【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Image Understanding) 圖像理解是由模式識(shí)別發(fā)展起來(lái)的方法。該處理輸入的是圖像，輸出的是一種描述。這種描述并不僅是單純的用符號(hào)作出詳細(xì)的描繪，而且要利用客觀世界的知識(shí)使計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)想、思考及推論，從而理解圖像所表現(xiàn)的內(nèi)容。圖像理解有時(shí)也叫景物理解。在這一領(lǐng)域還有相當(dāng)多的問題需要進(jìn)行深入研 圖像工程與相關(guān)學(xué)科 圖像工程的內(nèi)涵 圖像工程的內(nèi)容非常豐富 ， 根據(jù)抽象程度和研究方法等的不同 ， 可分為圖像處理 、 圖像分析和圖像理解三個(gè)層次 ， 如圖 12所示 。 換句話說 ， 圖像工程是既有聯(lián)系又有區(qū)別的圖像處理 、 圖像分析及圖像理解三者的有機(jī)結(jié)合 ， 另外還包括它們的工程應(yīng)用 。 圖像理解 圖像分析 圖像處理 像素 目標(biāo) 符號(hào) 高層 低層 操 作 對(duì) 象 中層 語(yǔ)義 低 高 抽象程度 大 小 數(shù)據(jù)量 圖像分析 :主要是對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量， 以獲得它們的客觀信息，從而建立對(duì)圖像的描述。如果說圖像處理是一個(gè)從圖像到圖像的過程，則圖像分析就是一個(gè)從圖像到數(shù)據(jù)的過程。這里的數(shù)據(jù)可以是目標(biāo)特征的測(cè)量結(jié)果， 或是基于測(cè)量的符號(hào)表示，它們描述了目標(biāo)的特點(diǎn)和性質(zhì) 圖像理解 :其重點(diǎn)是在圖像分析的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的相互聯(lián)系，并得出對(duì)圖像內(nèi)容含義的理解以及對(duì)原來(lái)客觀場(chǎng)景的解釋， 從而指導(dǎo)決策。如果說圖像分析主要是以觀察者為中心研究客觀世界，那么圖像理解在一定程度上就是以客觀世界為中心，借助知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等來(lái)把握整個(gè)客觀世界（包括沒有直接觀察到的事物）。 可見 ， 圖像處理 、 圖像分析和圖像理解是處在三個(gè)抽象程度和數(shù)據(jù)量各有特點(diǎn)的不同層次上 。 圖像處理是比較低層的操作 ， 它主要在圖像像素級(jí)上進(jìn)行處理 ， 處理的數(shù)據(jù)量非常大 。 圖像分析則進(jìn)入了中層 ， 分割和特征提取把原來(lái)以像素描述的圖像轉(zhuǎn)變成比較簡(jiǎn)潔的非圖像形式的描述 。 圖像理解主要是高層操作 ， 基本上是對(duì)從描述抽象出來(lái)的符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 ， 其處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 。 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(lái)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(lái)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 。 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(lái)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?jī)?nèi)容主要與圖像理解相結(jié)合 。 圖 13 圖像工程與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和區(qū)別 圖像 圖像 （ 人 ） 符號(hào) 數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 圖像理解 圖像處理 圖像理解 （ 轉(zhuǎn)換 ） 模 式 識(shí) 別 計(jì) 算 機(jī) 視 覺 新 新 新 理 工 技 論 具 術(shù) 客 觀 世 界 圖像分析 數(shù)字圖像處理系統(tǒng) 1 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(guó)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 。 圖象處理與 分析系統(tǒng) 圖象輸出系統(tǒng) 圖象輸入系統(tǒng) 圖像存儲(chǔ)系統(tǒng) 通 信 2 數(shù)字圖像獲取主要工具 (攝像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)、掃描儀，遙感儀，采集卡等 ) 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)1920 1035的高分辨率，快門速度可達(dá) 104s。 2） 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(wàn)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 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(yè)面中，或用彩色打印機(jī)輸出。 3） 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