数字图像处理(DIP)讲义.pdf

第一章 绪论 信息时代的标志是信息的获取、表达和传递有着其特殊的重要性。人类依靠感觉器官 来获取外界信息，其中视觉是人类最重要的感知手段之一。不同学者给出的视觉信息占人类 感知信息的百分比数据有较大的出入，阮秋琦先生认为视觉信息占人类感知信息的60%[1]， 陈廷标先生认为这个数据约为70%[2]，高文先生认为这个数据应该为80%，还有学者认为 这个数据高达90%。虽然这些数据有较大的出入，保守的讲，我们可以说人类感知中至少60% 以上的信息来自于视觉信息，说明了视觉信息的重要性。 众所周知，视觉信息的具体表征形式为图像或序列图像，也就是说人类视觉系统是一 个典型的图像处理系统，俗语中的“百闻不如一见”“目所及即图像”等等也都说明了图像 信息在人类生活中的重要性。随着计算技术的快速发展，数字图像处理技术和人们的工作、 生活密切相关。 本章将通过介绍常用图像处理方式引出数字图像处理的基本概念，进一步给出数字图 像处理的基本概念、特点、系统组成，并简单介绍目前数字图像处理中的主要技术，最后简 单介绍数字图像处理应用。 1.1 图像和数字图像 1.1 图像和数字图像 11..11 图图像像和和数数字字图图像像 虽然图像是一个日常生活中人人都不会感到陌生的词，但是关于图像的定义，不同的人 有不同的观点。 阮秋琦先生在《数字图像处理学》中将图像定义为“以某一技术手段被再现于二维画面 上的视觉信息”[1]。 Castleman 先生在《数字图像处理》（朱志刚等译）中，图像定义为“在一般意义下，一 幅图像是另一个东西的一个表示”[5] 。 冈萨雷斯先生在《Digital Image Processing》中说到“An image may be defined as a two- dimensional function, f(x, y),where xand y are spatial(plane) coordinates, and the amplitude of f at any pair of coordinates (x,y)is called the intensityor graylevelof the image at that point”。一 幅图像可以定义为一个二维函数f(x, y)，其中，x 和 y是空间域坐标，f 是图像在(x,y)坐标 点的强度（或灰度）。 结合上述概念，我们认为图像是与之对应的景物或目标的一个表示，这个表示可以通过 某种技术手段得到。 一幅活动的、彩色的立体图像表示为，f(x，y，z，λ，t)，其中(x,y、z)是空间坐标，λ 是波长，代表不同的颜色，f 是图像的强度。 一副静止的、平面的、单色图像可以简化为一个二维函数f(x, y)，相关符号的定义与冈 萨雷斯先生给出的定义完全相同。 上述图像可以看成是一个模拟图像，进一步，将模拟图像经过空间域采样，幅度量化即 可得到数字图像。 1 ′ f (x, y ) = f(x, y) | , i= 0,1,2,...M−1, j= 0,1,2...N−1 。 i j x=i∆x y=j∆y 一幅图像和相应的数字图像如图1.1 所示。 为了简便起见，数字图像直接表示为f(x, y), x= 0,1,2...M−1, y= 0,1,2...N−1 。图像 中的每一点称为一个像素（pixel）。 图1.1 图像、采样间隔和数字图像示例 1.2常用的图像处理方式 1.2常用的图像处理方式 11..22常常用用的的图图像像处处理理方方式式 图像是一种光学信号，按照处理方式的不同，图像处理技术可以分为光学图像处理、模拟电 信号图像处理和数字图像处理。 1.2.1光学图像处理 1.2.1光学图像处理 11..22..11光光学学图图像像处处理理 光学图像处理即基于光学频谱分析，利用傅里叶综合技术，通过空域或频域调制，借助 空间滤波技术对光学图像进行处理的过程。简单来讲，光学图像处理即利用光学透镜对光学 图像进行分析和处理，它属于光信息处理的范畴。图1.2 为一个图像频谱分析的光路图，把 图像放在透镜的焦平面，用平行均匀相干光照射图像，则在另一焦平面上得到图像的傅立叶 变