第章第章 绪论绪论内容提要内容提要:数字图像处理的发展简史数字图像处理的发展简史图像处理的任务图像处理的任务基本的图像处理系统基本的图像处理系统图像各种形式的表示图像各种形式的表示MATLAB图像处理工具箱简介。图像处理工具箱简介。1a教学建议教学建议:1.1.本章教学安排本章教学安排4 4学时学时2.2.学习本课程的先修知识包括：学习本课程的先修知识包括：线性代数：矩阵的表示与运算线性代数：矩阵的表示与运算数字信号处理数字信号处理微机原理微机原理软件技术基础等软件技术基础等。2a3.重点了解重点了解图像处理的任务图像处理的任务基本的图像处理系统基本的图像处理系统微机图像处理系统微机图像处理系统数字图像的表示数字图像的表示Matlab图像处理工具箱的初步使用。图像处理工具箱的初步使用。3a1.1 数字图像处理及发展简史数字图像处理及发展简史1.1.1 数字图像与像素数字图像与像素图像是自然界景物的客观反映。图像是自然界景物的客观反映。在数字图像领域，将图像看成是许多大小相同、在数字图像领域，将图像看成是许多大小相同、形状一致的像素组成。形状一致的像素组成。像素（像素（picture element，简称，简称pixel）一幅图像可以用二维矩阵表示。一幅图像可以用二维矩阵表示。4a 图图1.1 自然景物图像自然景物图像 (a)原图原图 (b)将原图放大将原图放大4倍倍图像的数字化包括两个主要步骤：离散和量化图像的数字化包括两个主要步骤：离散和量化5a1.1.2 1.1.2 图像处理的发展简史图像处理的发展简史数字图像处理首次成功地应用在数字图像处理首次成功地应用在1964年美国年美国宇航局喷气推进实验室（宇航局喷气推进实验室（NASA JPL）对）对“徘徘徊者徊者7号号”探测器发来的几千张月球照片的进探测器发来的几千张月球照片的进行几何校正、灰度变换、去除噪声等处理。行几何校正、灰度变换、去除噪声等处理。考虑了太阳位置和月球环境的影响。考虑了太阳位置和月球环境的影响。用计算机绘制了月球表面的照片。用计算机绘制了月球表面的照片。6a20052005年年1 1月月1414日，日，“惠更斯惠更斯”探测器拍摄了探测器拍摄了“土卫六土卫六”的图的图像。像。 图图1.3 土卫六的地貌图土卫六的地貌图 图图1.4 陆地卫星陆地卫星5号号7a1.2 图像处理的目的、任务与特点图像处理的目的、任务与特点1.2.1 1.2.1 图像处理的目的图像处理的目的一般地，图像处理中需要完成以下一个或几个任务：一般地，图像处理中需要完成以下一个或几个任务：（1 1）提高图像的视觉质量以提供人眼主观满意或）提高图像的视觉质量以提供人眼主观满意或较满意的效果。较满意的效果。（2 2）提取图像中目标的某些特征，以便于计算机）提取图像中目标的某些特征，以便于计算机分析或机器人识别。分析或机器人识别。（3 3）为了存储和传输庞大的图像和视频信息，常）为了存储和传输庞大的图像和视频信息，常常对这类数据进行有效的压缩。常对这类数据进行有效的压缩。（4 4）信息的可视化。）信息的可视化。（5 5）信息安全的需要。）信息安全的需要。8a1.2.2 1.2.2 图像处理的任务图像处理的任务图像处理的主要任务：图像处理的主要任务：图像获取与数字化图像获取与数字化图像增强图像增强图像恢复图像恢复图像重建图像重建图像变换图像变换图像编码与压缩图像编码与压缩图像分割图像分割9a1.2.3 1.2.3 数字图像处理的特点数字图像处理的特点1 1具有数字信号处理技术共有的特点。如：具有数字信号处理技术共有的特点。如：（1 1）处理精度高。）处理精度高。（2 2）重现性能好。）重现性能好。（3 3）灵活性高。）灵活性高。2 2数字图像处理后的图像可能是供人观察和评价的，也数字图像处理后的图像可能是供人观察和评价的，也可能作为机器视觉的预处理结果。可能作为机器视觉的预处理结果。3 3数字图像处理技术适用面宽。原始模拟图像可以来自数字图像处理技术适用面宽。原始模拟图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像、超声波图像或红外图像。波谱图像、超声波图像或红外图像。10a 图图1.5 胸部胸部X光片图像光片图像 图图1.6 红外热像仪检测的手红外热像仪检测的手11a4数字图像处理技术综合性强。数字图像处理技术综合性强。5数字图像处理与模拟方式处理图像相比，也数字图像处理与模拟方式处理图像相比，也有一些不足之处，如有一些不足之处，如（1）数字图像处理的信息大多是二维或二维以上的）数字图像处理的信息大多是二维或二维以上的多维信息，数据量巨大多维信息，数据量巨大（2）数字图像信号占用的频带较宽。）数字图像信号占用的频带较宽。（3）处理费时。）