数字图像处理-基本知识总结
1、图像及图像处理概念
图像是使用各种传感器手段观测客观世界获得，可以直接或间接作用于人眼产生视觉的实体。主要包括：
1）各类图片，如可见光照片、X光片、遥感图片；
2）各类光学图片，如电视、电影等；
3）客观世界在人们心目的描述及想象，如绘画、绘图等。
数字图像：主要是为了便于计算机处理，将连续图像在坐标空间和性质空间离散化，这种离散图片就是数字图像。
图像中的基本单元就是图像的元素，简称像素（Pixel）。
2、数字图像处理技术
指应用计算机合成、变换已有的数字图像，从而产生新效果后并加工处理的图像重新输出，即数字图像处理。
图像处理科学的意义
1）图像作为重要信息来源占据了人类获取信息的70%；
2）视觉信息的特点：信息量大，传播速度快，作用距离远；
3）图像信息来源多：除可见光成像，还有很多非可见光成像。如γ射线、X射线、紫外线、微波。
3、数字图像处理的特点
1）图像信息量大
每个像素的灰度级一般为8位，高精度的有12位和16位。
分辨率为每个图像的像素点数量。一般分辨率的图像像素为256*256、512*512
数据量为：256*256*8=64K，512*512*8=256K
高分辨率图像像素数据量为：1024*1024*8=1M，2048*2048*8=4M
2) 图像处理技术综合性强
一般来说涉及通信技术、计算机技术、电视技术、电子技术，至于涉及到的数学、物理学等方面的基础知识就更多。
3) 图像信息理论与通信理论密切相关
图像理论是把通信中的一维问题推广到二维空间上来研究的。
通信研究的是一维时间信息，时间域和频率域的问题。任何一个随时间变化的波形都是由许多频率不同、振幅不同的正弦波组合而成的。
图像研究的是二维空间信息，研究的是空间域和空间频率域（或变换域）之间的关系。任何一幅平面图像是由许多频率、振幅不同的X-Y方向的空间频率波相叠加而成。
4、数字图像处理的主要方法
1）空域法
图像被认为是平面中各像素组成的集合，直接对这一二维函数进行相应的处理。主要有两大类：
· 域处理法：包括梯度运算，拉普拉斯算子运算，平滑算子运算和卷积运算。
· 点处理法：包括灰度处理，面积、周长、体积、重心运算等等。
2）变换域法
数字图像处理的变换域处理方法是首先对图像进行正交变换，然后在施行各种处理，处理后再反变换到空间域，得到处理结果。 包括滤波、数据压缩、特征提取等处理。
5 数字图像处理的主要内容
完整的数字图像处理系统大体上可分为如下几个方面：
1）图像的信息的获取
把一幅图像转换成适合输入计算机和数字设备的数字信号。需要两个部件以获取数字图像：
物理设备，该设备对我们希望成像的物体发射的能量很敏感。
数字化器，是一种把物理感知装置的输出转化为数字形式的设备。
常见的图像输入设备有：扫描仪、摄像机、数码相机、图像采集卡等
2）图像信息的存储
主要有三类：
处理过程中使用的快速存储器；
·计算机内存的帧缓存，通常可存储多幅图像并可以视频速度读取，可以允许对图像进行放大、缩小，以及垂直翻转和水平翻转。
用于比较快的重新调用的在线或联机存储器；
·磁盘，可存储几个G byte的数据；
·磁光存储器，可在51／4英寸的光片上存储上G byte的数据；
·光盘塔，一个光盘塔可放几十个到几百个光盘，利用机械装置插入或从光盘驱动器中抽取光盘。
不经常使用的数据库（档案库）存储器；
·磁带，长13英尺的磁带可存储近1G byte的数据，但储藏寿命较短。
·一次写多次读（WORM）光盘。可在12英寸的光盘上存储6G byte数据，在14英寸的光盘上存储10G byte数据，并易于储藏。
3）图像信息的传送
可分为系统内部传送与远距离传送：
内部传送：
指在不同设备间交换图像数据。现在有许多用于局域通信的软件和硬件以及各种标准协议。多采用DMA(Direct Memory Access)技术以解决速度问题。
外部远距离传送：
主要问题是图像数据量大而传输通道比较窄。
这一状况由于光纤和其他宽带技术的发展，正在迅速得到改进。另一方面，解决这个问题需要依靠对图像数据压缩。
