【文章內(nèi)容簡介】 理過程和方法與人類的思維推理有許多類似之處。 ? 根據(jù)本課程的任務(wù)和目標(biāo)，本書重點(diǎn)放在圖像處理上，并學(xué)習(xí)圖像分析的基本理論和方法。第一章 概 論 相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域 圖像工程是一門系統(tǒng)地研究各種圖像理論、技術(shù)和應(yīng)用的交叉學(xué)科。從它的研究方法來看，它可以與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等許多學(xué)科相互借鑒。從它的研究范圍來看，它與模式識(shí)別、 計(jì)算機(jī)視覺、 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多個(gè)專業(yè)互相交叉。另外，圖像工程的研究進(jìn)展與人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 遺傳算法、模糊邏輯等理論和技術(shù)都有密切的聯(lián)系，它的發(fā)展應(yīng)用與醫(yī)學(xué)、遙感、通信、文檔處理和工業(yè)自動(dòng)化等許多領(lǐng)域也是密 不可分的。 第一章 概 論 圖像工程與計(jì)算機(jī)圖形學(xué) (Computer Graphics)、 模式識(shí)別（Pattern Recognition）、 計(jì)算機(jī)視覺（ Computer Vision） 等的關(guān)系如圖 1[CD*2]3所示。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的是用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成圖形的理論、方法和技術(shù)，即由非圖像形式的數(shù)據(jù)描述來生成逼真的圖像。它可以生成現(xiàn)實(shí)世界中已經(jīng)存在的物體的圖形，也可以生成虛構(gòu)物體的圖形， 它和圖像分析的對(duì)象和輸出結(jié)果正好對(duì)調(diào)。圖像模式識(shí)別與圖像分析則比較相似，只是前者試圖把圖像分解成可用符號(hào)較抽象地描述的類別。計(jì)算機(jī)視覺主要強(qiáng)調(diào)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視覺功能， 要用到圖像工程三個(gè) 層次的許多技術(shù)， 但目前的研究內(nèi)容主要與圖像理解相結(jié)合。 第一章 概 論 圖 13 圖像工程與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和區(qū)別 第一章 概 論 數(shù)字圖像處理系統(tǒng) 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)硬件 早期的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)為了提高處理速度、增加容量都采用大型機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)性價(jià)比（性能價(jià)格比）日新月異的提高，以小型機(jī)為主的微型圖像處理系統(tǒng)得到發(fā)展。主機(jī)為 PC機(jī)， 配以圖像采集卡及顯示設(shè)備就構(gòu)成了最基本的微型圖像處理系統(tǒng)。目前，國產(chǎn)的 CA5 VP3 FGCT11010N CACPE1000、 CACPE3000等圖像板研制成功并已商品化。微型圖像處理系統(tǒng)成本低、應(yīng)用靈活、便于推廣。特別是微型計(jì)算機(jī)的性能逐年提高， 使得微型圖像處理系統(tǒng)的性能也不斷升級(jí)，加之軟件配置豐富，使其更具實(shí)用意義。 第一章 概 論 圖 14 圖像處理系統(tǒng)示意圖 第一章 概 論 1） 電視攝像機(jī) (Video Camera) 電視攝像機(jī)是目前使用最廣泛的圖像獲取設(shè)備。電視攝像機(jī)的核心部件是光電轉(zhuǎn)換裝置，也稱為固態(tài)陣。目前大多數(shù)感光基元多為電荷耦合器件 CCD（ Charge Coupled ? Device）， CCD可以將照射在其上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。該設(shè)備小巧、 速度快、成本低、靈敏度高，多作為實(shí)時(shí)圖像輸入設(shè)備應(yīng)用。但灰度層次較差、非線性失真較大、有黑斑效應(yīng)，在使用中 需要校正。目前， CCD攝像機(jī)可達(dá) 19201035的高分辨率，快門速度可達(dá) 104s。 第一章 概 論 2） 掃描儀（ Scanner） 掃描儀是將各種形式的圖像信息（如圖片、 照片、 膠片及文稿資料等）輸入計(jì)算機(jī)的重要工具，特點(diǎn)是精度和分辨率高。