一、主要目的

• 改善图示信息以便人们解释。（improvement of pictorial information for human interpretation）
• 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。（processing of image data for storage, transmission, and representation for autonomous machine perception.）

二、关于什么是数字图像处理的几个重要概念

2.1 强度或灰度：

一副图像可定义为一个二维函数f(x,y),其中x和y是空间（平面坐标），而在任何一对空间坐标（x，y）处的幅值f称为图像在该点处的强度或灰度。

An image may be defined as a two-dimensional function, f(x,y), where
x and y are spatial (plane) coordinates, and the amplitude of f at any
pair of coordinates(x, y) is called the intensity or gray level of the
image at that point.

2.2 数字图像：

当x,y和灰度值f是有限的离散数值时，我们称该图像为数字图像。

When x, y, and the intensity values of f are all finite, discrete
quantities, we call the image a digital image.

2.3 数字图像处理：

数字图像处理是指借助于数字计算机来处理数字图像。

2.4 像素：

数字图像是由有限元素组成的，每个元素都有一个特定的位置和幅值，这些元素称为像素。

Note that a digital image is composed of a finite number of
elements, each of which has a particular location and value.These
elements are called picture elements, image elements, pels, and
pixels.

2.5 低级、中级、高级处理：

• 低级处理涉及低级操作，以输入、输出都是图像为特征。如降低噪声的图像预处理、对比度增强和图像锐化等。
• 中级处理涉及多任务，以输入为图像，输出是从输入图像中提取的特征（边缘、轮廓及各物体的标识等）为特征。如（把一幅图像分为不同区域或目标的）分割，减少目标物的描述，以使其更适合计算机处理及对不同目标物的分类（识别）。
• 高级处理涉及“理解”已识别目标的总体，执行与视觉相关的认知功能。

三、使用数字图像处理领域的实例

• 人类的视觉感知仅限于电磁波谱的可见光波段。
• 电磁波可定义为以各种波长传播的正弦波，或视为无质量的粒子流，每个粒子以波的形式传播并以光的速度运动。每个无质量的粒子包含一定的能量（或一束能量），每束能量称为一个光子

Electromagnetic waves can be conceptualized as propagating sinusoidal
waves of varying wavelengths, or they can be thought of as a stream of
massless particles, each traveling in a wavelike pattern and moving at
the speed of light. Each massless particle contains a certain amount
(or bundle) of energy. Each bundle of energy is called a photon. If
spectral bands are grouped according to energy per photon, we obtain
the spectrum shown in Fig. 1.5, ranging from gamma rays (highest
energy) at one end to radio waves (lowest energy) at the other

即：伽马射线>X射线>紫外线>可见光>红外线>微波>无线电波

3.1 伽马射线成像

主要用于核医学和天文观测。

3.2 X射线成像

主要用于医学诊断（血管照相术、计算机轴向断层）、工业和天文学

3.3 紫外波段成像

主要用于平板印刷术、工业检测、荧光显微镜方法、激光、生物成像和天文观测等

3.4 可见光及红外波段成像

红外波段常与可见光结合成像，主要用于光显微镜方法、天文学、遥感、工业和法律实施

3.5 微波波段成像

主要用于雷达

3.6 无线电波段成像

主要应用于医学（核磁共振成像）、天文学

3.7 其他成像方式

3.7.1 声波成像

主要用于医学、地震勘测、地质勘探。
地质应用中采用的是声谱中的低端声波（几百赫兹），其他应用领域的成像使用超声波（百万赫兹）。
图像处理在地质中的最重要商业应用是矿产和石油勘探。
超声波最为熟知的应用是医学领域，特别是妇产科。医生对未出生的胎儿成像，以确定其发育的健康状况，检测的副产品是确定胎儿的性别。超声波图像的生成如下：
1）超声波系统（一台计算机、由超声波源和接收器组成的超声波探头和一台显示器）向人体发射高频（1~5MHz）声波脉冲。
2）声波传入人体内并碰撞组织间的边界（如，流体和软组织的边界，软组织和骨骼的边界）。一部分声波反射回探头；一部分声波则继续传播，直到它们到达另一个边界并被反射。
3）反射波被探头拾取并传给计算机。
4）计算机根据声波在组织中的传播速度（1540m/s）和每个回波的返回时间，计算从探头到组织或器官边界的距离
5）系统在屏幕上显示回波的距离和亮度，形成一幅二维图像。

3.7.2 电子显微方法成像

投射电子显微镜（TEM）。其工作原理像幻灯片投影仪。
投影仪发射出一束透过幻灯片的光；当光通过幻灯片时，它由幻灯片的内容调节。这一发射的光束然后被投射到观察屏上，形成幻灯片的放大图像。除了发射的是通过样本（相当于幻灯片）的电子束外，其余的均相同。

3.7.3 分形图像

四、数字图像处理的基本步骤

五、图像处理系统的组成

注：本人初学数字图像处理，将学习笔记记录于此，书本图片库、电子书等相关学习资源欢迎关注微信公众号痕中光获取。