数字图像处理版权所有,1997 (c) Dale Carnegie & Associates,Inc.
Digital Image Processing
教材：图像工程（上册）
图像处理与分析第一章 概论
CHAPTER 1 GENERALITY
§ 1 基本概念
§ 2 研究内容和方法
§ 3 发展和应用
§ 4 技术特点
§ 1.1 图像和数字图像
§ 1.1.1 图像（ Image）
一、图像,是二维或三维景物（万事万物）呈现在人心目中的影象。
二、图像的特点
1）图像带有大量的信息,一幅图像顶得上千言万语。
2）图像包括照片、绘图视频图像等。
3）人类从外界获得的信息约有 75%来自视觉系统。
三、图像表示,
常见图像是连续的，用 f（ x,y） 表示一幅图像，其中 x,y表示空间坐标点的位置,f 表示图像在点 （ x,y） 的某种性质的数值，
如亮度等 。 f,x,y可以是任意实数 。
§ 1.1.2 数字图像一、数字图像,（ Digital Image）
把连续空间的图像在坐标空间 (X,Y)和性质空间 F都离散化，便于计算机进行加工处理，这种离散化的图像就是数字图像。数字图像是本课程的主要研究对象。
二、数字图像表示,
数字图像用 I（ r,c） 来表示，其中 r = row 行,c = column 列，表示空间离散点的坐标,I 表示离散化的图像 f 。 I,r,c都是整数 。
实际中仍习惯 用 f（ x,y） 表示数字图像。
数字图像中基本单位称为像素,pixel。 数字图像是由像素组成的。
三、数字图像举例
数字图像举例：左图为 MAN(人 )，右图为 TANK（ 物）
§ 1.2 图像处理和图像工程
§ 1.2.1 数字图像处理数字图像处理（ Image Processing） 是指应用计算机来合成、
变换已有的数字图像，从而产生一种新的效果，并把加工处理后的图像重新输出，这个过程称为数字图像处理。
即：图像（可见或不可见） 计算机 图像。
例如 CT技术 Computer Tomography
计算机 X射线断层造影技术
§ 1.2.2 图像工程
一、图像工程的示意图
高 图像理解 符号 小
语义 图像分析 目标 数据量
低 图像处理 像素 大
1,图像处理：对图像进行各种加工，以改善图像的视觉效果；
强调图像之间进行的变换；
图像处理是一个从图像到图像的过程。
§ 1.2.2 图像工程（续 1）
2,图像分析：对图像中感兴趣的目标进行提取和分割，获得目标的
客观信息（特点或性质），建立对图像的描述；
以观察者为中心研究客观世界；
图像分析是一个从图像到数据的过程。
3,图像理解,研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系；
得出对图像内容含义的理解及原来客观场景的解释；
以客观世界为中心，借助知识、经验来推理、认识
客观世界，属于高层操作（符号运算）。
§ 1.2.2 图像工程（续 2）
二、图像工程与相关学科的联系和区别
图像工程是一门交叉学科，研究方法上，与数学、
物理学（光学）、生理学、心理学、电子学、计算机科学相互借鉴；研究范围上，与计算机图形学、模式识别、
计算机视觉相互交叉。
详见 P4图 ；
图像工程与相关学科的联系,
计算机图形学 CG,计算机视觉 CV,图像处理 IP互相渗透，覆盖面有很多重合；
§ 1.2.3 IP的主要研究内容和方法
§ 1.2.3.1 基本的图像处理和分析系统构成（五大模块）
通信
采集 处理和分析 显示
存储
一、图像采集模块可采用 CCD照相机、视频摄象机、扫描仪等；
二、显示模块 CRT或 TV,纯平彩显、液晶彩显等；
三、存储模块采用磁盘、光盘（可读写）；
四、通信模块实现网络传输图像（局域网等）；
五、处理和分析模块主要是运算，用算法的形式描述，用软件实现
§ 1.2.3.2 主要研究内容一,图像增强图像增强：改善图像的主观质量，标准因人而异。内容包括灰度变换增强、直方图修正、空间滤波和频率滤波（平滑和锐化）、
彩色增强等。在第四章介绍。
二,图像恢复和重建图像恢复：也称为图像复原。内容有退化模型和对角化、有约束恢复、无约束恢复、几何失真校正等。
图像重建：属于一类恢复。方法有傅里叶反变换重建、卷积逆投影重建、综合重建等。
在第五章介绍。
§ 1.2.3.2 主要研究内容 （续 1）
三,图像压缩编码图像压缩编码：是基于图像信息量大、冗余信息多的特点实现图像的压缩。图像编码分为有失真编码和无失真编码两大类。内容包括简单编码方法、预测编码方法、变换编码方法等。在第六章介绍。
四,图像分割图像分割：图像分割是按图像的灰度、颜色或几何性质等测度把一些物体或区域加以分离的过程。通过图像分割找出感兴趣的物体或区域，以便于进一步分类、分析和识别处理。是图像分析的基础。图像分割分为串行、并行和边界、区域组合的四大类技术。在第七章介绍。
