教学课件第1章 绪论（第1－2讲）（研究生学位课）.ppt

教学课件第1章 绪论（第12讲）（研究生学位课）数字图像处理学数字图像处理学第第1章章 绪论绪论（第（第2讲）讲）阮秋琦教授阮秋琦教授 5.5.图像的输出与显示图像的输出与显示 图像处理的最终目的是为人或机器提供一幅图像处理的最终目的是为人或机器提供一幅更便于解译和识别的图像。因此，图像输出也更便于解译和识别的图像。因此，图像输出也是图像处理的重要内容之一。图像的输出有二是图像处理的重要内容之一。图像的输出有二种，一种是硬拷贝，另一种是软拷贝。种，一种是硬拷贝，另一种是软拷贝。其分辨率随着科学技术的发展从其分辨率随着科学技术的发展从256256256256、512512512512、1024102410241024，至今已有，至今已有2048204820482048的高分辨率的显示设备问世。通常的硬拷贝方的高分辨率的显示设备问世。通常的硬拷贝方法有照相、激光拷贝、彩色喷墨打印等几种方法有照相、激光拷贝、彩色喷墨打印等几种方法。软拷贝方法有以下几种：法。软拷贝方法有以下几种：（1）、）、CRT显示显示 自二十世纪六十年代以来，在显示技术中，自二十世纪六十年代以来，在显示技术中，CRT几乎独霸天下。目前，彩色显像管几乎独霸天下。目前，彩色显像管（CPT）和彩色显示管（和彩色显示管（CDT）技术已相当成技术已相当成熟。九十年代后期平板显示器件才相继问世。熟。九十年代后期平板显示器件才相继问世。CRT优点：显示质量好、亮度高、电子束寻址优点：显示质量好、亮度高、电子束寻址方式简单、制造成本低等。尤其采用微形滤光方式简单、制造成本低等。尤其采用微形滤光条条(Microfilter)工艺，加之动态聚焦技术的工艺，加之动态聚焦技术的出现，使得出现，使得CRT在对比度、色纯及光点大小方在对比度、色纯及光点大小方面都得到了改进。面都得到了改进。目前，分辨率为目前，分辨率为12801024、行频、行频64KHz、点点频频110MZ的的CRT已很普遍，高分辨率的可达到已很普遍，高分辨率的可达到19201035，行频达，行频达80KHz，视频带宽达视频带宽达140MHz。进一步提高分辨率的主要困难在于显像管的制进一步提高分辨率的主要困难在于显像管的制造和刷新存贮器的速度。造和刷新存贮器的速度。早年早年我国生产的我国生产的CPT年产达年产达1800万只，而万只，而CDT却很少，国内只有两个厂家，年产只有却很少，国内只有两个厂家，年产只有35万只。万只。从市场占有率来看从市场占有率来看CRT亦是主流。目前，由于亦是主流。目前，由于平板显示设备发展迅速，已基本被新的显示器平板显示设备发展迅速，已基本被新的显示器取代了。取代了。（2 2）、液晶显示器）、液晶显示器LCD LCD 液晶的发现已有液晶的发现已有100100多年多年的历史，但真正用于显示技术的历史不到的历史，但真正用于显示技术的历史不到3030年。年。尽管有人认为尽管有人认为LCDLCD要想取代要想取代CRTCRT至少还需一些时间，至少还需一些时间，但其发展势头之大，发展速度之快却令人刮目相但其发展势头之大，发展速度之快却令人刮目相看。看。LCDLCD的突出性能是极吸引人的，的突出性能是极吸引人的，体积小，重量轻；体积小，重量轻；低功耗，低电压；低功耗，低电压；无软无软X X射线；射线；全色显示及相当的亮度。全色显示及相当的亮度。它的主要缺点是它的主要缺点是视角较窄；视角较窄；寻址复杂；寻址复杂；亮亮度不及度不及CRTCRT，大约在。近年来的最新产品已大有大约在。近年来的最新产品已大有改善，如改善，如SharpSharp公司推出的彩色非晶硅公司推出的彩色非晶硅TFT-LCDTFT-LCD产产品，屏幕尺寸品，屏幕尺寸2121英寸，分辨率英寸，分辨率640480640480，像素数，像素数921600921600点，彩色数点，彩色数16701670万种。富士通推出的万种。富士通推出的10.410.4英寸显示器的视角可达英寸显示器的视角可达120120。（3 3）彩彩色色等等离离子子显显示示技技术术（Plasma Plasma Display Display Panel-PDPPanel-PDP）这这是是利利用用气气体体放放电电原原理理实实现现的的一一种种发发光光平平板板显显示示技技术术。