数字图像处理学习笔记（一）——数字图像处理概述

数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。本专栏将以学习笔记形式对数字图像处理的重点基础知识进行总结整理，欢迎大家一起学习交流！
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一、什么是图像

Ⅰ、图像的定义： 二维函数f(x,y)
       注：①x,y是空间坐标；②f(x,y)中f是点（x,y）的幅值。

Ⅱ、灰度图像是一个二维灰度（或亮度）函数f(x,y)
       注：把白色与黑色之间按对数关系分为若干等级，称为灰度。
              灰度分为256阶（灰度值为0—255），用灰度表示的图像称作灰度图；
              灰度图像与黑白图像不同，在计算机图像领域中黑白图像只有黑白两种颜色，灰度图像在黑色与白色之间还有许多级的颜色深度。

Ⅲ、彩色图像由三个（如RGB,HSV）二维灰度（或亮度）函数f(x,y)组成
       注：①RGB：RGB即是代表红（R）、绿（G）、蓝（B）三个通道的颜色
                             其余各式各样的颜色均是通过对红绿蓝三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到的；
              ②HSV：这个模型中颜色的参数分别是：色调（H），饱和度（S），明度（V）。
                             具体而言，色调（H）用角度度量，取值范围为0°～360°。
                                               饱和度（S）表示颜色接近光谱色的程度。饱和度值愈高，颜色越深而艳。
                                               明度（V）表示颜色明亮的程度，此值和物体的透射比或反射比有关。
                                                                通常取值范围为0%（黑）到100%（白）。

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二、什么是数字图像

Ⅰ、数字图像的定义：像素组成的二维排列，可以用矩阵表示。

Ⅱ 、对于单色（灰度）图像而言，每个像素的亮度用一个数值来表示
        通常数值范围在0到255之间，0表示黑、255表示白
        其它值表示处于黑白之间的灰度。

Ⅲ、彩色图像可以用红、绿、蓝三元组的二维矩阵来表示。
       通常，三元组的每个数值也是在0到255之间
                  0表示相应的基色在该像素中没有
                  255代表相应的基色在该像素中取得最大值

事实上，视频的处理也属于数字图像处理的一部分，只是视频处理总像素点的数量级是非常大的。
这里给一个概念：1s的视频可分成25张图像，通常来讲每张图像大小256*256，那么25张是多少、1分钟的视频呢？1小时的视频呢？这就可想而知它的大小了，于是做数字图像处理，对设备的要求还是比较高的。

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三、数字图像处理的起源

最早应用的行业——媒体（报纸业）

最早应用的时间——20世纪20年代（1921年）

最早“数字图像处理”系统的用途——通过海底电缆，将图像从伦敦传输至纽约。客观的讲，当时的应用并不涉及“数字图像处理”，而是“数字图像传输”。

最早“数字图像处理”系统的特性——系统名称：“巴特兰”（Bartlane），早期的“巴特兰”系统使用5个不同的灰度级来编码图像， 到了1929年这一能力已经扩展到15级。

                             

1921年由电报打印机采用特殊字体在编码纸带上产生的数字图片 1929年美国将军潘兴和法国元帅福熙的数字图片

                            

计算机图像处理技术的历史可以追溯到1946年第一台电子计算机的诞生。

在上世纪70年代，数字图像处理技术有了长足发展

到上世纪80年代，出现了3D图像和分析处理3D图像的系统

进入上世纪90年代，图像处理技术已逐步涉及人类生活和社会发展的各个方面

进入21世纪，数字图像处理技术必将得到进一步发展

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四、数字图像处理领域的实例

★传统领域
☆医学、空间应用、地理学、生物学、军事……
★最新领域
☆数码相机(DC)、数码摄像机(DV)
☆指纹识别、人脸识别
☆互联网、视频、多媒体等
☆基于内容的图像检索、视频检索、多媒体检索
☆水印、游戏、电影特技、虚拟现实、电子商务等

数字图像处理的应用无处不在

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五、数字图像处理的基本步骤

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六、图像处理系统的基本组成结构

主要由三大部分组成：
①图像数字化设备：包括数码相机、数码摄像机、带照相和/或摄像功能的手机等。
②图像处理设备：包括计算机和存储系统。
③图像输出设备：包括打印机，也可以输出到Internet上的其它设备。

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七、图像存储系统

★图像文件格式体系
☆互联网用：GIF、JPG
☆印 刷 用：TIF、JPG、TAG 、PCX（国际标准：TIF、JPG、BMP）
☆图像存储体系：分级存储 
☆内存存储：处理时使用 
☆硬盘存储：处理、备份时用（在线） 
☆备份存储：光盘、磁带（离线、近线）
☆网络存储：SAN、 NAS

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