第一章 数字图像处理概论
* 图像 是对客观存在对象的一种相似性的、生动性的描述或写真。
* 模拟图像
空间坐标和明暗程度都是连续变化的、计算机无法直接处理的图像
* 数字图像
空间坐标和灰度均不连续的、 用离散的数字 （一般整数）表示的图像 （计算机能
处理）。是图像的数字表示，像素是其最小的单位。
* 数字图像处理 （Digital Image Processing ）
利用计算机对数字图像进行 （去除噪声、 增强、 复原、 分割、 特征提取、 识别等）
系列操作，从而获得某种预期的结果的技术。 （计算机图像处理）
* 数字图像处理的特点（优势）
（1）处理精度高，再现性好。 （2）易于控制处理效果。 （3）处理的多样性。 （4）
图像数据量庞大。 （5）图像处理技术综合性强。
* 数字图像处理的目的
（1）提高图像的视感质量， 以达到赏心悦目的目的
a. 去除图像中的噪声；
b. 改变图像的亮度、颜色；
c. 增强图像中的某些成份、 抑制某些成份；
d. 对图像进行几何变换等，达到艺术效果；
（2）提取图像中所包含的某些特征或特殊信息。
a.
（3）对图像数据进行变换、 编码和压缩， 以便于图像的存储和传输。
** 数字图像处理的主要研究内容
（1） 图像的数字化
a. 如何将一幅光学图像表示成一组数字，既不失真又便于计算机分析处理
b. 主要包括的是图像的采样与量化
（2*） 图像的增强
a. 加强图像的有用信息，消弱干扰和噪声
（3）图像的恢复
a. 把退化、 模糊了的图像复原。 模糊的原因有许多种， 最常见的有运动模糊， 散
焦模糊等
（4*）图像的编码
a. 简化图像的表示，压缩表示图像的数据，以便于存储和传输。
（5）图像的重建
a. 由二维图像重建三维图像（如 CT）
（6）图像的分析
a. 对图像中的不同对象进行分割、分类、识别和描述、解释。
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（7）图像分割与特征提取
a. 图像分割是指将一幅图像的区域根据分析对象进行分割。
b. 图像的特征提取包括了形状特征、纹理特征、颜色特征等。
（8）图像隐藏
a. 是指媒体信息的相互隐藏。 b. 数字水印。 c. 图像的信息伪装。
（9）图像通信
** 图像工程的三个层次
图像理解（从图像到解释） - 图像分析（从图像到数据） - 图像处理（从图像到
图像）
抽象程度（高—低）
数据量（小—大）
语义（高层、中层、低层）
操作对象（符号、目标、像素）
* 图像分析：图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它
们的客观信息，从而建立对图像的描述。
* 图像理解：图像理解的重点是在图像分析的基础上，进一步研究图像中各个目
标的性质和他们之间的相互联系， 并得出对图像内容含义的理解以及对原来客观
场景的解释，从而指导和规划行动。
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图像处理： 【图像输入——（图像处理 <增强、复原、编码、压缩等 >）——图像
输出）
图像识别： 【图像输入——（图像预处理 <增强、复原 >）——（图像分割）——
（特征提取）——（图像分类）——类别、识别结果】
图像理解： 【图像输入——（图像预处理）——（图像描述）——（图像分析和
理解）——图像解释】
* 数字图像处理的应用领域：
通信：图象传输，电视电话等。
宇宙探测：星体图片处理。
遥感：地形、地质、矿藏探查，森林、水利、海洋、农业等资源调查，自然灾害
预测，环境污染的监测，气象云图。
生物医学： CT， X射线成象， B 超，红外图象，显微图象。
工业生产： 产品质量检测，生产过程控制， CAD， CAM。
军事： 军事目标侦察，制导系统，警戒系统，自动火器控制，反伪装等。
公安： 现场照片，指纹，手迹，印章，人像等处理和鉴别。
档案： 过期的文字、图片档案的修复和处理。
机器人视觉
娱乐： 电影特技，动画，广告， MTV等
* 数字图像处理的发展动向
（1）提高精度，提高处理速度（ 2）加强软件研究，开发新方法（ 3）加强边缘
学科的研究工作（ 4）加强理论研究（ 5）图像处理领域的标准化问题
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第二章 数字图像处理基础
* 电磁辐射波：
（1）在实际的图像处理应用中，最主要的图像来源于电磁辐射成像。
（2）电磁辐射波包括无线电波 （1m-100km）、 微波 (1mm-1m)、 红外线 (700nm-1mm) 、
可见光 (400nm-700nm)、紫外线 (10nm-400nm)、 X 射线 (1nm-10nm)、 γ射线
(0.001nm-1nm)。
（3）电磁辐射波的波谱范围很广，波长最长的是无线电波为 3×102m，其波长
是可见光波长的几十亿倍；波长最短的是 γ射线，波长为 3×10-17m，其波长比
可见光小几百万倍。
* 太阳的电磁辐射波
(1) 太阳的电磁辐射波恰好主要占据整个可见光谱范围。
(2) 可见光随波长的不同依次呈现出紫、蓝、绿、黄、橙 ( 橘红 ) 、红六种颜色，
白光是由不同颜色的可见光线混合而成的。
(3) 人从一个物体感受到的颜色是由物体反射的可见光的特性决定的，若一个物
体反射的光在所有可见光波长范围内是平衡的，则对观察者来说显示的是白色；
若一个物体只反射可见光谱中有限范围的光，则物体就呈现某种颜色。
* 电磁波谱与可见光谱相关概念
(1) 仅有单一波长成份的光称为单色光， 含有两种以上波长成份的光称为复合光，
单色光和复合光都是有色彩的光。
(2) 没有色彩的光称为消色光。消色光就是观察者看到的黑白电视的光，所以消
色指白色、黑色和各种深浅程度不同的灰色。
(3) 消色光的属性仅有亮度或强度，通常用灰度级描述这种光的强度。
* 简单的图像成像模型
一幅图像可定义成一个二维函数 f(x,y) 。由于幅值 f 实质上反映了图像源
的辐射能量，所以 f(x,y) 一定是非零且有限的，也即有： 0<f(x,y)<A0
图像是由于光照射在景物上，并经其反射或透射作用于人眼的结果。所以：
f(x,y) 可由两个分量来表征， 一是照射到观察景物的光的总量， 二是景物反射或
透射的光的总量 .
设 i(x,y) 表示照射到观察景物表面 (x,y) 处的白光强度， r(x,y) 表示观察景
物表面 (x,y) 处的平均反射 ( 或透射 ) 系数，则有：
f(x,y)=i(x,y)r(x,y)
其中： 0 < i(x,y) < A1 (2.4)
0 ≤ r(x,y) ≤ 1
对于消色光图像 ( 有些文献称其为单色光图像 ) ， f(x,y) 表示图像在坐标点
(x,y) 的灰度值 l ，且：
l=f(x,y) (2.5)
这种只有灰度属性没有彩色属性的图像称为灰度图像。
由式(2.4) ，显然有：
4
Lmin ≤l ≤Lmxa (2.6)
区间