它它发发明明于于2020世世纪纪6060年年代代。19931993年年首首次批量生产。次批量生产。它的工作原理有两个基本过程：它的工作原理有两个基本过程：1 1）、气体放电，惰性气体受电信号的作用放）、气体放电，惰性气体受电信号的作用放电发射真空紫外线；电发射真空紫外线；2 2）、紫外线激发荧光粉发光。）、紫外线激发荧光粉发光。等离子显示技术有如下特点：等离子显示技术有如下特点：易于大面积显示，可达到易于大面积显示，可达到8080英吋；英吋；全全色色显显示示，显显示示器器可可显显示示256256级级灰灰度度和和16701670万种颜色；万种颜色；伏安特性非线性强，可寻址伏安特性非线性强，可寻址20002000线以上；线以上；可可实实现现高高亮亮度度显显示示，最最新新报报道道日日本本sonysony和和日日立立公司已推出亮度达到公司已推出亮度达到10001000cd/mcd/m2 2的平板电视机。的平板电视机。对比度高；对比度高；视视角角在在所所有有的的平平板板显显示示器器中中是是最最大大的的，可可达达到到160160度；度；色纯度好，与色纯度好，与CRTCRT相当；相当；寿命长，可达寿命长，可达3 3万小时以上；万小时以上；工作电压低，一般小于工作电压低，一般小于200200伏；伏；易于批量生产。易于批量生产。其其主主要要缺缺点点是是功功耗耗较较大大，目目前前在在以以上上。此此外外，在在亮亮环环境境下下对对比比度度有有待待提提高高。其其最最大大的的弱弱点点是是价格偏高。价格偏高。（4 4）、场场致致发发光光显显示示器器(Field Field Effect Effect Display Display-FED)-FED)场场致致发发光光显显示示（FEDFED）具具有有光光明明的的前前途途。FEDFED是是最最新新发发展展起起来来的的彩彩色色平平板板显显示示器器件件。SID95SID95会会议议上上展展出出的的产产品品6 6英英寸寸方方形形的的全全色色FEDFED分分辨辨率率已达到已达到512512 512512。其显著优点是：其显著优点是：薄型，无需加背光源，一般比薄型，无需加背光源，一般比LEDLED还要薄；还要薄；易于拼接，可做成大屏幕；易于拼接，可做成大屏幕；可高度集成做成高清晰度显示器；可高度集成做成高清晰度显示器；电电压压低低，功功耗耗小小，寿寿命命长长，一一般般如如：LCDLCD加加背背光光源源功功耗耗为为1313W W，而而相相同同尺尺寸寸的的FEDFED在在高高对对比比度下只有度下只有5 5W;W;图图像像质质量量好好，分分辨辨率率可可达达到到10241024X768X768，无无视视角限制，响应速度快，一般小于角限制，响应速度快，一般小于2 2微秒；微秒；发光亮度起伏小，成品率高；发光亮度起伏小，成品率高；不不需需要要偏偏转转线线圈圈，无无X X射射线线，抗抗电电磁磁辐辐干干扰扰和和辐射，工作温度宽，一般可达到辐射，工作温度宽，一般可达到 -40-+85 -40-+85；生产工艺简单，生产工艺简单，FEDFED有数百个阴极，有几个不有数百个阴极，有几个不工作没有影响。工作没有影响。但目前要解决的是大面积的但目前要解决的是大面积的FEDFED需要改善发光需要改善发光的均匀性和提高低压荧光粉的发光效率。在实的均匀性和提高低压荧光粉的发光效率。在实用化中，封接、排气、真空维持等工艺尚有困用化中，封接、排气、真空维持等工艺尚有困难，这些问题解决后难，这些问题解决后FEDFED大有前途。大有前途。新型显示设备新型显示设备-E-Paper(电子纸电子纸,数码纸数码纸)（5）OLED显示OLED也被称之为第三代显示技术。OLED不仅更轻薄、能耗低、亮度高、发光率好、可以显示纯黑色，并且还可以做成可弯曲的，甚至透明的显示屏，其应用范围更加广泛。将来会有更多的新型器件和原理制成新的显示将来会有更多的新型器件和原理制成新的显示器，如：器，如：碳纳米管制成的显示器（日本），碳纳米管制成的显示器（日本），6565mmmm。铁电铁电液晶显示器（韩国），液晶显示器（韩国），SharpSharp公司甚至做出了公司甚至做出了能卷曲的显示器。