【正文】 1 一 ． 課程研究目的及意義 數(shù)字圖像處理最早出現(xiàn)于 20世紀(jì) 50年代，當(dāng)時的電子計算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開始利用計算機(jī)來處理圖形和圖像信息。數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科大約形成于 20世紀(jì) 60年代初期。 早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。圖像處理中，輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等 。 首次獲得實際成功應(yīng)用的是美國噴氣推進(jìn)實驗室（ JPL）。他們對航天探測器徘徊者 7號在 1964年發(fā)回的幾千張月球照片使用了圖像處理 技術(shù)，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等方法進(jìn)行處理，并考慮了太陽位置和月球環(huán)境的影響，由計算機(jī)成功地繪制出月球表面地圖，獲得了巨大的成功。隨后又對探測飛船發(fā)回的近十萬張照片進(jìn)行更為復(fù)雜的圖像處理，以致獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，獲得了非凡的成果，為人類登月創(chuàng)舉奠定了堅實的基礎(chǔ)，也推動了數(shù)字圖像處理這門學(xué)科的誕生。在以后的宇航空間技術(shù)，如對火星、土星等星球的探測研究中，數(shù)字圖像處理技術(shù)都發(fā)揮了巨大的作用。數(shù)字圖像處理取得的另一個巨大成就是在醫(yī)學(xué)上獲得的成果。 1972年英國 EMI公司工程師 Housfield發(fā)明了用于頭顱診斷的 X射線計算機(jī)斷層攝影裝置，也就是我們通常所說的 CT（ Computer Tomograph）。 CT的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經(jīng)計算機(jī)處理來重建截面圖像，稱為圖像重建。1975年 EMI公司又成功研制出全身用的 CT裝置，獲得了人體各個部位鮮明清晰的斷層圖像。 1979年，這項無損傷診斷技術(shù)獲得了諾貝爾獎，說明它對人類作出了劃時代的貢獻(xiàn)。 與此同時，圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開拓性成就，屬于這些領(lǐng)域的有航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測、機(jī)器人視覺、公安司 法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等，使圖像處理成為一門引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。隨著圖像處理技術(shù)的深入發(fā)展，從 70 年代中期開始，隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。人們已開始研究如何用計算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，實現(xiàn)類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界，這被稱為圖像理解或計算機(jī)視覺。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進(jìn)展，但它本身是一個比較難的研究領(lǐng)域，存在不少困難，因人類本身對自己的視覺過程還了解甚少，因此計算機(jī)視覺是一個有待人們進(jìn)一步 探索新的領(lǐng)域。 2 二． 數(shù)字圖像處理簡介 數(shù)字圖像處理又稱為計算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機(jī)對其進(jìn)行處理的過程。數(shù)字圖像處理的早期應(yīng)用是對宇宙飛船發(fā)回的圖像所進(jìn)行的各種處理。到了 70 年代，圖像處理技術(shù)的應(yīng)用迅速從宇航領(lǐng)域擴(kuò)展到生物醫(yī)學(xué)、信息科學(xué)、資源環(huán)境科學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、教育、藝術(shù)等各個領(lǐng)域與行業(yè)，對經(jīng)濟(jì)、軍事、文化及人們的日常生活產(chǎn)生重大的影響。 數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本特點(diǎn) （ 1） 處理信息量很大。數(shù)字圖像處理的信息大多是二維信息，處理信息量很大。如一幅 256 256低分辨率黑白圖像，要求 約 64kbit 的數(shù)據(jù)量；對高分辨率彩色 512 512圖像，則要求 768kbit 數(shù)據(jù)量；如果要處理 30 幀 /秒的電視圖像序列，則每秒要求500kbit～ 數(shù)據(jù)量。因此對計算機(jī)的計算速度、存儲容量等要求較高。 （ 2）占用頻帶較寬。數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬。與語言信息相比，占用的頻帶要大幾個數(shù)量級。如電視圖像的帶寬約 ，而語音帶寬僅為 4kHz 左右。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)上，技術(shù)難度較大，成本亦高，這就對頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要。 （ 3）各像素相關(guān)性大。數(shù)字圖 像中各個像素是不獨(dú)立的，其相關(guān)性大。在圖像畫面上，經(jīng)常有很多像素有相同或接近的灰度。就電視畫面而言，同一行中相鄰兩個像素或相鄰兩行間的像素，其相關(guān)系數(shù)可達(dá) ，而相鄰兩幀之間的相關(guān)性比幀內(nèi)相關(guān)性一般說還要大些。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。 （ 4）無法復(fù)現(xiàn)三維景物的全部幾何信息。由于圖像是三維景物的二維投影，一幅圖象本身不具備復(fù)現(xiàn)三維景物的全部幾何信息的能力，很顯然三維景物背后部分信息在二維圖像畫面上是反映不出來的。因此，要分析和理解三維景物必須作合適的假定或附加新的測量，例如雙目圖像或多視點(diǎn) 圖像。在理解三維景物時需要知識導(dǎo)引，這也是人工智能中正在致力解決的知識工程問題。 （ 5）受人的因素影響較大。數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評價的，因此受人的因素影響較大。由于人的視覺系統(tǒng)很復(fù)雜，受環(huán)境條件、視覺性能、人的情緒愛好以及知識狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評價還有待進(jìn)一步深入的研究。另一方面，計算機(jī)視覺是模仿人的視覺，人的感知機(jī)理必然影響著計算機(jī)視覺的研究。例如，什么是感知的初始基元，基元是如何組成的，局部與全局感知的關(guān)系，優(yōu)先敏感的結(jié)構(gòu)、屬性和時間特征等，這些都是心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)正在著力 研究的課題。 （ 6） 再現(xiàn)性好。數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于 ,它不會因圖像的存儲、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。只要圖像在數(shù)字化時準(zhǔn)確地3 表現(xiàn)了原稿 ,則數(shù)字圖像處理過程始終能保持圖像的再現(xiàn)。 （ 7) 處理精度高。按目前的技術(shù) ,幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)