4）图像的输出与显示
图像处理的最终目的是为人或机器提供一幅更便于解释和识别的图像。因此图像的输出也是图像处理的重要内容之一。
主要分两类：
硬拷贝（记录图像）。如激光打印机、胶片照相机、热敏装置、喷墨装置和数字单元（如CD-ROM）等。
软拷贝。如CRT (Cathode Ray Tube)显示、液晶显示器（LCD）、场致发光显示（FED）。
6.数字图像处理
主要包括以下几项内容：
（1）几何处理（Geometrical Image Processing）
主要包括坐标变换，图像的放大、缩小、旋转、移动，多个图像配准，全景畸变校正，扭曲校正，周长、面积、体积计算等。
（2）算术处理（Arithmetic Processing）
主要对图像施以＋、－、×、÷等运算，虽然该处理主要针对像素点的处理，但非常有用，如医学图像的减影处理就有显著的效果。
(3）图像增强（Image Enhancement）
就是突出图像中感兴趣的信息，而减弱或去除不需要的信息，从而使有用信息得到加强。
·改善图像的视觉效果，提高图像成分的清晰度；
·使图像变得更有利于计算机处理，便于进一步进行区分或解释。
（4）图像复原（或恢复）（Image Restoration）
就是尽可能地减少或者去除图像在获取过程中的降质（干扰和模糊），恢复被退化图像的本来面貌，从而改善图像质量。
关键是对每种退化（图像品质下降）建立一个合理的模型。
(5）图像重建（Image Reconstruction）
是从数据到图像的处理。即输入的是某种数据,而处理结果得到的是图像。典型应用有CT技术和三维重建技术。
（6）图像编码（Image Encoding）
主要是利用图像信号的统计特性及人类视觉的生理学及心理学特征对图像信号进行高效编码，其目的是压缩数据量，以解决数据量大的矛盾。
（7）图像识别（Image Recognition）
利用计算机识别出图像中的目标并分类、用机器的智能代替人的智能。它所研究的领域十分广泛，如，机械加工中零部件的识别、分类；从遥感图片中分辨农作物、森林、湖泊和军事设施；从气象观测数据或气象卫星照片准确预报天气；从X光照片判断是否发生肿瘤；从心电图的波形判断被检查者是否患有心脏病；在交通中心实现交通管制、识别违章行驶的汽车及司机，等等。
7、数字图像处理主要应用领域
1）通讯
按业务性能划分可分为：电视广播传真、可视电话、会议电视、图文电视、可视图文以及电缆电视。
按图像变化性质分可分为：静止图像和活动图像通信。
2）遥感
航空遥感和卫星遥感图像都需要数字图像处理技术的加工处理，并提取出有用的信息。主要用于土地测绘，资源调查，气候监测，农作物估产，自然灾害预测预报，环境污染监测，气象卫星云图处理以及地面军事目标的识别。
3） 生物医学领域中的应用
计算机图像处理在医学上应用最成功的例子就X射线CT(X-ray Computed Tomography)，20世纪70年代发明的计算机轴向断层术（CAT），简称计算机断层。
4） 工业生产中的应用
从70年代起得到了迅速的发展，图像处理技术的重要应用领域。在生产线中对产品及部件进行无损检测，如食品、水果质量检查，无损探伤，焊缝质量或表面缺陷 等等。
5） 军事、 公安等方面的应用
军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动灭火器的控制及反伪装；公安部门的现场照片、指纹、手迹、人像等的处理和辨识；历史文字和图片档案的修复和管理等。
6） 教学和科研领域
如科学可视化技术，远程培训及教学也将大量使用图像处理技术的成果。
7） 电子商务
如身份认证、产品防伪、水印技术等。
8、数字图像处理的发展趋势
数字图像处理有关技术的发展和改进, 使其被普遍应用到了各行业中, 能够预测到未来的数字图像处理定会获得迅速的发展和前进, 且在各个领域中占据重要位置。1）数字分析应当更加深入与计算机视觉相结合，随着国内计算机技术和人工智能水平的逐渐提高；2）虚拟现实领域，数字图像处理具有更大程度的发展；3）数字图像处理技术可以与三维重构联系。