能卷曲的显示器。六、数字图像处理的应用六、数字图像处理的应用 数数字字图图像像处处理理的的应应用用越越来来越越广广。它它的的应应用用已已渗渗透透到到了了工工程程、工工业业、医医疗疗保保健健、航航空空航航天天，军军事事、科科研研、安安全全保保卫卫等等各各个个方方面面，在在国国计计民民生生及国民经济中发挥越来越大的作用。及国民经济中发挥越来越大的作用。学学 科科 应应 用用 内内 容容 物理、化学物理、化学结晶分析、谱分析结晶分析、谱分析 生物、医学生物、医学 细胞分析、染色体分类、血球分细胞分析、染色体分类、血球分 类、类、X X光照片分析、光照片分析、CTCT 环境保护环境保护 水质及大气污染调查水质及大气污染调查 地地 质质 资源勘探、地图绘制、资源勘探、地图绘制、GISGIS 农农 林林 植被分布调查、农作物估产植被分布调查、农作物估产 海海 洋洋 鱼群探查、海洋污染监测鱼群探查、海洋污染监测 水水 利利 河流分布、水利及水害调查河流分布、水利及水害调查 气气 象象 云图分析等云图分析等 通通 信信 传真、电视、多媒体通信传真、电视、多媒体通信 工业、交通工业、交通 工业探伤、铁路选线、机器人、工业探伤、铁路选线、机器人、产品质量监测产品质量监测 经经 济济 电子商务、身份认证、防伪电子商务、身份认证、防伪 军军 事事 军事侦察、导弹致导、电军事侦察、导弹致导、电 子沙盘、军事训练子沙盘、军事训练 法法 律律 指纹识别等指纹识别等 安安 全全 加密、信息隐藏、数字水加密、信息隐藏、数字水 印等印等(1)(1)遥感：遥感：(Remote Sensing)Remote Sensing)在遥感的发展和大事纪中，我们可以看到大在遥感的发展和大事纪中，我们可以看到大量的与图像处理密切相关的技术。量的与图像处理密切相关的技术。18391839年年 世界上出现第一幅照片世界上出现第一幅照片-最简单最简单 的图像处理；的图像处理；18581858年年 有人在巴黎上空乘热气球拍摄第有人在巴黎上空乘热气球拍摄第 一张照片；一张照片；19091909年年 意大利人乘飞机拍摄了第一张照片；意大利人乘飞机拍摄了第一张照片；19241924年年 MANNER MANNER 首次制成彩色照片；首次制成彩色照片；1937 1937年年 世界上出现彩色航空照片；世界上出现彩色航空照片；1957 1957年年 前苏联发射第一颗人造地球卫星；前苏联发射第一颗人造地球卫星；1958 1958年年 美国发射第一颗人造地球卫星等美国发射第一颗人造地球卫星等 都为遥感技术的发展奠定了坚实都为遥感技术的发展奠定了坚实 的基础。的基础。1959 1959年年 前苏联发射月球一号；前苏联发射月球一号；19621962年年 国际上正式使用遥感一词国际上正式使用遥感一词 (Remote Sensing)Remote Sensing)；1972 1972年年 美国发射第一颗资源探测卫星美国发射第一颗资源探测卫星 LANDSAT-LANDSAT-四个波段，四个波段，地面分辨率地面分辨率59795979m m 19751975年年 LANDSAT-LANDSAT-，19781978年年 LANDSAT-LANDSAT-分辨率分辨率40404040m m。19821982年：年：LANDSAT-LANDSAT-分辨率分辨率30303030m m，在这颗卫星上配量了在这颗卫星上配量了GPSGPS系统系统 (Global positioning System)Global positioning System)，定位定位 精度在地心坐标系中为精度在地心坐标系中为1010m m。）。）遥感图像处理的用处越来越大，效率及分辨率遥感图像处理的用处越来越大，效率及分辨率也越来越高。如：土地测绘、资源调查、气象也越来越高。如：土地测绘、资源调查、气象监测，环境污染监测、农作物估产、军事侦察监测，环境污染监测、农作物估产、军事侦察等。等。如：我国国土普查，用航片要如：我国国土普查，用航片要50万张，用卫片，万张，用卫片，600张就可以了，张就可以了，18天就可以普查一次。天就可以普查一次。