§ 1.2.3.2 主要研究内容 （续 2）
五,目标表达和描述目标表达：将分割出的物体或区域（目标）采用一种不同于原始图像的表达形式来表示。数据结构的选择要求节省空间、易于特征计算。具体分为边界表达（外部表达法）和区域表达（内部表达法）。
图像描述：用适当的数学语言来表示区域间的关系（联系和区别），得出一种简练的表达方式，称为描述。常用的有边界描述符、区域描述符、结构描述符等。
目标表达和描述在第八章介绍。
除此以外，图像匹配（ Matching） 和图像识别（ Recognition）
等也是图像处理与分析的研究内容。但不在本课程中介绍。
§ 1.3 IP的发展和应用一、发展过程早期的计算机满足不了图像处理的要求。没有 IP。
60年代,FFT算法的提出，使得图像处理的某些计算得以实现，
美国在 64年用计算机辅助绘制出了月球表面的地图 。
70年代 IP有了较大的发展,1976年出版了第一本图像处理的专著（ Rosenfeld） 。
80年代开始从 2D图像发展到 3D图像处理，得到了广泛应用。
90年代，以多媒体技术为代表,IP的应用涉及到人类生活的各个方面 。
21世纪,IP将改变人们的生活方式。
二,IP的应用一、遥感技术方面（飞机遥感或卫星遥感技术）
大量的红外图像、多谱段图像，必须采用数字图像处理方法用于资源调查、城市规划、环境保护等方面二、医学图像（计算机层析成像发明者获诺贝尔医学奖）
超声波图像分析,CT技术、核磁共振成像等三、工业领域（取代人所无法完成的任务，危险地带等）
无损探伤、具有视觉或听觉的机器人（手）等四、军事领域（投于最大的领域）
运动目标的图像自动跟踪技术、指纹识别等五、文化艺术（文物的复制和修复、虚拟现实游戏等）
六、其它（远程教学、会议系统、气象云图等）
§ 1.4 主要技术特点一、数字图像信息的特点
1,信息量大（ TV图像 500-700*480）
一幅 512*512的灰度图像（ 256级灰度）约 260KB；
卫星图像 3240*2340,SAR合成孔径雷达图像 8000*8000；
2,占用频带较宽（ 5-6MHZ）,技术实现难度大，成本高；
3,相关性很大，冗余信息多；
二、图像处理的特点（相对于光学图像处理、视频信号处理）
1,灵活性强 可以拼贴、调整、修改；
2,精度高 分辨率高、处理方便
3,再现性好 可以永久保存
Digital Image Processing
教材：图像工程（上册）
图像处理与分析第一章 概论
CHAPTER 1 GENERALITY
§ 1 基本概念
§ 2 研究内容和方法
§ 3 发展和应用
§ 4 技术特点
§ 1.1 图像和数字图像
§ 1.1.1 图像（ Image）
一、图像,是二维或三维景物（万事万物）呈现在人心目中的影象。
二、图像的特点
1）图像带有大量的信息,一幅图像顶得上千言万语。
2）图像包括照片、绘图视频图像等。
3）人类从外界获得的信息约有 75%来自视觉系统。
三、图像表示,
常见图像是连续的，用 f（ x,y） 表示一幅图像，其中 x,y表示空间坐标点的位置,f 表示图像在点 （ x,y） 的某种性质的数值，
如亮度等 。 f,x,y可以是任意实数 。
§ 1.1.2 数字图像一、数字图像,（ Digital Image）
把连续空间的图像在坐标空间 (X,Y)和性质空间 F都离散化，便于计算机进行加工处理，这种离散化的图像就是数字图像。数字图像是本课程的主要研究对象。
二、数字图像表示,
数字图像用 I（ r,c） 来表示，其中 r = row 行,c = column 列，表示空间离散点的坐标,I 表示离散化的图像 f 。 I,r,c都是整数 。
实际中仍习惯 用 f（ x,y） 表示数字图像。
数字图像中基本单位称为像素,pixel。 数字图像是由像素组成的。
三、数字图像举例
数字图像举例：左图为 MAN(人 )，右图为 TANK（ 物）
§ 1.2 图像处理和图像工程
§ 1.2.1 数字图像处理数字图像处理（ Image Processing） 是指应用计算机来合成、
变换已有的数字图像，从而产生一种新的效果，并把加工处理后的图像重新输出，这个过程称为数字图像处理。
即：图像（可见或不可见） 计算机 图像。
例如 CT技术 Computer Tomography
计算机 X射线断层造影技术
§ 1.2.2 图像工程
一、图像工程的示意图
高 图像理解 符号 小
语义 图像分析 目标 数据量
低 图像处理 像素 大
1,图像处理：对图像进行各种加工，以改善图像的视觉效果；
强调图像之间进行的变换；
图像处理是一个从图像到图像的过程。
§ 1.2.2 图像工程（续 1）