处理费时。12a1.3 基本的图像处理系统基本的图像处理系统图像处理系统包括图像处理系统包括图像处理硬件和图像处理软件。图像处理硬件和图像处理软件。1.3.1 1.3.1 图像处理硬件图像处理硬件微机图像处理硬件系统主要微机图像处理硬件系统主要由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出设备等组成。图像存储器、图像输出设备等组成。软件系统包括软件系统包括操作系统、控制软件及应用软件等。操作系统、控制软件及应用软件等。13a图图1.7 1.7 基本的数字图像处理系统基本的数字图像处理系统14a较完整的数字图像处理系统结构框图：较完整的数字图像处理系统结构框图：由输入设备、成像显示记录设备、数字图像处由输入设备、成像显示记录设备、数字图像处理核心、交互控制单元等组成。理核心、交互控制单元等组成。1 图像输入设备图像输入设备完成将模拟光学图像转换成模拟电图像的过程。完成将模拟光学图像转换成模拟电图像的过程。数字化图像输入设备还进一步将模拟电图像进数字化图像输入设备还进一步将模拟电图像进行数字化以便于存储介质存储和计算机处理。行数字化以便于存储介质存储和计算机处理。15a2. 图像存储器图像存储器为了适应图像的大数据量要求，输入图像、输为了适应图像的大数据量要求，输入图像、输出图像以及中间结果图像必须用大容量存储介出图像以及中间结果图像必须用大容量存储介质进行存储。质进行存储。3. 主机主机用于图像处理的计算机。用于图像处理的计算机。4显示器及图像输出设备显示器及图像输出设备16a图图1.8 1.8 数字图像处理系统结构图数字图像处理系统结构图17a图像采集卡、显示卡、高速图像处理卡等。图像采集卡、显示卡、高速图像处理卡等。（1）图像采集卡）图像采集卡（2）高速图像处理卡）高速图像处理卡（3）显示卡）显示卡18a图图1.9 1.9 基于基于DSPDSP的高速图像处理卡结构图的高速图像处理卡结构图19a图1.10 VGA显卡的原理框图20a1.3.2 1.3.2 图像处理软件图像处理软件图图1.11 1.11 图像处理软件系统的层次结构图像处理软件系统的层次结构21a1. 图像设备驱动程序图像设备驱动程序2. 操作系统：操作系统：（1）IBM PC及兼容机一般使用及兼容机一般使用Microsoft Windows操操作系统。作系统。（2）Apple Macintosh机一般使用机一般使用Mac OS X操作系统。操作系统。（3）图形工作站典型使用）图形工作站典型使用UNIX或或X WINDOWS操作系操作系统。统。3图像处理开发工具图像处理开发工具（1）VC+面向对象可视化集成工具面向对象可视化集成工具（2）MATLAB的图像处理工具箱的图像处理工具箱（3）图像应用软件：）图像应用软件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee22a1.4数字图像处理的应用与发展趋势数字图像处理的应用与发展趋势1.4.1 1.4.1 数字图像处理的应用数字图像处理的应用1 1航天和航空技术方面的应用航天和航空技术方面的应用2 2生物医学工程方面的应用生物医学工程方面的应用3 3通信工程方面的应用通信工程方面的应用4 4工业自动化和机器人视觉方面的应用工业自动化和机器人视觉方面的应用5 5军事和公安方面的应用军事和公安方面的应用6 6生活和娱乐方面的应用生活和娱乐方面的应用23a1.4.2 1.4.2 数字图像处理的发展趋势数字图像处理的发展趋势（1 1）上世纪末到本世纪初在图像处理技术领）上世纪末到本世纪初在图像处理技术领域出现了一些新热点域出现了一些新热点（2 2）“传统的传统的”图像分割和图像压缩编码等领图像分割和图像压缩编码等领域仍有研究的价值。域仍有研究的价值。（3 3）加强对视觉特性、心理学特性等的进一）加强对视觉特性、心理学特性等的进一步研究，作为边缘学科，图像处理技术更应该步研究，作为边缘学科，图像处理技术更应该注意借鉴其他学科的理论、技术和方法，完善注意借鉴其他学科的理论、技术和方法，完善图像处理的理论和技术体系。图像处理的理论和技术体系。24a（4）在硬件技术方面，要在进一步提高精度的同）在硬件技术方面，要在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。时着重解决处理速度问题。（5）图像处理技术在图像通信的研究和应用具有）图像处理技术在图像通信的研究和应用具有广阔的市场前景。广阔的市场前景。（6）智能图像信息处理新理论与新技术的研究。）智能图像信息处理新理论与新技术的研究。（7）图像处理领域的标准化的研究。）图像处理领域的标准化的研究。25a