417 …50 0 418 58被 算11音表示0描术。 44512 59形态学重建… 引官 95.10二值图像形态学操作小结 111表示 9.6灰度缆形态学 11.11边界泊踪 11.12链码 428 062开杨作和组授作· ..430 1山13使用最小周长边形的多边形近似…5引8 11.14其他多边形近似方法…522 063 一此基木的灰度级形态学算法 431 1115标日图4：， 964灰度级形态学重建 43 小结， 437 1116边界线段… 11.1.7骨架 452 参考文献… 437 习题… 1山2边界描绘子… 438 112.1一些简单的描绘子 第10章图像分到 443 1122形状数 引言 443 1123傅里叶描绘子 004520 10.1基础知识…。 443 1124统计矩… 10.2点、线和边缘检测…445 113区城描绘子…… 10.2.1背景知识 113.1一些简单的描绘子 1022孤立点的检测*+447 1132拓扑描给千+*+。537 1023线检测… 449 102.4边缘模型** 450 102.5基本边缘检测… 454 114使用主分量进行描绘 102.6更先进的边缘检测技术 459 115关系描绘子………550 1027边缘连诈接和边界检测 467 小结4………55 103 阀值处理 476 参考文献4…+…55 103.1基础知i识· 476 .554 1032基本的全局國值处理 478 第12章目标识别… 用Ou方法的最佳全局值处理· …557 103.3 479 103,4 用图像平滑改善全局阀值处理 引言 ·55 48. ·551 103.5 利边缘改进全局圆值处理·· 12.1模式和模式类 484 122基于决策理论方法的识别 56M 0.3.6 多值处 可变周值处理 56 222 最住统计分类？ 56 9 104 49 57 结构方法 8 0. 区域 I23.I匹配形状数 5 10.5 232 中匹配 结 0.3 文献 0 58 习题 58A 附录A图像压缩编码表 ·591 10.6 附录B参考书目 …595 063 索引… …620 小结 ·18:
第1章绪 论 百闻不如一见 一无名氏 引言 数字图像处理方法的重要性源于两个主要应用领域：改善图示信息以便人们解释；为存储、传 输和表示而对图像数据进行处理，以便于机器自动理解。本章有几个主要目的：(1)定义我们称之为 图像处理领域的范围：（②）从历史观点回顾图像处理的起源：(3)通过考察一些主要的应用领域，给出 图像处理技术状况的概念：(4)简要讨论数字图像处理中所用的主要方法：（⑤）概述通用目的的典型图 像处理系统的组成：(6⑥)列出公开发表的数字图像处理领域的一些图书和文献。 1.1什么是数字图像处理 一幅图像可定义为一一个二维函数f化)，其中x和y是空间（平面）坐标，面在任何一对空间坐标x) 处的幅值∫称为图像在该点处的强度或灰度。当xy和灰度值∫是有限的离散数值时，我们称该图像为 数字图像。数字图像处理是指借助于数字计算机来处理数字图像。注意，数字图像是由有限数量的元 素组成的，每个元素都有一个特定的位置和幅值。这些元素称为图画元素、图像元素或像素。像素是 广泛用于表示数字图像元素的术语。在第2章，我们将用更正式的术语来考虑这些定义。 视觉是人类最高级的的感知，所以，图像在人类感知中扮演着最重要的角色并不奇怪。然而。 人类的感知仅限于电磁波谱的视觉波段，与人类不同，成像机器几乎可以覆盖从伽马射线到无线电波 的整个电磁波谱。它们可以对非人类所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 微镜和计算机产生的图像。因而，数字图像处理涉及很宽泛的各种各样的应用领城。 关于图像处理止于哪里或其他相关领域（如图像分析和计算机视觉）从哪里开始，在创造人之间 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规范来界定图像处理的范围。我们 认为这有点局限，是人为的界定。例如，在这种定义下，甚至像计算一辐图像的平均灰度（结果为 个数字这样简单的任务都不能算是图像处理。另一方面，有些领域（如计算机视觉）的最终目标是使 用计算机来模拟人的视觉，包括理解并根据视觉输人采取行动等。该领域本身是人工智能(AD的一个 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的初级阶段，它的发展比预期的慢得多 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之间 每真下方影中的数学表示译文对应的晾书爽到。素引中的爽码为原书码 一编者出
2 数字图像处理（第三版） 从图像处理到计算机视觉的这个连续统一体内并没有明确的界限。然而，一种有用的范例是在 这个连续的统一体中考虑三种典型的计算处理即低级、 中级和高级处理。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。低级处理以输入，输出都是图像为特征。中级 处理涉及诸多任务，摩如（把一辐图像分为不同区域或目标的）分割，减少这些目标物的描述，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、轮廓及各物体的标识等）为特点。最后，高级处理涉及“理解”已识别日标的总体 就像在图像分析中那样，以及在连续统一体的远端执行与视觉相关的认知功能 基于上述讨论我们可以看到，图像处理和图像分析之间合平逻辑的重叠部分就是图像中各个区 域或目标的识别这一领域。这样。