【正文】 彩色信號，可以完成圖形顯示功能。使初學(xué)者可以利用軟件及圖像采集與傳輸設(shè)備，采集圖像并實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)字圖像傳輸。目前大量的圖像處理軟件如PHOTOSHOP,PAINTSHOP等都是基于廣告策劃和圖像修飾處理而設(shè)計的應(yīng)用軟件，針對圖像處理技術(shù)基本知識的理解與掌握以及相關(guān)處理方法研究的軟件甚少，不適合學(xué)習(xí)研究使用。在國外，如美國Southern Illinois University開發(fā)的CVIPtools計算機(jī)視覺與圖像處理實(shí)驗(yàn)軟件就是專門針對圖像處理技術(shù)的實(shí)驗(yàn)軟件。最新Windows版本的CVIPtools提供使用者四種層次應(yīng)用方式：算法代碼層，公共對象模塊（組件）界面層，cvipimage層和圖像用戶界面（GUI）。最上面的階層為CVIPtools GUI，可以讓生手試驗(yàn)一些圖像處理的工具，而不需具備程序設(shè)計的能力。但是，CVIPtools軟件還沒退出中文版并且現(xiàn)有Windows版本保留了部分Unix風(fēng)格，在Windows系統(tǒng)下操作并不十分方便，而且常出問題，并且這種商用圖像處理軟件是靜態(tài)的、封閉的，軟件功能在發(fā)布時就已經(jīng)確定，增加新功能或新算法或改進(jìn)性能只能寄希望于軟件升級。但是已有的實(shí)驗(yàn)軟件內(nèi)容不全或陳舊，沒有涉及圖像處理領(lǐng)域較新的成果，而且許多試驗(yàn)軟件的界面不夠友好，交互性差，用戶無法調(diào)整算法參數(shù)，不具備可擴(kuò)展性，軟件一旦完成，不容易修改或添加新內(nèi)容。 視覺是人類最重要的感知手段，圖像又是視覺的基礎(chǔ)[3]。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。首次獲得成功應(yīng)用的是美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）。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，獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，為人類登月創(chuàng)舉奠定了基礎(chǔ)，也推動了數(shù)字圖像處理這門學(xué)科的誕生。 數(shù)字圖像處理技術(shù)取得的另一個巨大成就是在醫(yī)學(xué)上。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，成為圖像重建。1979年，這項(xiàng)無損傷診斷技術(shù)被授予諾貝爾獎，以表彰它對人類做出的劃時代貢獻(xiàn)。人們已開始研究如何用計算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，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。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的視覺計算理論，這個理論成為計算機(jī)視覺領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想。數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。自1986年以來，小波理論與變換方法迅速發(fā)展，它克服了傅立葉分析不能用于局部分析等方面的不足之處，被認(rèn)為是調(diào)和分析半個世紀(jì)以來工作之結(jié)晶。小波分析被認(rèn)為是信號與圖像分析在數(shù)學(xué)方法上的重大突破。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和相關(guān)理論的不斷完善，數(shù)字圖像處理技術(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。該技術(shù)成為一門引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴(kuò)大。圖像在空中先處理（數(shù)字化編碼）成數(shù)字信號存人磁帶中，在衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時，再高速傳送下來，然后由處理中心分析判讀?，F(xiàn)在世界各國都在利用各類衛(wèi)星所獲取的圖像進(jìn)行資源調(diào)查、災(zāi)害檢測、資源勘察、農(nóng)業(yè)規(guī)劃、城市規(guī)劃。2. 生物醫(yī)學(xué)工程方面數(shù)字圖像處理技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用十分廣泛，且很有成效。此外，在X光肺部圖像增晰、超聲波圖像處理、心電圖分析、立體定向放射治療等醫(yī)學(xué)診斷方面都廣泛地應(yīng)用圖像處理技術(shù)。其中以圖像通信最為復(fù)雜和困難，因圖像的數(shù)據(jù)量十分巨大，如傳送彩色電視信號的速率達(dá)100M/s以上。在一定意義上講，編碼壓縮是這些技術(shù)成敗的關(guān)鍵。其中值得一提的是研制具備視覺、聽覺和觸覺功能的智能機(jī)器人，將會給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來新的面貌，目前已在工業(yè)生產(chǎn)中的噴漆、焊接、裝配中得到有效的利用。目前已投入運(yùn)行的高速公路不停車自動收費(fèi)系統(tǒng)中的車輛和車牌的自動識別就是圖像處理技術(shù)成功應(yīng)用的例子。目前正在形成一門新的藝術(shù)——計算機(jī)美術(shù)。第2章 數(shù)字圖像處理技術(shù)及MATLAB軟件簡介 數(shù)字圖像處理技術(shù)簡介圖像處理技術(shù)基本可以分成兩大類：模擬圖像處理(Analog Image Processing)和數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing)，數(shù)字圖像處理是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機(jī)進(jìn)行處理的過程。