1、掌握图像获取及数字化、图像增强、图像复原、图像压缩和彩色图像处理
等的原理和方法，并能应用这些原理方法解决实际问题；
2、能利用Matlab等工具进行算法编程仿真，并对结果进行分析和评价；
3、了解数字图像处理的发展动态，学习新思想、新技术、新应用，能够初步
具有运用新技术创造性地解决复杂问题的能力
图像的概念与特性
科技进步推进人类生活方式的改变，信息技术正在对人类认
知与生产力产生深远影响。
数据与信息
数据指定性或定量描述认识目标的直接记录或原始资料，是客观
对象的表示；
信息是潜在于数据中的意义（内容），是对数据的解释，是对
数据加工后的有认识意义的结果;用来消除随机不确定性的东西
（C.E.Shannon，1848）。数据是信息的表达，信息则是数据的内容。
图像
“图”是物体透射或反射光的分布，是客观存在的。
“像”是人的视觉系统对图在大脑中形成的印象或认识，是人的感觉。
图像（image）是图和像的有机结合，既反映物体的客观存在，又体现人的心理因素；是客观对象的一种可视表示，它包含了被描述对象的有关信息。图像是 “客观”与“主观”的结合。
图像的分类
分类：
（1）从视觉特点，分为可见图像和不可见图像。
（2）从图像空间坐标和明暗程度的连续性，可分为模拟图像和
数字图像。
模拟图像：
图像是连续的，即用函数 f (x,y)表示的图像。
其中x , y : 表示空间坐标点的位置；
f : 表示图像在点（x , y） 的某种性质的数值，如亮度、灰度，色度等。f , x, y可以是任意实数。
数字图像
I (r , c)是对 f ( x , y) 的离散化后的结果。
r表示图像的行(row)；
c表示图像的列(column)；
I表示离散后的f；
I , r, c的值只能是整数。
数字图像可用矩阵或数组进行描述。
数字图像的矩阵表示
数字图像的基本类型
黑白图像（二值图像）
是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又
称为二值图像。二值图像的像素值为0、1
灰度图像灰度图像是指各像素信息由一个量化的灰度级来描述的图像，
没有彩色信息。
灰度取值范围为(0～255),“0”表示纯黑色，“255”表示纯白色，
中间的数字表示黑白之间的过渡色。
空间分辨率和幅度分辨率
大多数传感器的输出是连续的电压波形；
为了产生一幅数字图像（digital image），需要把连续的感知数据转化为数字形式
这包括两种处理：采样（取样）和量化
采样(sampling)：图像空间坐标的数字化
量化(quantization)：图像亮度值（灰度值）的数字化
采样(sampling)： 把模拟图像分割成同样形状的小单元，进行空间离散化处理
常见的分辨率表示方法：
量化(quantization)：将亮度值进行离散化处理（数字化），这个过程称为图像的量化。如：量化到256个灰度级。
分辨率与数据量
数字图像 --.>矩阵 -->数组–> 数据存储空间
在计算机中，图像被分割成像素（Pixel），各像素的灰度值用整数表示。一 幅M×N个像素的数字图像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩阵G表示：
分辨率与数据量之间的辩证关系
数字化需要考虑的因素：
应根据原始影像的比例尺和所期望达到的空间分辨率来确定每英寸要采集的像元数目；
当数字化大比例尺影像时，一般没有必要用特别高的分辨率来扫描视觉上可以接受的影像
图像的采样与数字图像的质量
图像的采样与数字图像的质量
数字图像处理及其发展历史数字化后的图像可以看成是存储在计算机中的有序数据，可以通过计算机对数字图像进行处理。
利用计算机对图像进行去除噪声、 增强、复原、分割、提取特征等
的理论、方法和技术称为数字图像处理（Digital Image Processing）
• 数字图像处理
图像处理：输入输出都是图像，涉及基本操作，如降低噪声的图像预处理、
对比度增强和图像锐化（图像）
图像分析：图像分割及目标的描述，输出是目标的特征数据（特征）
图像理解：目标物体及相互关系的理解，输出是更抽象的数据（语义）
图像工程的三个层次
–图像处理、图像分析和图像理解
DIP学科发展史
最早可追溯到20世纪20年代电报打印机
20世纪60年代以后才逐渐发展起来（被电子计算机的诞
生和发展带动）
DIP学科特点：
广：多学科交叉，内容繁杂
新：仍然处于研究街段（变化中）
深：研究性强，部分内容有难度
早期的计算机满足不了图像处理的要求，没有IP（image processing)。