目前， 1200DPI（ Dot Per Inch） 以上精度的掃描儀很常見。而且掃描儀的成本很低，一臺(tái)平板式掃描儀的價(jià)格在千元左右。由于掃描儀良好的精度和低廉的價(jià)格，已成為當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的圖像數(shù)字化設(shè)備。但用掃描儀獲取圖像信息速度較慢，不能 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)輸入。 第一章 概 論 3） 數(shù)碼照相機(jī)（ Digital Camera） ? 數(shù)碼照相機(jī)也叫數(shù)字相機(jī)， 是一種能夠進(jìn)行景物拍攝， 并以數(shù)字格式存放拍攝圖像的特殊照相機(jī)。它的核心部件是 CCD圖像傳感器， 主流機(jī)型分辨率已在 400萬像素以上。數(shù)碼照相機(jī)的感光器件也是 CCD陣列。 CCD可以對(duì)亮度進(jìn)行分級(jí)，但并不能識(shí)別顏色。為此，數(shù)碼照相機(jī)用紅、綠和藍(lán)三個(gè)彩色濾鏡，當(dāng)光線從紅、 綠、 藍(lán)濾鏡中穿過時(shí)，就可以得到每種色光的反應(yīng)值，再通過軟件對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而確定每一個(gè)像素點(diǎn)的顏色。CCD生成的數(shù)字圖像被傳送到照相機(jī)的一塊內(nèi)部芯片上。該芯片負(fù)責(zé)把圖像轉(zhuǎn)換成相機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)格式 (通常為 JPEG格式 )。最后， 把生成的圖像保存在存儲(chǔ)卡中。 ? 數(shù)碼照相機(jī)可通過 USB接口與計(jì)算機(jī)相連，將拍攝的圖像下載到計(jì)算機(jī)中，以便處理或 插到文檔／ Web頁面中，或用彩色打印機(jī)輸出。 ? 第一章 概 論 4） 遙感圖像獲取設(shè)備 遙感中常用的圖像獲取設(shè)備有光學(xué)攝影設(shè)備， 如攝像機(jī)、 多光譜像機(jī)等； 紅外攝影設(shè)備，如紅外輻射計(jì)、 紅外攝像儀、 多通道紅外掃描儀、 多光譜掃描儀（ MSS）； 微波設(shè)備，如微波 輻射計(jì)、 側(cè)視雷達(dá)、 真空孔徑雷達(dá)、 合成孔徑雷達(dá) (SAR)。第一章 概 論 2. 圖像輸入卡（采集卡 ) 通常圖像輸入卡安裝于計(jì)算機(jī)主板擴(kuò)展槽中， 主要包括圖像存儲(chǔ)器單元、 顯示查找表（ LUT） 單元、 CCD攝像頭接口 (A/D)、 監(jiān)視器接口 (D/A)和 PC機(jī)總線接口單元。工作過程如下：攝像頭實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)采集圖像數(shù)據(jù)， 經(jīng) A/D變換后將圖像存放在圖像存儲(chǔ)單元的一個(gè)或三個(gè)通道中， D/A變換電路自動(dòng)將圖像顯示在監(jiān)視器上。通過主機(jī)發(fā)出指令， 將某一幀圖像靜止在存儲(chǔ)通道中， 即采集或捕獲一幀圖像，然后可對(duì)圖像進(jìn)行處理或存盤。高檔卡還包括卷積濾波、 FFT（ 快速傅立葉變換）等圖像處理專用的快速部件?，F(xiàn)在有的圖像采集卡將圖像和圖形功能合為一體，如北京大恒圖像視覺有限公司開發(fā)的 VIDEOPCIC真彩色圖像采集卡。該卡基于 PCI總線設(shè)計(jì)，它將圖像和 VGA的圖形功能合為一體， 可在計(jì)算機(jī)屏 幕上實(shí)時(shí)顯示彩色活動(dòng)圖像， 其分辨率為768576。 第一章 概 論 3. 顯示卡 ? 顯示卡是記憶和保存圖像的地方， 通常， 存貯的圖像要隨時(shí)顯示在顯示器上。 PC機(jī)多采用 800600或 1024768個(gè)像素點(diǎn)。通常在圖像處理裝置中， 灰度值紅 (R)、 綠 (G)、 藍(lán) (B)各 占 8位（ bit）， 共計(jì) 24位，可以表示 1670萬種顏色， 這種顯示卡稱為真彩色顯示卡。 第一章 概 論 4. 計(jì)算機(jī) 圖像處理的主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、運(yùn)算時(shí)間長，因而對(duì)系統(tǒng)硬件配置要求較高。目前，在 PC機(jī)上配置奔騰 P4 G以上CPU、 512 MB內(nèi)存、 80 G以上硬盤的計(jì)算機(jī)已屬常見，計(jì)算速度大幅度提高，可與幾年前的大型機(jī)媲美。為了加快圖像的顯示和處理速度，用于圖像處 理的 PC機(jī)配置應(yīng)盡可能高一些。當(dāng)然，有條件時(shí)最好采用圖形工作站進(jìn)行圖像處理。 第一章 概 論 5. 圖像存貯裝置 圖像數(shù)據(jù)量龐