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数字图像处理

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数字图像处理的概念

数字图像处理方法的研究源于两个主要应用领域：其一是为了方便于人们分析

而对图像信息进行改进；其二是为了使机器自动理解而对图像数据进行存储、

传输及显示。一幅图像可定义为一个二维函数 F(x,y),这里 x 和 y 是空间坐标，

而在任何一对空间坐标（x，y）上的幅值 f 称为该点图像的强度或灰度。当

x，y 和幅值 f 为有限的

离散的数值时，称该图像为数字图像。数字图像处理是指借用数字计算机处理

数字图像，值得提及的是数字图像是由有限的元素组成的，每一个元素都有一

个特定的位置和幅值，这些元素称为图像元素、画面元素或像素。像素是广泛

用于表示数字图像元素的词汇。

视觉是人类最高级的感知器官，所以毫无疑问图像在人类感知中扮演着最重要

的角色。然而，人类感知只限于电磁波普的视觉波段，成像机器则可覆盖几乎

全部电磁波谱，从伽玛射线到无线电波。它们可以对非人类习惯的那些图像源

进行加工，这些图像源包括超声波、电子显微镜及计算机产生的图像。因此，

数字图像处理涉及到各种各样的应用领域。

图像处理涉及的范畴或其他相关领域（例如，图像分析和计算机视觉）的界定

在初创人之间并没有一致的看法。有时用处理的输入和输出内容都是图像这一

特点来界定图像处理的范围。这一定义仅是人为的界定和限制。例如，在这个

定义下，甚至最普通的计算一幅图像灰度平均值的工作都不能算做是图像处理。

另一方面，有些领域（如计算机视觉）研究的最高目标是用计算机去模拟人类

视觉，包括理解和推理并根据视觉输入采取行动等。这一领域本身是人工智能

的分支，其目的是模仿人类智能。人工智能领域处在其发展过程中的初期阶段，

它的发展比预期的要慢很多，图像分析（也称作图像理解）领域则处在图像处

理和计算机视觉两个学科之间。

从图像处理到计算机视觉这个连续的统一体内并没有明确的界限。然而，在这

个连续的统一体中可以考虑三种典型的计算机处理（即低级、中级和高级处

理）来区分其中的各个学科。低级处理涉及初级操作，如降低噪声的图像预处

理，对比度增强和图像尖锐化。低级处理易以输入、输出都是图像为特点的处

理。中级处理涉及分割（把图像分为不同区域或目标物）以及缩减对目标物的

描述，以使其更适合计算机处理及对不同目标的分类识别。中级图像处理是以

输入为图像，但输出是从这些图像中提取的特征，如边缘、轮廓及不同物体的

标志等为特点的。最后，高级处理涉及在图像分析中被识别物体的总体理解，

以及执行与视觉相关的识别函数等。

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