【正文】 數(shù)字圖像處理 (Digital Image Processing） 重慶交通大學(xué)理學(xué)院 主要參考書 R. C. Gonzalez, R. E. Woods。數(shù)字圖像處理（第二版）。電子工業(yè)出版社， 2022。 R. C. Gonzalez, R. E. Woods, S. L. Eddins。數(shù)字圖像處理（ Matlab版）。電子工業(yè)出版社， 2022。 章毓晉。圖像處理與分析。清華大學(xué)出版社， 2022。 主要學(xué)習(xí)內(nèi)容 第 1 12章。 成績評定 平時成績 20分； 實驗上機 30分； 期末考試 50分。 第一章 緒論 數(shù)字圖像處理及其特點 數(shù)字圖像處理的目的和主要內(nèi)容 圖像工程與相關(guān)學(xué)科 數(shù)字圖像處理系統(tǒng) 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用 數(shù)字圖像處理的發(fā)展動向 數(shù)字圖像處理及其特點 圖像的概念 ： 一幅圖像是一種代表另一個客體（或?qū)ο螅┑囊环N寫真或模擬；是一種生動的、圖形化的描述。也就是說，圖像是一種代表客觀世界中另一物體的、生動的圖形表達，它包含了描述其所代表的物體的信息。 2 圖像分類 借助集合（即凡具有某種特定性質(zhì)的對象的總合稱之為集合）的概念，圖像可根據(jù)其生成方法或存在形式分成若干類。所有圖像的總體可以看作客觀世界的一部分，或者叫做客觀世界的一個子集，而圖像本身又可進一步劃分為若干子集（若干類）。圖像的各子集中，最重要的一個子集是可見圖像子集。 物體objects 圖像images 不可見的物理圖像 Nonvisible physical image 數(shù)學(xué)函數(shù)Mathematical function 連續(xù)函數(shù) continuous 離散函數(shù) Discrete (digital image) 可見的圖像 Visible image 光圖像 Optical image 圖片 pictures 照片 photograph 圖 drawing 畫 paintings types of images 可見圖像： 該子集包含了全部人眼可見（可接收到）的圖像，其中不僅包括了客觀存在的光學(xué)圖像，而且也包括了人類用各種不同的方法人工生成的圖像，即照片，圖形與繪畫。 不可見物理圖像： 各種可測到的（客觀存在的）物理特征量的空間分布所構(gòu)成的一大類圖像。這些物理特征量是多種多樣的，它既包括各種波長的電磁波強度的空間分布不同所構(gòu)成的圖像，也包括如溫度分布、壓力分布、高度分布、人口密度分布等等所構(gòu)成的圖像?？梢姽鈱W(xué)圖像只是電磁波場圖像中的一個子集。其余各種物理圖像（均是人眼不可見的）構(gòu)成了不可見物理圖像子集。 還應(yīng)注意到，同一個空間點，可以具有多個物理特征；因此，同一對象（或物體）可以有多幅圖像。例如彩照（或彩色電視圖像），就是每一點均在紅、綠、藍三個波段上有不同強度分布的三幅圖像的合成。 數(shù)學(xué)圖像： 圖像的另一個子集是抽象的數(shù)學(xué)圖像，即用數(shù)學(xué)函數(shù)代表的圖像，它包括了連續(xù)型與離散型（即數(shù)字圖像）兩大類。 在所有各類圖像中，只有數(shù)字圖像是可以用數(shù)字計算機直接處理的圖像。計算機圖像處理技術(shù)主要研究數(shù)字圖像的處理。 3. 數(shù)字圖像處理 1） 數(shù)字圖像處理 數(shù)字計算機最擅長的莫過于處理各種數(shù)據(jù) ， 數(shù)字化后的圖像可以看成是存儲在計算機中的有序數(shù)據(jù) ， 當(dāng)然可以通過計算機對數(shù)字圖像進行處理 。 我們把利用計算機對圖像進行去除噪聲 、 增強 、 復(fù)原 、 分割 、 提取特征等的理論 、 方法和技術(shù)稱為數(shù)字圖像處理 (Digital Image Processing)。 一般地 ， 圖像處理是用計算機和實時硬件實現(xiàn)的 ， 因此也稱之為計算機圖像處理 (Computer Image Processing)。 