2,图像分析：对图像中感兴趣的目标进行提取和分割，获得目标的
客观信息（特点或性质），建立对图像的描述；
以观察者为中心研究客观世界；
图像分析是一个从图像到数据的过程。
3,图像理解,研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系；
得出对图像内容含义的理解及原来客观场景的解释；
以客观世界为中心，借助知识、经验来推理、认识
客观世界，属于高层操作（符号运算）。
§ 1.2.2 图像工程（续 2）
二、图像工程与相关学科的联系和区别
图像工程是一门交叉学科，研究方法上，与数学、
物理学（光学）、生理学、心理学、电子学、计算机科学相互借鉴；研究范围上，与计算机图形学、模式识别、
计算机视觉相互交叉。
详见 P4图 ；
图像工程与相关学科的联系,
计算机图形学 CG,计算机视觉 CV,图像处理 IP互相渗透，覆盖面有很多重合；
§ 1.2.3 IP的主要研究内容和方法
§ 1.2.3.1 基本的图像处理和分析系统构成（五大模块）
通信
采集 处理和分析 显示
存储
一、图像采集模块可采用 CCD照相机、视频摄象机、扫描仪等；
二、显示模块 CRT或 TV,纯平彩显、液晶彩显等；
三、存储模块采用磁盘、光盘（可读写）；
四、通信模块实现网络传输图像（局域网等）；
五、处理和分析模块主要是运算，用算法的形式描述，用软件实现
§ 1.2.3.2 主要研究内容一,图像增强图像增强：改善图像的主观质量，标准因人而异。内容包括灰度变换增强、直方图修正、空间滤波和频率滤波（平滑和锐化）、
彩色增强等。在第四章介绍。
二,图像恢复和重建图像恢复：也称为图像复原。内容有退化模型和对角化、有约束恢复、无约束恢复、几何失真校正等。
图像重建：属于一类恢复。方法有傅里叶反变换重建、卷积逆投影重建、综合重建等。
在第五章介绍。
§ 1.2.3.2 主要研究内容 （续 1）
三,图像压缩编码图像压缩编码：是基于图像信息量大、冗余信息多的特点实现图像的压缩。图像编码分为有失真编码和无失真编码两大类。内容包括简单编码方法、预测编码方法、变换编码方法等。在第六章介绍。
四,图像分割图像分割：图像分割是按图像的灰度、颜色或几何性质等测度把一些物体或区域加以分离的过程。通过图像分割找出感兴趣的物体或区域，以便于进一步分类、分析和识别处理。是图像分析的基础。图像分割分为串行、并行和边界、区域组合的四大类技术。在第七章介绍。
§ 1.2.3.2 主要研究内容 （续 2）
五,目标表达和描述目标表达：将分割出的物体或区域（目标）采用一种不同于原始图像的表达形式来表示。数据结构的选择要求节省空间、易于特征计算。具体分为边界表达（外部表达法）和区域表达（内部表达法）。
图像描述：用适当的数学语言来表示区域间的关系（联系和区别），得出一种简练的表达方式，称为描述。常用的有边界描述符、区域描述符、结构描述符等。
目标表达和描述在第八章介绍。
除此以外，图像匹配（ Matching） 和图像识别（ Recognition）
等也是图像处理与分析的研究内容。但不在本课程中介绍。
§ 1.3 IP的发展和应用一、发展过程早期的计算机满足不了图像处理的要求。没有 IP。
60年代,FFT算法的提出，使得图像处理的某些计算得以实现，
美国在 64年用计算机辅助绘制出了月球表面的地图 。
70年代 IP有了较大的发展,1976年出版了第一本图像处理的专著（ Rosenfeld） 。
80年代开始从 2D图像发展到 3D图像处理，得到了广泛应用。
90年代，以多媒体技术为代表,IP的应用涉及到人类生活的各个方面 。
21世纪,IP将改变人们的生活方式。
二,IP的应用一、遥感技术方面（飞机遥感或卫星遥感技术）
大量的红外图像、多谱段图像，必须采用数字图像处理方法用于资源调查、城市规划、环境保护等方面二、医学图像（计算机层析成像发明者获诺贝尔医学奖）
超声波图像分析,CT技术、核磁共振成像等三、工业领域（取代人所无法完成的任务，危险地带等）
无损探伤、具有视觉或听觉的机器人（手）等四、军事领域（投于最大的领域）
运动目标的图像自动跟踪技术、指纹识别等五、文化艺术（文物的复制和修复、虚拟现实游戏等）
六、其它（远程教学、会议系统、气象云图等）
§ 1.4 主要技术特点一、数字图像信息的特点
1,信息量大（ TV图像 500-700*480）
一幅 512*512的灰度图像（ 256级灰度）约 260KB；
卫星图像 3240*2340,SAR合成孔径雷达图像 8000*8000；
2,占用频带较宽（ 5-6MHZ）,技术实现难度大，成本高；
3,相关性很大，冗余信息多；
二、图像处理的特点（相对于光学图像处理、视频信号处理）
1,灵活性强 可以拼贴、调整、修改；
2,精度高 分辨率高、处理方便
3,再现性好 可以永久保存