当前，在遥感图像处理中主要解决数据量大和当前，在遥感图像处理中主要解决数据量大和处理速度慢的矛盾。处理速度慢的矛盾。(2)(2)医学应用：医学应用：图图像像处处理理在在医医学学界界的的应应用用非非常常广广泛泛，无无论论是是在在临临床床诊诊断断还还是是病病理理研研究究都都大大量量采采用用图图像像处处理理技技术术。它它的的直直观观、无无创创伤伤、安安全全方方便便的的优优点点受受到到普普遍遍的的欢欢迎迎与与接接受受。其其主主要要应应用用可可举举出出众众多多的的例子，例子，如如X X光光照照片片的的分分析析，血血球球计计数数与与染染色色体体分分类类等等。目目前前广广泛泛应应用用于于临临床床诊诊断断和和治治疗疗的的各各种种成成像像技技术，如超声波诊断等都用到图像处理技术。术，如超声波诊断等都用到图像处理技术。有人认为计算机图像处理在医学上应用最成功有人认为计算机图像处理在医学上应用最成功的例子就是的例子就是X X光光CT(X-ray Computed CT(X-ray Computed Tomography)Tomography)。在在1968196819721972年英国的年英国的EMIEMI公司公司的的G.N.HounsfeldG.N.Hounsfeld研制了头部研制了头部CTCT，19751975年又研年又研制了全身制了全身CTCT。7070年代下半年美、日、法、荷兰年代下半年美、日、法、荷兰相继生产相继生产CTCT。其中主要研制者其中主要研制者G.N.HounsfeldG.N.Hounsfeld（英）和英）和 A.M.CommackA.M.Commack（美）获得了美）获得了7979年的诺贝尔生理年的诺贝尔生理医学奖。这足以说明医学奖。这足以说明CTCT的发明与研究对人类贡的发明与研究对人类贡献之大、影响之深。献之大、影响之深。类似的设备目前已有多种，如：类似的设备目前已有多种，如：核磁共振核磁共振CT(NMRICT(NMRI：Nuclear Magnetic Nuclear Magnetic Resonance Imaging)Resonance Imaging)，电阻抗断层图像技术电阻抗断层图像技术(EIT:Electrical EIT:Electrical Impedance Tomography)Impedance Tomography)或阻抗成像或阻抗成像(Impedance Impedance Imaging)Imaging)，这是一种利用人体组织的电特性（阻这是一种利用人体组织的电特性（阻抗、导纳、介电常数）形成人体内部图像的技术。抗、导纳、介电常数）形成人体内部图像的技术。由于不同组织和器官具有不同的电特性。因此，由于不同组织和器官具有不同的电特性。因此，这些电特性包含了解剖学信息。更重要的是人这些电特性包含了解剖学信息。更重要的是人体组织的电特性随器管功能的状态而变化，因体组织的电特性随器管功能的状态而变化，因此，此，EITEIT可望绘出反应与人体病理和生理状态可望绘出反应与人体病理和生理状态相应功能的图像。相应功能的图像。目前，目前，EITEIT已发展了一些相应的算法（图像重已发展了一些相应的算法（图像重建算法），并在临床应用中也正在探索（如：建算法），并在临床应用中也正在探索（如：神经中枢系统、呼吸系统、心血管系统、消化神经中枢系统、呼吸系统、心血管系统、消化系统）系统）。当前的主要问题是分辨能力差，原因是入射电当前的主要问题是分辨能力差，原因是入射电流进入人体组织后呈三维分布发散，因此，指流进入人体组织后呈三维分布发散，因此，指向性不强，并且电流在人体组织中的分布规律向性不强，并且电流在人体组织中的分布规律复杂，未知因素多。复杂，未知因素多。虽然虽然EITEIT分辨率不高，但是生物阻抗技术提取分辨率不高，但是生物阻抗技术提取的组织和器官的电持性信息对血液、气体、体的组织和器官的电持性信息对血液、气体、体液和不同组织成份有独持的鉴别能力，对血液液和不同组织成份有独持的鉴别能力，对血液的流动分布，肺内的气血交换，体液含量与流的流动分布，肺内的气血交换，体液含量与流动等非常敏感，动等非常敏感，以此为基础，可进行心、脑、肺及相关循环系以此为基础，可进行心、脑、肺及相关循环系统的功能评价及血液动力学与流变学的研究。