1921年用电报打印机采用特殊字符在编码纸带中产生的图像
1922年在信号两次穿越大西洋后，从穿孔纸带得到的数字图像
1929年从伦敦到纽约用15级色调设备传送的照片
20世纪60年代，FFT的出现；NASA（美国国家航空和航天管理局 ）开始处理从月球发回的照片
1964年：美国喷气推进实验室(JPL)用计算机对“徘徊者七号”太
空船发回的大批月球照片进行处理。
70年代,IP有了较大的发展，1976年出版了第一本图像处理的专著。
70年代处理地球卫星获取的遥感图片，进行地质资源探测，农作
物估产，水文气象监测等;
80年代随着高速计算机和大规模集成电路的发展，使图象
处理技术更趋成熟，得到了广泛应用。从2D图像发展到3D图
像处理
90年代，以多媒体技术为代表，IP的应用涉及到人类生活的各
个方面。
图像压缩和多媒体技术的突破和发展；
文本图像的分析和理解，文字的识别取得重大的进展；
全球通讯技术的蓬勃发展，使图像通讯和传输的广泛应用，各
数字图像处理技术取得广泛的开拓性的发展，进入成熟应用阶段。
21世纪，IP正在改变人们的生活方式
在日常生活中，图像处理已经得到广泛应用。
涉及天文遥感、生物医学、通讯、工农业生产、军事公安、
电脑艺术像，影视特技等，各行业领域。
在日常生活中，图像处理已经得到广泛应用。
涉及天文遥感、生物医学、通讯、工农业生产、军事公安、
电脑艺术像，影视特技等，各行业领域。
天文遥感领域应用
飞机遥感、卫星遥感
雷达、卫星、摄像机等
遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可
见光、红外线到微波的光谱段
天文遥感领域应用
生物医学应用
在医学领域，X射线透视、显微镜照片诊断疾病。计算机图像处理
已成为疾病诊断的重要手段，用一般摄影方法不能获取的身体内部状况，可由特殊的图像处理装置获取，最具有代表性的就是X射线CT（Computed Tomograph，计算机断层摄像）。
用于MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）
PET(Positron Emission Tomography)，正电子发射断层扫描
PET原理：给病人注射放射性同位素，同位素衰变时发射出正
电子。当正负电子相遇时，两者消失，产生两束伽马射线。
用伽马射线检测器收集到放射线，然后利用断层技术的基本
原理重建断层图像。
1979年诺贝尔医学奖：利用X射线发明CAT（Computerized
Axial tomography, 计算机化X射线轴向分层造影）技术，简称
CT（计算机断层扫描) 3D 图像：不同角度的大量切片组合在一起
多媒体通讯：数字电视、高清析度电视(HDTV)、多媒体信息处理,
可视电话、会议电视等。
电话、电视、计算机三网合一
工农业生产应用
自动驾驶技术
机器人视觉
零件检测
毒杂草识别
军事公安领域应用
导弹制导
侦察照片的处理
指纹识别、人脸识别
文化艺术领域应用电视画面的数字编辑
动画制作
游戏
纺织工艺品设计
发型设计
文物资料图片的修复
图像存储与格式
图像存储：同一般数据的存储器件
• 图像文件格式
(1) BMP格式：Windows系统用的位图文件
(2) GIF格式 ：可存放多幅图像（动画）
(3) TIF(F)格式：独立于OS和FS，便于交换
(4) JPEG格式 ：压缩标准
- BMP（BitMap）位图文件
- 2. BMP（BitMap）位图文件
扩展名 .bmp
位图文件头（表头）：54个字节
位图信息（调色板）：每个像素的位数
1:二值图 4:16色 8:256色 24:真彩色
位图阵列（即图像数据）
存储每个像素的值
3. GIF（Graphics Interchange Format）文件
扩展名 .gif
8位文件格式，最多只能存储256色图像
图像数据均为压缩过的（LZW算法)
一个GIF文件中可以存放多幅图像，以实现网页上的动画。
3. TIFF（Tagged Image Format File）格式
扩展名 .tif或.tiff
独立于操作系统和文件系统
可存放多幅图像
支持5类：二值图像、灰度图像、调色板彩色图像、全彩色图像、
YCbCr图像
4. JPEG（Joint Photographic Expert Group）格式
扩展名 .jpg或.jpeg
适用于静止的灰度或彩色图像
是压缩标准之一（数码相机中使用）
采用有损编码格式，通常文件比较小
(1) 采样和数据分辨率之间是何关系？
（2）何为数字图像？
（3）图像工程有哪三个层次？关系如何？
（4）说出几种常见的图像文件格式。