數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展涉及信息科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)以及生物學(xué)等學(xué)科，因此數(shù)理及相關(guān)的邊緣學(xué)科對圖像處理科學(xué)的發(fā)展有越來越大的影響。 數(shù)字圖像處理技術(shù)的特點(diǎn)1. 數(shù)字圖像處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)(1)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。(2)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)組，這主要取決于圖像數(shù)字化設(shè)備的能力。從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實(shí)現(xiàn)的，只要在處理時改變程序中的數(shù)組參數(shù)就可以了。從圖像反映的客觀實(shí)體尺度看，可以小到電子顯微鏡圖像，大到航空照片、遙感圖像甚至天文望遠(yuǎn)鏡圖像。(4)靈活性高由于圖像的光學(xué)處理從原理上講只能進(jìn)行線性運(yùn)算，極大地限制了光學(xué)圖像處理能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，而數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，且能實(shí)現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達(dá)的一切運(yùn)算均可用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)。在圖像畫面上，經(jīng)常有很多像素有相同或接近的灰度。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。2．算數(shù)處理算數(shù)圖像處理主要對圖像施以加、減、乘、除等運(yùn)算。因此，往往采用各種圖像變換的方法，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理。主要方法有直方圖增強(qiáng)、偽彩色增強(qiáng)法、灰度窗口等技術(shù)。典型的去噪操作就屬于復(fù)原處理。去模糊也是復(fù)原處理的任務(wù)。這些干擾可用維納濾波、逆濾波波等方法加以去除。6. 圖像分割圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識別、分析和理解的基礎(chǔ)。因此，對圖像分割的研究還在不斷深入之中，是目前圖像處理中研究的熱點(diǎn)之一。該處理的典型應(yīng)用就是 CT 技術(shù)，早期為 X射線 CT，后來發(fā)展的有 ECT、超聲 CT、核磁共振(NMR)等。值得注意的是三維重建算法發(fā)展得很快，而且由于與計算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，把多個二維圖像合成三維圖像，并加以光照模型和各種渲染技術(shù)，能生成各種具有強(qiáng)烈真實(shí)感及純凈的高質(zhì)量圖像。8. 圖像編碼圖像編碼研究屬于信息論中信源編碼范疇，其主要宗旨是利用圖像信號的統(tǒng)計特性及人類視覺的生理學(xué)及心理學(xué)特性對圖像信號進(jìn)行高效編碼，即研究數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以解決數(shù)據(jù)量大的矛盾。9. 模式識別模式識別是數(shù)字圖像處理的又一研究領(lǐng)域。統(tǒng)計識別法側(cè)重于特征，句法結(jié)構(gòu)識別側(cè)重于結(jié)構(gòu)和基元，而模糊識別法是把模糊數(shù)學(xué)的一些概念和理論用于識別處理。該處理輸入的是圖像，輸出的是一種描述。 在社會生產(chǎn)和科研活動中，人們要頻繁的接觸到圖像，例如照片、圖畫、書報、醫(yī)學(xué) X 光片和衛(wèi)星遙感圖像等。隨著計算機(jī)的高速化和大容量化，圖像信息的處理已成為可能。隨著這些技術(shù)的進(jìn)步，圖像處理在工作站及個人計算機(jī)的小型機(jī)上已可以實(shí)現(xiàn)。表 21 簡單列出了圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境，而且還具有可擴(kuò)展性特征。同時，工具箱內(nèi)的函數(shù)源程序也是開放性的，多為 M 文件，用戶可以查看這些文件的代碼并進(jìn)行更改，MATLAB 支持用戶對其函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，用戶的應(yīng)用程序也可以作為新的函數(shù)添加到相應(yīng)的工具箱中。矩陣運(yùn)算的語法對 MATLAB中的數(shù)字圖像同樣適用。這使 MATLAB 用戶在短時間內(nèi)就能快速地掌握其主要內(nèi)容和基本操作?？梢哉f，MATLAB 在科學(xué)計算與工程應(yīng)用方面的編程效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他高級語言。Mathworks 公司針對不同領(lǐng)域的應(yīng)用，推出了自動控制、信號處理、圖像處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、通信、最優(yōu)化、數(shù)理統(tǒng)計、偏微分方程、財政金融等 30 多個具有專門功能的 MATLAB 工具箱。MATLAB 支持用戶對其函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，用戶的應(yīng)用程序可以作為新的函數(shù)添加到相應(yīng)的工具箱中。(4)高效性MATLAB 語句功能十分強(qiáng)大，一條語句可完成十分復(fù)雜的任務(wù)。據(jù) Math works 公司聲稱，MATLAB