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第1章 绪 论 图像处理源自于二战中的摄影侦察。当时，处理操作是通过光学方法来完成的，判读工作则是由专门精于此道并能确定炸弹袭击结果的人员来做。随着20世纪60年代后期卫星图像的出现，更多基于计算机的工作便开展起来。彩色合成的卫星图像，有时的确漂亮的让人吃惊，它们已经成为人类视觉文化和对我们这个行星进行认知的一个组成部分。 1980年1月《科学美国人》发表了一幅被称之为“Plume 2”的著名图像，它是1979年3月5日通过宇宙飞船旅行者1号在木星的卫星上探测到的8次火山爆发中的第二次。这幅图像在星际探险图像中是一个里程碑，人们第一次在宇宙中看到了正在爆发的火山。它也是图像处理领域的一次伟大胜利。卫星图像以及宇宙探测器所获取的图像直到近年来才大量应用图像处理技术。在这些技术中，对计算机图像进行数字化处理以得到想要获得的效果，比如使图像的某一部分或某一特性更加明显。 正如计算机图形学一样，直到近几年，图像处理仍然局限在一些实验室里使用，只有这些地方才能提供昂贵的图像处理计算机来满足处理大量高分辨率图像的需要。随着价格低廉的高性能计算机和诸如数码相机及扫描仪这样的图像采集设备的出现，我们已经看到图像处理技术在向公众领域转移。经典的图像处理技术很平常地被图像设计人员用来处理图片和生成图像，比如修复图片的缺陷、改变色彩、对比度等，或者通过图像边缘增强这样的处理来改变整个图片的外观。 目前图像处理的主流应用是图像的压缩，即通过互联网进行传递或在可视电话和视频会议中进行动态视频图像的压缩。可视电话是当今结合计算机图像和传统图像处理的技术，以期产生很高压缩比的交叉领域之一。所有这一切都是图像的“数字表达”这一不可抗拒的发展趋势的组成部分。事实上，20世纪最强大、应用最广泛的图像形式——电视图像，也将不可避免的融入数字领域。 数字图像及其处理技术之所以发展的如此迅速并获得广泛的应用，与其自身的优点是息息相关的。 1. 再现性好 数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于，它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。 2. 处理精度高 按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高，这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。对计算机而言，不论数组大小，也不论每个像素的位数多少，其处理程序几乎是一样的。换言之，从原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以了。回想一下图像的模拟处理，为了要把处理精度提高一个数量级，就要大幅度地改进处理装置，这在经济上是极不合算的。 3. 适用面宽 图像可以来自于多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像（例如X射线图像、射线图像、超声波图像或红外图像等）。从图像反映的客观实体尺度看，可以小到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。这些来自不同信息源的图像只要被变换为数字编码形式后，均是用二维数组表示的灰度图像（彩色图像也是由灰度图像组合成的，例如RGB图像由红、绿、蓝三个灰度图像组合而成），因而均可用计算机来处理。即只要针对不同的图像信息源，采取相应的图像信息采集措施，图像的数字处理方法可适用于任何一种图像。 4. 灵活性高 图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分析和图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。由于图像的光学处理从原理上讲只能进行线性运算，这极大地限制了光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。 鉴于数字图像自身的特点，对其进行处理也不是一步就能完成的过程。可将它分成诸多步骤，必须一个接一个地执行这些步骤，直到提取出有用的数据。而这些步骤中，数据的存储、表示又占有相当重要的地位，可以说，这是图像处理中最基本的技术。因此，掌握不同格式图像的编码解码、读写、显示等方法是必不可少的。 为什么会需要如此众多不同类型的图像文件格式呢？简单的回答就是因为有太多不同类型的图像以及众多不同需求的应用。完整一些的回答还要考虑到市场份额、所有权以及在图像工业中缺乏的必要协调。但是，已经有一些标准的文件格式被开发出来。许多其他图像类型可以通过图像转换软件很容易地转换成这些文件格式，如本设计最终开发出的软件就可以将图像在BMP、PCX、TGA、GIF及JPEG之间互相转换。 与计算机图像相关的一个领域就是计算机图形学。计算机图形学是计算机科学的一个特殊领域，它指的是通过计算机对可视数据进行再现，这包括为显示或打印生成计算