在日常生活中 ， 圖像處理已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用 。 例如 ， 電腦人像藝術(shù) ，電視中的特殊效果 ， 自動售貨機鈔票的識別 ， 郵政編碼的自動識別和利用指紋 、 虹膜 、 面部等特征的身份識別等 。 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 ， 很早以前就采用 X射線透視 、 顯微鏡照片等來診斷疾病 。 現(xiàn)在 ， 計算機圖像處理已成為疾病診斷的重要手段 ， 用一般攝影方法不能獲取的身體內(nèi)部的狀況 ， 也能由特殊的圖像處理裝置獲取 ， 最具有代表性的就是 X射線 CT(Computed Tomograph， )。 2） 數(shù)字圖像處理的重要意義 數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生和迅速發(fā)展主要受如下三個方面的影響 。 （ 1） 計算機的發(fā)展 。 早期的計算機無論在計算速度或存儲容量方面 ，難于滿足對龐大圖像數(shù)據(jù)進行實時處理的要求 。 隨著計算機硬件技術(shù)及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展 ， 計算機 、 內(nèi)存及外圍設(shè)備的價格急劇下降 ， 而其性能卻有了大幅度的提高 。 過去只能用大型計算機完成的龐大處理 ， 現(xiàn)在 ， 在個人計算機 （ PC機 ） 上也能夠輕而易舉地實現(xiàn) 。 （ 2）數(shù)學(xué)的發(fā)展， 特別是離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善，為數(shù)字圖像處理奠定了理論基礎(chǔ)。 （ 3）軍事、醫(yī)學(xué)和工業(yè)等方面應(yīng)用需求的不斷增長。自 20世紀(jì) 20年代，圖像處理首次應(yīng)用于改善倫敦和紐約之間海底電纜發(fā)送的圖片質(zhì)量以來，經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，數(shù)字圖像處理的理論和方法進一步完善，應(yīng)用范圍更加廣闊，已經(jīng)成為一門新興的學(xué)科，并在向更高級的方向發(fā)展。如在景物理解和計算機視覺（機器視覺）方面，圖像處理已由二維處理發(fā)展到三維理解或解釋。特別是在景物理解和機器視覺方面， 圖像也已由二維處理變成三維解釋。近幾年來， 隨著計算機和各個相關(guān)領(lǐng)域研究的迅速發(fā)展， 科學(xué)計算可視化、 多媒體技術(shù)等研究和應(yīng)用的興起， 數(shù)字圖像處理從一個專門領(lǐng)域的學(xué)科， 變成了一種新型的科學(xué)研究和人機界面的工具。 數(shù)字圖像處理的特點 數(shù)字圖像處理是利用計算機的計算 ， 實現(xiàn)與光學(xué)系統(tǒng)模擬處理相同效果的過程 。數(shù)字圖像處理具有如下特點： 1） 處理精度高 ， 再現(xiàn)性好 。 利用計算機進行圖像處理 ， 其實質(zhì)是對圖像數(shù)據(jù)進行各種運算 。 由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展 ， 計算精度和計算的正確性勿庸置疑； 另外 ， 對同一圖像用相同的方法處理多次 ， 也可得到完全相同的效果 ， 具有良好的再現(xiàn)性 。 2） 處理的多樣性 。 由于圖像處理是通過運行程序進行的 ， 因此 ， 設(shè)計不同的圖像處理程序 ， 可以實現(xiàn)各種不同的處理目的 。 3） 圖像數(shù)據(jù)量龐大 。 圖像中包含有豐富的信息 ， 可以通過圖像處理技術(shù)獲取圖像中包含的有用的信息 ， 但是 ， 數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量巨大 。 一幅數(shù)字圖像是由圖像矩陣中的像素 （ Pixel） 組成的 ， 通常每個像素用紅 、 綠 、 藍三種顏色表示 ， 每種顏色用 8 bit表示灰度級 。 則一幅 1024 1024不經(jīng)壓縮的真彩色圖像 ， 數(shù)據(jù)量達 3 MB（ 即1024 1024 8