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1、研究数字图像处理技术1 介绍数字图像处理方法的兴趣源于两个主要应用领域:提高图象信息处理的人工解释; 图像数据进行存储、传输及机器自主感知。这一章有几个目的:(1)定义的领域范围,我们称之为图像处理;(2)从历史的角度来看这一领域的起源;(3)为国家的艺术提供一些方法,在通过图像处理检查一些主要应用领域时;(4)简要的讨论用于数字图像处理的主要方法;(5)概述了包含在一个典型的、通用的图像处理系统组件;(6)提供方向的书籍和其他文学中图像处理工作通常是记者。1.1 什么是数字图像处理吗?一个图像可以被定义为一个二维函数 f(x,y),x 和 y 是空间(平面)的坐标以及在任何一对坐标(x,y)
2、的振幅 f 称为图像在这一点上的强度或灰度。数字图像处理领域是指处理数字图像通过数字计算机。注意,数字图像是由一个有限数目的元素,每一个都有一个特定的位置和幅值。这些元素被称为图像元素,象素,像素。像素是最广泛使用的术语来表示元素的一个数字图像。我们认为这些定义更正式的术语在第二章。视觉是最先进的感官,难怪在人类感知中图片扮演最重要的角色。然而,与人仅限于在可见光波段的电磁(EM)谱,成像机器覆盖几乎整个电磁光谱 ,从射线到无线电波。他们可以处理图像所产生的来源,这是人类不习惯图像处理。这些包括超声波、电子显微镜和计算机生成的图片。因此,数字图像处理包括多种多样的应用领域。在开始没有通用的协议
3、，关于在哪里图像处理停止和其他相关领域,如图像分析和计算机视觉。有时一个区别是由定义图像处理作为一门学科都在输入和输出过程的照片。我们相信这是一个限制,有些人工边界。例如,根据这个定义,甚至微不足道的任务计算平均强度的一个图像(收益率一个数字 )将不会被认为是一个图像处理操作。另一方面 ,计算机视觉等领域的最终目标是利用计算机来模拟人类的视觉,包括学习和能够做出推论和采取行动基于视觉输入。这个区域本身就是一个分支,人工智能(AI)的目的是模拟人类智能。这一领域的人工智能是在其早期阶段的初级阶段发展而言,进步已经比最初预想要慢得多。区域的图像分析( 也称为图像理解)是在图像处理和计算机视觉之间。
4、没有明确的边界在连续体的一端从图像处理,计算机视觉在其他。然而,一个有用的范例是考虑三种类型的计算机化过程是这个统一体:低,中,和高过过程。低级处理涉及原始操作如图像预处理来降低噪声,对比度增强,图像锐化。一个低级过程的特点在于,实际上两个其输入和输出图像。中级处理图像的工作包括诸如分割(分区一个图像到区域或对象), 描述的对象来减少他们一种适于计算机处理和分类(识别) 的个别对象。在水平过程的特点是事实,它的输入通常是图像,但其输出属性从这些影像中(e . g 。,边缘轮廓,这个身份的个人对象) 。最后,高级处理涉及“让意义”的一套公认的对象,见图像分析,远远的连续介质,执行认知功能通常与视
5、觉有关。基于前面的评论,我们看到,一个逻辑位置重叠的图像处理和图像分析的面积是识别个别地区或对象。因此,我们所说的在这本书中数字图像处理包括流程的输入和输出是图像,此外,包括流程,从图像中提取属性,包括单个对象的识别。作为一个简单的例子来阐明这些概念,考虑该地区的自动化分析的文本。这个过程获得的图像区域包含文本。预处理,图像,提取(分段)的单个字符,描述人物以一种适于计算机处理和识别那些个别字符范围内的我们称之为数字图像处理在这本书。使意义的内容页面可以被看作是在域的图像分析,甚至计算机视觉,这取决于水平的复杂性所暗示的语句”使得用香熏。 ”不久将随处可见,数字图像处理,因为我们已经定义了它,
6、是成功应用于广泛的领域的特殊社会响和经济价值。这个概念在以下章节是开发的基础方法用于这些应用领域。1.2 数字图像处理的起源第一个数字图像的应用是在报纸行业,当第一次发送的图片是伦敦和纽约之间的海底电缆。介绍 Bartlane 电缆视频传输系统在 1920 年代早期减少所需的时间运输一幅横跨大西洋的一个多星期,不到三个小时。专业印刷设备编码的图片为电缆传输,然后在接收端重建它们。图 1.1 是通过这种方式传播和复制在电报打印机安装字体模拟半色调图案。最初的一些问题在改善视觉质量的这些早期的数码照片相关的选择印刷过程和分布的强度水平。印刷方法用于获得无花果。1.1 是放弃了向 1921 年底赞成