在本书中，我们就将数字图像处理界定为其输入和输出都是图像的 处理，另外，包含从图像中提取特征的处理，直至包括各个目标的识别。作 一个澄清这些概念的 明，我们考虑文本自动分析这一领域。获取包含有文本的区域的一幅图像，对该图像进行预处理，以 提取（分割）各个字符，以适合于计算机处理的形式描述这些字符，识别这些个别字符，这些都在本料 界定的数字图像处理范畴内。理解一页的内容可能要根据“理解”词句的复杂度从图像分析领城甚至 计算机视觉来考虑。这很快就会变得很明显，就像我们已定义的那样，数字图像处理可成功地用于具 有特殊社会和经济价值的广泛领域。后面各章中给出的概念是这些应用领域中所用方法的基础 1.2数字图像处理的起源 数字图像的最早应用之一是在报纸业，当时，图片第一次通过海底电缆从伦敦传往纽约。早在20 世纪20年代曾引入巴特兰(Bartlane)电缆图片传输系统，把横跨大西洋传送一幅图片所需的时间从 个多星期减少到了3小时。为了用电缆传输图片，首先使用特殊的打印设备对图片编码，然后，在接 收端重构这些图片。图1.】就是用这种方法传送并利用装有打印机字体的电报打印机模拟中间色调还 原出来的图像 这些早期数字图片视觉质量的改进中的初始问题涉及打印过程的选择和亮度等级的分布。用于 得到图1.1所示图像的打印方法到1921年底就被彻底淘汰了，转而支持一种基于照相还原的技术，即 在电报接收端使用穿孔纸带来还原图片。图1.2显示了使用这种方法得到的一幅图像。与图1.1相比 它在色调质量和分辨率方面的改进都很明显。 图111921年由电报打印机采用特殊字体在编码纸带 图121922年在信号两次穿越大西洋后，由穿孔纸 上产生的数字图片（原图像由McFarlane提供 带得到的数字图片（原图像由MeFarlane提供 早期的巴特兰系统可以使用5个不同的灰度级来编码图像。到1929年，这一能力已增大到15级 图13所示的这种典型图像就是用15级色调设备得到的。在这一时期。由于引人了一种使用编码图片 纸带调制光束而使底片感光的系统，因而明显地改善了还原过程 ①本书后面提供的参考文献按作者姓氏的字母确序列出
第1章绪论 3 吊然风刚才引用的例子中涉及数字图像.但并不认为它 们就是我们定义的数字图像处理，因为创建这些图像时并 未涉及计算。因此，数字图像处理的历史与数字计算机的 发展密切相关。事实上，数字图像要求非常大的存储和计 算能力，因此数字图像处理领域的发展必须依靠数字计算 机及数据存储、显示和传输等相关支撑技术的发展。 计算机的概念可追溯到5000多年前亚洲算盘的发 明。更近一些，过去两个世纪以来已有的发展也奠定了我 们今天之为十值机的基础。状而.我们称之为现代十管 机的基础还要回溯到20世纪40年代由约·冯·诺依曼 图13美国将军潘兴和法国元帅福熙的照片 该照片未加修饰。 提出的两个重要概念：(1)保存程序和数据的存储器： 敦到纽约使用15级色调设备通过电 (2)条件分支。这两个概念是中央处理单元(CPU)的基 值传送的（闲像由McFarlane提其 础.今天，它是计算机的心脏。从码·诺依超开始，已 有的一系列重要的讲展使得算机强大到足以用于数字图像处理 简单地说 这些进展可归纳为如下儿点：()1948年美国贝尔实验室发明了品体管；(2)20世纪 50年代和20世纪6O年代高级编程语言COBOL(Common Business-Oriented Language)和FORTRAN (Formula Translator)的开发：(3)1958年美国德州仪器公司发明了集成电路IC)；(4)20世纪60年代 早期操作系统的开发；（⑤）20世纪70年代早期td公司开发了微处理器（由中央处理单元、存储器利 输入输出控制组成的单一芯片)：(6)1981年BM公司推出了个人计算机：(7)元器件的逐步小型化， 随着20世纪70年代末大规模集成电路①)开始出现，20世纪80年代出现了甚大规模集成电路(1S 现在出现了超大规模集成电路(U几S。伴随着这些进展.数字图像处理的两个基本需求一大容量有 储和显示系统领域也随之快速发展 第一台功能强大到足以执行有意义图像处理任务的大型计算机出现在20世纪60年代初。我们今 天称之为数字图像处理的诞生可追溯至这一时期这些机器的使用和空间项目的开发。这两大发展的结 合把人们的注意力集中到数字图像处理概念的潜能上。利用计算机技术改善空间探测器发回的图像的 工作始于1964年美国加利福尼亚的喷气推进实验室（加里福尼亚，帕萨第那）。当时由“徘问者7号 卫星传送的月球图像由一台计算机进行了处理.以校正航天器上电视摄像机中各种类型的图像踏变 图1.4显示了由“徘徊者7号”于1964年7月31日上午（东 部白天时间)9点09分在幢击月球表面前约17分钟相时摄取 的第一张月球图像[网状标记用于第2章讨论的几何校 正]。这也是由美国航天器拍摄的第一幅月球图像。“徘徊者 7号”积累的图像处理方法可作为增强和复原图像方法的基 础，譬如“探索者”登月飞行 “水手号”火星飞越任务及 “和波罗”载人脊月和其他任务 在空间应用的同时，数字图像处理技术在20世纪60年 代末和20世纪70年代初开始用于医学成像、地球资源遥感 监测和天文学等领域。早在20世纪70年代发明的计算机图14美国航天器传回的第一张月球照片 轴向断层术，简称为计算机断层(CT),是图像处理在医学 它是由“徘徊者 7号”探测器在 诊断领域最重要的应用之一。计算机轴向断层术是一种处 击月球表面前7分钟于美国东 理方法，在这种处理中，拾测器环围绕着一一个物体（成病 间1964年7月31日上午9点09 26 人)，并且一个与该环同心的X射线源（与检测器环同心）绕 分拍摄的（原图像由NASA提供） 28