第1章 数字图像概论

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第一章 概 论

第一章 概 论1.1 数字图像处理及其特点1.2 数字图像处理的目的和主要内容

1.3 图像工程与相关学科1.4 数字图像处理系统

1.5 数字图像处理的应用1.6 数字图像处理的发展动向

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第一章 概 论

1.1 数字图像处理及其特点1.1.1 数字图像与数字图像处理1. 数字图像

用计算机进行图像处理的前提是图像必须以数字格式存储， 我们把以数字格式存放的图像称之为

数字图像。常见的各种照片、 图片、海报、广告画等均属模拟图像，要将模拟图像数字化后生成数字 图像，需要利用数字化设备。

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目前，将模拟图像数字化的主要设备是扫描仪， 将视频画面数字化的设备有图像采集卡。当然， 也可以利用数码照相机直接拍摄以数字格式存放 的数字图像。模拟图像经扫描仪进行数字化或由 数码照相机拍摄的自然景物图像，在计算机中均 是以数字格式存储的。既然是数字， 计算机当然 可以方便地进行各种处理，以达到视觉效果和特 殊效果。

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在 计 算 机 中 ， 图 像 被 分 割 成 图 1-1 所 示 的 像 素(Pixel),各像素的灰度值用整数表示。一幅M×N个

像素的数字图像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩阵G表示：

g11 g12 g1N g g g 2N 21 22 G g M 1 g M 2 g MN

(1-1)

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灰度信息 数字化 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 5 6 6 5 4 2 2 7 8 8 8 8 8 6 4 8 5 5 7 4 3 1 4 8 5 6 5 1 1 1 2 7 8 8 4 6 6 1 1 2 6 6 2 6 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1

像素

数字化

图1-1 数字图像

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2. 数字图像处理 1) 数字图像处理 数字计算机最擅长的莫过于处理各种数据， 数字

化后的图像可以看成是存储在计算机中的有序数据，当然可以通过计算机对数字图像进行处理。

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我们把利用计算机对图像进行去除噪声、 增强、

复原、分割、提取特征等的理论、 方法和技术称为数字图像处理(Digital Image Processing)。

一般， 图像处理是用计算机和实时硬件实现的，因此也称之为计算机图像处理(Computer Image

Processing)。

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在日常生活中，图像处理已经得到广泛应用。例如， 电脑人像艺术， 电视中的特殊效果，自动售货机钞票 的识别， 邮政编码的自动识别和利用指纹、 虹膜、 面 部等特征的身份识别等。

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在医学领域，很早以前就采用X射线透视、 显

微镜照片等来诊断疾病。现在，计算机图像处理已成为疾病诊断的重要手段， 用一般摄影方法不 能获取的身体内部的状况，也能由特殊的图像处 理装置获取， 最具有代表性的就是X射线CT (Computed Tomograp

h, 计算机断层摄像)。

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2) 数字图像处理的重要意义 数字图像处理的产生和迅速发展主要受如下三个方 面的影响。 一是计算机的发展。早期的计算机无论在计算速度 或存储容量方面，难于满足对庞大图像数据进行实时处 理的要求。随着计算机硬件技术及数字化技术的发展，

计算机、内存及外围设备的价格急剧下降，而其性能却有了大幅度的提高。过去只能用大型计算机完成的庞大 处理，现在，在个人计算机(PC机)上也能够轻而易举 地实现。

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二是数学的发展， 特别是离散数学理论的创 立和完善，为数字图像处理奠定了理论基础。

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第一章 概 论 三是军事、医学和工业等方面应用需求的不断增长。自20世

纪20年代，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量以来，经过几十年的研究与发展，数字图像处理的 理论和方法进一步完善，应用范围更加广阔，已经成为一门新兴 的学科，并在向更高级的方向发展。如在景物理解和计算机视觉 (机器视觉)方面，图像处理已由二维处理发展到三维理解或解 释。特别是在景物理解和机器视觉方面， 图像也已由二维处理变 成三维解释。近几年来， 随着计算机和各个相关领域研究的迅速 发展， 科学计算可视化、 多媒体技术等研究和应用的兴起， 数

字图像处理从一个专门领域的学科， 变成了一种新型的科学研究和人机界面的工具。

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1.1.2 数字图像处理的特点数字图像处理是利用计算机的计算， 实现与光学系统模拟

处理相同效果的过程。数字图像处理具有如下特点： (1) 处理精度高，再现性好。利用计算机进行图像处理， 其实质是对图像数据进行各种运算。由于计算机技术的飞速发 展，计算精度和计算的正确性勿庸置疑； 另外，对同一图像用 相同的方法处理多次，也可得到完全相同的效果，具有良好的

再现性。(2)处理的多样性。由于图像处理是通过运行程序进行的， 因此，设计不同的图像处理程序，可以实现各种不同的处理目 的。 

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