数字图像处理和边缘检测.docx
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2023-02-20
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中文译文
数字图像处理和边缘检测
1.数字图像处理
数字图像处理方法的研究源于两个主要应用领域：为便于人们分析而对图像信息进行改进；为使机
器自动理解而对图像数据进行存储、传输及显示。
(x, y) ，这里 x 和 y 是空间坐标，而在任何一对空间坐标
(x, y)
一幅图像可定义为一个二维函数 f
上
, y
的幅值 f 称为该点图像的强度或灰度。当x 和幅值 f 为有限的、离散的数值时，则图像为数字图像。
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谱的视觉波段，成像机器则可覆盖几乎全部电磁波谱，从伽马射线到无线电波。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。我们认为这一定
义仅是人为界定和限制。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的多，图像分析（也称为图像理解）
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线。然而，在这个连续的统一体中可
以考虑三种典型的计算处理（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。低级处理是以输入、
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识等）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（处在连续统一体边缘）等。
根据上述讨论，我们看到，图像处理和图像分析两个领域合乎逻辑的重叠区域是图像中特定区域或
物体的识别这一领域。这样，在研究中，我们界定数字图像处理包括输入和输出均是图像的处理，同时
也包括从图像中提取特征及识别特定物体的处理。举一个简单的文本自动分析方面的例子来具体说明这
一概念。在自动分析文本时首先获取一幅包含文本的图像，对该图像进行预处理，提取（分割）字符，
然后以适合计算机处理的形式描述这些字符，最后识别这些字符，而所有这些操作都在本文界定的数字
图像处理的范围内。理解一页的内容可能要根据理解的复杂度从图像分析或计算机视觉领域考虑问题。
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