7、一个技术基于摄影再生产由磁带穿孔在电报接收终端。图 1.2 显示了一个使用这种方法得到的图像。在图 1.1 的进步是明显的,无论是在音质和分辨率。图 1.1 数字图像是在 1921 年从一个编码带由 图 1.2 数码照片是在 1922 年,电报打印机打印的(麦克法兰 ) 根据一个穿越大西洋传递两用特殊的打印方式 次的的信号,打印出来的。有些错误是可见的。早期的 Bartlane 系统能够编码图像在五个不同层次的灰色。此功能是在 1929 年增加到 15 水平。图 1.3 是典型的图像,可以获得使用 15 音设备。在此期间,介绍系统开发一个膜板通过光束,被调制的编码图像复制过程大大提高了磁带容量
8、。尽管这个例子只是引用涉及数字图像,他们不认为是数字图像处理的结果在上下文的定义,因为电脑没有参与他们的创造。因此,数字处理的历史与发展密切的数字计算机。事实上数字图像需要如此多的存储和计算能力的进步,数字图像处理领域一直依赖于开发的数字计算机支持技术,包括数据存储、显示、传输。一台电脑的想法可以追溯到算盘的发明在小亚细亚,超过 5000 年前。最近,有进展在过去两个世纪的基础的今天我们所说的计算机。然而,依据我们所说的现代数字计算机可以追溯到 1940 年代只有通过引入约翰冯诺伊曼的两个关键概念:(1)内存来保存一个存储程序和数据,以及(2)条件分支。有两个想法的基础的一个中央处理单元(CP
9、U), 它的核心是计算机今天。从冯诺依曼,有一系列的进步,导致电脑强大到足以被用于数字图像处理。简单地说,这些进步可能总结如下:(1)晶体管的发明在 1948 年由贝尔实验室;(2)发展在 1950 年代和 1960 年代的高级编程语言 COBOL(面向商业的通用语言)和FORTRAN(公式翻译 );(3)发明集成电路(IC) 在德州仪器 1958 年;(4)操作系统的发展在 1960 年代早期;(5)微处理器的开发(单个芯片组成的中央处理单元、存储器、输入和输出控件),国米在 1970年代早期;(6)介绍 IBM 的个人电脑在 1981;(7)逐步小型化的组件,从大规模集成(LI)在 197
10、0 年代后期,然后超大规模集成电路(VLSI)在1980 年代,到现在使用超大规模集成(超大规模集成) 。图 1.3 在 1929 年从伦敦到 Cenerale 潘兴在纽约通过 15 平调设备传输没有处理的照片。同时这些进步是大规模发展存储和显示系统, 数字图像处理领域的基本要求,。第一个电脑强大到足以进行有意义的图像处理任务出现在 1960 年代早期。出生的我们称之为数字图像处理今天可以追溯到这些机器的可用性和快速的爆发程序在那段时期。它把这两个发展的结合将成为关注焦点的潜在的数字图像处理的概念。利用计算机技术工作为提高图像从一个太空探测器开始在喷气推进实验室(帕萨迪纳,加利福尼亚州) 在
11、1964 年当月球的画面通过管理员 7 处理由计算机来纠正各种类型的图像失真所固有的车载电视摄像机。Figure1.4shows 第一映像的月亮被管理员 7 1964 年 7 月 31 日上午 9:09 年 a . m .东部夏令时间(EDT),约 17 分钟前撞击月球表面 (标记,称为网格标记,用于几何修正,详见第五章)。这也是第一映像的月亮被一个美国宇宙飞船。成像的教训与游侠 7 担任基础改进方法用来提高和恢复图像的测量任务到月球,水手系列飞越火星任务,阿波罗载人飞行到月球,和其他人。在平行空间应用,数字图像处理技术始于 1960 年代末和 1970 年代早期用于医疗成像、远程地球资源观测
12、和天文。本发明在 1970 年代早期的计算机轴向断层扫描(猫), 也称为计算机断扫描(CT)断层 ,是最重要的事件之一在图像处理的应用在医学诊断。计算机轴向断层是一个过程,在这一圈环绕一个对象的探测器(或病人) 和一个 x 射线源,同心探测器环,旋转对象。x 射线穿过物体和收集另一端通过相应的探测器在环。作为源的旋转,这个过程是重复的。断层由算法,利用感知数据构建一种形象,代表了一个“切”通过对象。运动的物体在一个方向垂直于环探测器产生一组这样的片,构成一个三维(3 - d)引渡的内部对象。断层摄影术发明独立爵士戈弗雷艾伦m 科尔马克打进 Hounsfield 和教授,他们分享的 x 射线被发现是在 1895 年由威廉康拉德伦琴,为此他获得了 1901 年诺贝尔物理学奖。这两个发明,近100 年的分离,导致了一些最活跃的应用领域的图像处理今天。图 1.4 第一张月球照片由美国宇宙飞船骑警 7 在 7 月 31 日拍摄了这张图片,1964 年在美国东部时间上午 9:09,约 17 分钟前月球表面的影响。(由美国国家航空航天局)。
