数字图像处理——冈萨雷斯第四版 第一章 绪论

人们对数字图像处理方法的兴趣来自两个主要的应用领域：

• 为解释图像而改善图像信息
• 为存储、传输和提取图像信息等任务处理图像数据

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（平面坐标），任意一对空间坐标（x,y）处的幅值f称为图像在该点的强度或灰度。当x,y和灰度值f都是有限的离散值时，我们称该图像为数字图像。

数字图像处理是指借助于数字计算机来处理数字图像。

• 图像的低级处理：降低噪声的图像预处理、对比度增强和图像锐化，由输入和输出都是图像的事实来表征。
• 中级处理：将一副图像分割为不同的区域或目标，并将其简化为适合计算机进行处理的形式的描述，以及各个目标的分类。其输入是图像但是输出是从这些图像中提取的特征（边缘、轮廓和各个目标的标识）来表征。
• 高级处理：理解在计算机视觉中识别的一些目标，以及执行通常与人类视觉相关的认知功能。

图像增强技术的应用领域：空间探测应用、医学成像（CT）、地理气象污染研究、实验结果图像增强、考古文物图像修复。

以上主要是用于人类解译，而数字图像处理计数的第二个主要应用领域是求解机器感知问题，以更适合计算机处理的形式从图像中提取信息：自动字符识别、产品组装和检验的工业机器视觉、军事保障、指纹的自动处理、X射线筛查和血液抽样、用于天气预报和环境评估的航空与卫星图像的机器处理。

按照电磁波不同波段进行成像应用的划分，

• 伽马射线成像：用于核医学和天文观测。在核医学中的应用是将放射性同位素注射进入人体，然后同位素衰变时会发射正电子，正电子和电子相遇湮没后释放出伽马射线，检测器检测到伽马射线后利用断层成像的基本原理创建断层图像。而天文观测时，是利用被成像物体自然辐射来进行检测成像的。
• X射线成像：X射线是由X射线管产生，X射线管是带有阴极和阳极的真空管，阴极加热后，释放的自由电子高速流向阳极，当电子撞击原子核时，会以X射线辐射的形式释放能量，X射线的能量（穿透力）由阳极电压和阴极灯丝电流控制，X射线的强度由穿过人体时的吸收调制，能量落到胶片上时会使胶片感光。血管造影是对比度增强放射性照相术的另一个主要应用，用于得到血管图像的过程称为血管造影。将一根柔软真空的导管插入身体，导管穿过血管并被引导到待研究部位，然后注入X射线造影剂，这会增强血管和身体其他部位的对比度，从而方便医生观测血管位置的病变和阻塞情况。计算机轴向断层成像CAT又叫做CT，可扫描病人身体、电路板、零部件。
• 紫外波段成像：可用于平板印刷术、工业检测、显微方法、激光、生物成像和天文观测等。当紫外线辐射的光子与荧光物质内原子中的电子碰撞时，会使电子跃迁到较高的能级，随后，受激电子回到较低能级，发出可见的荧光。当荧光物质背景足够暗时，检测更明显。
• 可见光和红外波段成像：利用光学显微镜可以进行制药、微检测和材料特征方面的应用。还可以进行遥感，从空间获得并传回地球的图像，并按照不同波长的特征和用途来检测地球环境。还有气象观测和预报。利用红外成像可以在空间观测地球上的微弱可见光和近红外发射光，可以统计到人类居住区的灯光汇总情况。还可以用于制成品的自动视觉检测，比如检测丢失的部件、缺陷、异常、残次品等。还有指纹图像的应用，增强图像，匹配特征指纹，纸币检测，车牌识别。
• 微波波段成像：主要应用是雷达，可以在任何区域任何时间内，不管天气和周围光照条件如何，都可以收集数据。雷达本身提供微波脉冲照射探测区域，获取一副探照图像，然后使用天线和数字计算机来记录图像。
• 无线电波段成像：和另一端的伽马射线一样主要应用在医学和天文。在医学中应用于核磁共振成像（MRI）,将病人放在强磁场中，让无线电波以短脉冲的形式通过病人身体，每个脉冲都会使得病人的组织发射相应的无线电波脉冲，这些信号的位置和强度可以产生病人的二维剖面图。
• 其他成像方式：声波成像、电子显微方法以及计算机产生的合成成像。地质应用（矿产和石油勘察等）使用低端声谱中的声波（几百赫兹），其他领域使用超声波（几百万赫兹）。在地表上获取图像时，利用一辆大卡车和一块钢板，钢板由卡车压在地面上。同时卡车以100Hz的频率振动，返回声波的强度和速度由地表下的成分决定，这些声波由计算机分析后可以生成图像。同样也可获取海洋图像时。超声波在胎检等医学方面有很大的用处：①超声波系统向人体发射高频（1-5MHz）超声波脉冲②声波进入人体并撞击组织之间的边界，部分声波放射回探头，部分声波继续传播，直到到达另一个边界并被反射③反射波被探头拾取并转发给计算机④计算机根据声波在组织中的传播速度和每个回波的返回时间，计算探头到组织边界的距离⑤系统在屏幕上显示回波的距离和亮度，形成一幅二维图像。探头沿人体表面以不同角度运动，得到各种观测图像。电子显微镜的功能和光学显微镜的功能一致，只不过是用聚焦的电子束代替光束来对物体成像，根据物体内部与电子束的相互作用进行检测，将其转换为一幅图像。TEM:显微镜发出一束光透过被观测物体被调节，射出的光投射到观察屏上，形成二维图像。SEM:通过电子束扫描物体，并记录电子束与物体在每个位置上的相互作用，在荧光屏上产生多个点，最终形成一副完整的图像。分形是根据苏秀娥规则进行的基本模式的迭代复制。还有建模。

数字图像的基本步骤

图像处理系统的组成