第一章 绪论

1.1 什么是数字图像处理

数字图像的概念：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,f都是有限的离散量时，该图像为数字图像

数字图像处理的概念：借助于数字计算机来处理数字图像

1.2 数字图像处理的起源

数字图像要求巨大的存储和计算能力，数字图像处理领域的发展一直依赖于数字计算机及数据存储、显示和传输等支撑技术的发展

图像处理的结果主要用于人类解译，数字图像处理技术的第二个主要应用领域是求解机器感知问题。

1.3 数字图像处理技术应用领域实例

数字图像处理的应用领域多种多样，根据数字图像源分类，今天所用的主要图像源是电磁波谱
其他的重要图像源包括声波，超声波和电子

1.3.1 伽马射线成像

核医学:放射性同位素注入人体，同位素衰变时发射伽马射线，图像由伽马射线检测器收集到的放射线产生
天文观测：恒星爆炸种的正电子和电子的湮灭作用，发出伽马射线

1.3.2 X射线成像

应用于医学诊断和天文学
医学诊断运用: X射线成像，血管造影，计算机轴向断层成像(CAT/CT)

图像源产生原理：由x射线管产生，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，当电子撞击一个原子核，会以x射线辐射的形式释放能量

成像原理：X射线的强度由射线穿过病人时的吸收调制，能量落到胶片上时会使胶片感光，与光使得胶片感光的原理相同

数字射线照相术：
（1）数字化X射线胶片
（2）让穿过人体后的X射线直接落到X射线转换为光的设备上

1.3.3 紫外波段成像

应用场景众多，使用显微方法（荧光显微方法）和天文观测来举例说明

图像源产生原理（以显微方法为例）：紫外光本身不可见，但当紫外线辐射的光子与荧光物质内的原子中的电子碰撞时，会使电子跃迁到较高的能级，受激电子随后回到较低能级，并以可见光范围内的低能光子形式发光

成像原理：用激发光照射样品，从较强的激发光中分离出较弱的荧光，以便仅有幅射光到达人眼或其他检测器

荧光显微方法：分为原发荧光和次生荧光(经化学处理后发出荧光)

1.3.4 可见光和红外波段成像

红外波段常与可见光波段结合成像
光显微方法、天文学、遥感、工业、执法

遥感：包括可见光和红外波谱范围内的一些波段
LANDSAT的多光谱成像：从空间获取并传回地球的图像，监测地球的环境条件，每个波段都具有不同的特性与用途

自动视觉检测：如对于CD-ROM 驱动器检测丢失的部件，对制成的药丸胶囊寻找缺失的，不完整的变形的药丸

1.3.5 微波波段成像

雷达

成像雷达：在任何区域和任何时间内，不管天气、周围光照条件如何都有收集数据的能力，时探测地表不可接近地区的唯一方法，使用天线和数字计算机处理技术来记录图像

1.3.6 无线电波段成像

类似于另一端的伽马射线
医学中用于磁共振成像(MRI)

成像原理(MRI)：把病人放在强磁场中，让无线电波以短脉冲形式通过病人的身体，每个脉冲都会使得病人的组织发射相应的无线电波脉冲，信号发生的位置和强度由计算机确定，产生衣服二维剖面图像。

不同波段拍摄的蟹状星云脉冲星(Crab Pulsar)图像

1.3.7 其他成像方式

声波成像(如妇产科超声波)、电子显微方法(TEM)、合成成像(三维建模)

1.4 数字图像处理的基本步骤

图像处理结果的观察可在上图中任何阶段的输出位置进行，并非所有图像处理应用都需要上图给出的复杂交互

1.5 图像处理系统的组成

图形处理单元(GPU)：针对游戏和三维图形应用设计