用 的 圖 像 處 理 、 變 換 、 合 成 ， 多 媒 體 系 統(tǒng) 中 靜 止 圖 像 和 動 態(tài) 圖 像 的 采 集 、 壓 縮 、 處 理 、

56、存 貯 和傳 輸 等 。 9） 科 學 可 視 化 HTSS 圖 像 處 理 和 圖 形 學 緊 密 結(jié) 合 ， 形 成 了 科 學 研 究 各 個 領(lǐng) 域 新型 的 研 究 工 具 。 第 一 章 概 論 10） 電 子 商 務 在 當 前 呼 聲 甚 高 的 電 子 商 務 中 ， 圖 像 處 理 技 術(shù) 也 大 有 可 為 ， 如 身 份 認 證 、 產(chǎn) 品 防 偽 、 水 印 技 術(shù) 等 。 總 之 ， 圖 像 處 理 技 術(shù) 應 用 領(lǐng) 域 相 當 廣 泛 ， 已 在 國 家 安 全 、 經(jīng) 濟 發(fā) 展 、 日 常 生 活 中 充 當 越 來 越 重 要 的 角 色 ， 對 國 計

57、民 生 的作 用 不 可 低 估 。 第 一 章 概 論 影 視 業(yè) 、 娛 樂 、 公 眾 服 務 廣 告 ， 基 于 內(nèi) 容 檢 索 等 。 第 一 章 概 論 1.4 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 發(fā) 展 動 向 （ 1） 在 進 一 步 提 高 精 度 的 同 時 著 重 解 決 處 理 速 度 問 題 。 如 ， 在 航天 遙 感 、 氣 象 云 圖 處 理 方 面 ， 巨 大 的 數(shù) 據(jù) 量 和 處 理 速 度 仍 然 是 主 要 矛盾 之 一 。 （ 2） 加 強 軟 件 研 究 、 開 發(fā) 新 的 處 理 方 法 ， 特 別 要 注 意 移 植 和 借 鑒其 他 學 科 的 技

58、術(shù) 和 研 究 成 果 ， 創(chuàng) 造 新 的 處 理 方 法 。 （ 3） 加 強 邊 緣 學 科 的 研 究 工 作 ， 促 進 圖 像 處 理 技 術(shù) 的 發(fā) 展 。 如 ，人 的 視 覺 特 性 、 心 理 學 特 性 等 的 研 究 ， 如 果 有 所 突 破 ， 將 對 圖 像 處 理 技 術(shù) 的 發(fā) 展 起 到 極 大 的 促 進 作 用 。 第 一 章 概 論 （ 4） 加 強 理 論 研 究 ， 逐 步 形 成 圖 像 處 理 科 學 自 身 的 理 論 體系 。 （ 5） 圖 像 處 理 領(lǐng) 域 的 標 準 化 。 圖 像 的 信 息 量 大 、 數(shù) 據(jù) 量 大 ， 因 而 圖

59、 像 信 息 的 建 庫 、 檢 索 和 交 流 是 一 個 重 要 的 問 題 。 就 現(xiàn) 有的 情 況 看 ， 軟 件 、 硬 件 種 類 繁 多 ， 交 流 和 使 用 極 為 不 便 ， 成 為資 源 共 享 的 嚴 重 障 礙 。 應 建 立 圖 像 信 息 庫 ， 統(tǒng) 一 存 放 格 式 ， 建立 標 準 子 程 序 ， 統(tǒng) 一 檢 索 方 法 。 第 一 章 概 論 圖 像 處 理 技 術(shù) 未 來 發(fā) 展 大 致 可 歸 納 為 ： （ 1） 圖 像 處 理 的 發(fā) 展 將 圍 繞 HDTV（ 高 清 晰 度 電 視 ） 的 研 制 ， 開展 實 時 圖 像 處 理 的 理 論

60、及 技 術(shù) 研 究 ， 向 著 高 速 、 高 分 辨 率 、 立 體 化 、多 媒 體 化 、 智 能 化 和 標 準 化 方 向 發(fā) 展 。 （ 2） 圖 像 、 圖 形 相 結(jié) 合 ， 朝 著 三 維 成 像 或 多 維 成 像 的 方 向 發(fā) 展 。 （ 3） 硬 件 芯 片 研 究 。 把 圖 像 處 理 的 眾 多 功 能 固 化 在 芯 片 上 ， 使 之 更 便 于 應 用 。 第 一 章 概 論 （ 4） 新 理 論 與 新 算 法 研 究 。 在 圖 像 處 理 領(lǐng) 域 ， 近 幾 年 來 ， 引 入 了一 些 新 的 理 論 并 提 出 了 一 些 新 的 算 法 ， 如

61、 小 波 分 析 （ Wavelet） 、 分 形幾 何 （ Fractal） 、 形 態(tài) 學 （ Morphology） 、 遺 傳 算 法 （ GA， Genetic Algorithms） 、 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡 等 （ Artificial neural networks） 。 這 些 理論 及 建 立 在 其 上 的 算 法 ， 將 會 成 為 今 后 圖 像 處 理 理 論 與 技 術(shù) 的 研 究 熱點 。 數(shù) 字 圖 像 處 理 經(jīng) 過 初 創(chuàng) 期 、 發(fā) 展 期 、 普 及 期 及 廣 泛 應 用 幾 個 階 段 ，如 今 已 是 各 個 學 科 競 相 研 究 并 在 各 個 領(lǐng) 域 廣 泛 應 用 的 一 門 科 學 。 隨 著科 學 技 術(shù) 的 進 步 以 及 人 類 需 求 的 不 斷 增 長 ， 圖 像 處 理 科 學 無 論 是 在 理 論 上 還 是 實 踐 上 ， 均 會 取 得 更 大 的 發(fā) 展 。