内容提要: 数字图像处理的发展简史 图像处理的任务 基本的图像处理系统 图像各种形式的表示 MATLAB图像处理工具箱简介。 第１章 绪论 内容提要: 数字图像处理的发展简史 图像处理的任务 基本的图像处理系统 图像各种形式的表示 MATLAB图像处理工具箱简介。

教学建议: 本章教学安排4学时 学习本课程的先修知识包括： 线性代数：矩阵的表示与运算 数字信号处理 微机原理 软件技术基础等。

3.重点了解 图像处理的任务 基本的图像处理系统 微机图像处理系统 数字图像的表示 Matlab图像处理工具箱的初步使用。

1.1 数字图像处理及发展简史 1.1.1 数字图像与像素 图像是自然界景物的客观反映。 1.1 数字图像处理及发展简史 1.1.1 数字图像与像素 图像是自然界景物的客观反映。 在数字图像领域，将图像看成是许多大小相同、形状一致的像素组成。 像素（picture element，简称pixel） 一幅图像可以用二维矩阵表示。

图像的数字化包括两个主要步骤：离散和量化 图1.1 自然景物图像 (a)原图 (b)将原图放大4倍 图像的数字化包括两个主要步骤：离散和量化

1.1.2 图像处理的发展简史 数字图像处理首次成功地应用在1964年美国宇航局喷气推进实验室（NASA JPL）对“徘徊者7号”探测器发来的几千张月球照片的进行几何校正、灰度变换、去除噪声等处理。 考虑了太阳位置和月球环境的影响。 用计算机绘制了月球表面的照片。

2005年1月14日，“惠更斯”探测器拍摄了“土卫六”的图像。 图1.3 土卫六的地貌图 图1.4 陆地卫星5号

1.2 图像处理的目的、任务与特点 1.2.1 图像处理的目的 一般地，图像处理中需要完成以下一个或几个任务： 1.2.1 图像处理的目的 一般地，图像处理中需要完成以下一个或几个任务： （1）提高图像的视觉质量以提供人眼主观满意或较满意的效果。 （2）提取图像中目标的某些特征，以便于计算机分析或机器人识别。 （3）为了存储和传输庞大的图像和视频信息，常常对这类数据进行有效的压缩。 （4）信息的可视化。 （5）信息安全的需要。

1.2.2 图像处理的任务 图像处理的主要任务： 图像获取与数字化 图像增强 图像恢复 图像重建 图像变换 图像编码与压缩 图像分割

1.2.3 数字图像处理的特点 1．具有数字信号处理技术共有的特点。如： （1）处理精度高。 （2）重现性能好。 （3）灵活性高。 2．数字图像处理后的图像可能是供人观察和评价的，也可能作为机器视觉的预处理结果。 3．数字图像处理技术适用面宽。原始模拟图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像、超声波图像或红外图像。

图1.5 胸部X光片图像 图1.6 红外热像仪检测的手

5．数字图像处理与模拟方式处理图像相比，也有一些不足之处，如 4．数字图像处理技术综合性强。 5．数字图像处理与模拟方式处理图像相比，也有一些不足之处，如 （1）数字图像处理的信息大多是二维或二维以上的多维信息，数据量巨大 （2）数字图像信号占用的频带较宽。 （3）处理费时。

1.3 基本的图像处理系统 图像处理系统包括 1.3.1 图像处理硬件 微机图像处理硬件系统主要 软件系统包括 图像处理硬件和图像处理软件。 1.3 基本的图像处理系统 图像处理系统包括 图像处理硬件和图像处理软件。 1.3.1 图像处理硬件 微机图像处理硬件系统主要 由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出设备等组成。 软件系统包括 操作系统、控制软件及应用软件等。

图1.7 基本的数字图像处理系统

较完整的数字图像处理系统结构框图： 1 图像输入设备 由输入设备、成像显示记录设备、数字图像处理核心、交互控制单元等组成。 1 图像输入设备 完成将模拟光学图像转换成模拟电图像的过程。 数字化图像输入设备还进一步将模拟电图像进行数字化以便于存储介质存储和计算机处理。

2. 图像存储器 为了适应图像的大数据量要求，输入图像、输出图像以及中间结果图像必须用大容量存储介质进行存储。 3. 主机 用于图像处理的计算机。 4．显示器及图像输出设备

图1.8 数字图像处理系统结构图

图像采集卡、显示卡、高速图像处理卡等。 （1）图像采集卡 （2）高速图像处理卡 （3）显示卡

图1.9 基于DSP的高速图像处理卡结构图

图1.10 VGA显卡的原理框图

1.3.2 图像处理软件 图1.11 图像处理软件系统的层次结构

1. 图像设备驱动程序 2. 操作系统： （1）IBM PC及兼容机一般使用Microsoft Windows操作系统。 （2）Apple Macintosh机一般使用Mac OS X操作系统。 （3）图形工作站典型使用UNIX或X WINDOWS操作系统。 3．图像处理开发工具 （1）VC++面向对象可视化集成工具 （2）MATLAB的图像处理工具箱 （3）图像应用软件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee

1.4 数字图像处理的应用与发展趋势 1.4.1 数字图像处理的应用 1．航天和航空技术方面的应用 2．生物医学工程方面的应用 1.4　数字图像处理的应用与发展趋势 1.4.1 数字图像处理的应用 1．航天和航空技术方面的应用 2．生物医学工程方面的应用 3．通信工程方面的应用 4．工业自动化和机器人视觉方面的应用 5．军事和公安方面的应用 6．生活和娱乐方面的应用

1.4.2 数字图像处理的发展趋势 （1）上世纪末到本世纪初在图像处理技术领域出现了一些新热点 1.4.2 数字图像处理的发展趋势 （1）上世纪末到本世纪初在图像处理技术领域出现了一些新热点 （2）“传统的”图像分割和图像压缩编码等领域仍有研究的价值。 （3）加强对视觉特性、心理学特性等的进一步研究，作为边缘学科，图像处理技术更应该注意借鉴其他学科的理论、技术和方法，完善图像处理的理论和技术体系。

（4）在硬件技术方面，要在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。 （5）图像处理技术在图像通信的研究和应用具有广阔的市场前景。 （6）智能图像信息处理新理论与新技术的研究。 （7）图像处理领域的标准化的研究。