统的功能评价及血液动力学与流变学的研究。该技术对肺癌的早期发现显示出很大优越性，该技术对肺癌的早期发现显示出很大优越性，这一点是现有的其他成像技术无法比拟的。这一点是现有的其他成像技术无法比拟的。红外图像MRI成像成像 MRI MRIMRIPET 超声图像图像归档与管理模块图像归档与管理模块 影像显示影像显示图像处理模块图像处理模块报告模块报告模块 在生物医学领域的重要计划就是在生物医学领域的重要计划就是“数字化虚拟人数字化虚拟人”。该计划最早由美国国立图书馆支持的。该计划最早由美国国立图书馆支持的VHP（Visible Human Project）。）。1989年立项，年立项，1994，1995年相继推出高精度的一男一女的高精度，高分年相继推出高精度的一男一女的高精度，高分辨率组织切片光学照片，辨率组织切片光学照片，CT和和MRI断层图像数据集。断层图像数据集。这一举动在美国及全世界医学界产生了巨大影响。这一举动在美国及全世界医学界产生了巨大影响。其意义体现在四方面：其意义体现在四方面：(1)实现了人体解剖信息的数字化，影响深远。实现了人体解剖信息的数字化，影响深远。(2)大大提高了人体解剖的可视化水平，使人类大大提高了人体解剖的可视化水平，使人类在认识自身结构方面前进了一步。在认识自身结构方面前进了一步。(3)开辟了医学研究的虚拟环境。提供了医生的开辟了医学研究的虚拟环境。提供了医生的训练机会，对提高医疗水平有重要意义。训练机会，对提高医疗水平有重要意义。(4)作为高质量，高水平的基础医学数据集，将作为高质量，高水平的基础医学数据集，将人体解剖信息资源为全人类共享。人体解剖信息资源为全人类共享。按美国按美国Mayo研究所的研究所的Robert Rob教授的划分，教授的划分，把虚拟人划分为五代：把虚拟人划分为五代：第一代，特征（第一代，特征（properties）是几何解剖是几何解剖（Geometric Anatomy），），如如3D器官形状；器官形状；第二代，特征是物理动态建模（第二代，特征是物理动态建模（Physical Dynamic Modeling）；）；第三代，生理特征（第三代，生理特征（Physiologic Characteristics）；）；第四代，显微解剖（第四代，显微解剖（Microscopic Anatomy）；）；第五代，生化系统（第五代，生化系统（Biochemical Systems）。）。总之这是一个长期的庞大的，涉及多学科的计总之这是一个长期的庞大的，涉及多学科的计划，所以重建技术在医学中占有十分重要的地位。划，所以重建技术在医学中占有十分重要的地位。(3)、图像处理技术在通信中的应用：、图像处理技术在通信中的应用：图像通信如按业务性能划分可分为：图像通信如按业务性能划分可分为：电视广播（点对面通信）、电视广播（点对面通信）、传真、传真、可视电话（点对点通信）可视电话（点对点通信）、会议电视（点电对多点）、会议电视（点电对多点）、图文电视图文电视 可视图文以及电缆电视等。可视图文以及电缆电视等。如按图像变化性质分：如按图像变化性质分：可分为静止图像和活动图像通信。可分为静止图像和活动图像通信。1 1）、）、传真：传真：从历史上看，早在从历史上看，早在18651865年在法国试验成功传真年在法国试验成功传真通信（巴黎至里昂），但后来由于技术及经济原因通信（巴黎至里昂），但后来由于技术及经济原因发展一直非常缓慢。发展一直非常缓慢。7070年代后，图像通信逐渐成为年代后，图像通信逐渐成为人们生活中常用的通信方式，随着大规模集成电路人们生活中常用的通信方式，随着大规模集成电路的发展，使得图像通信中所需的关键技术逐步得到的发展，使得图像通信中所需的关键技术逐步得到解决，推动了图像通信的发展。解决，推动了图像通信的发展。传真是把文字、图表、照片等静止图像通过光电传真是把文字、图表、照片等静止图像通过光电扫描的方式变成电信号加以传送的设备。扫描的方式变成电信号加以传送的设备。19801980年年CCITTCCITT为三类传真机和公共电话交换网上为三类传真机和公共电话交换网上工作的数字传真建立了国际标准，即：工作的数字传真建立了国际标准，即：一类机一类机 不压缩，不压缩，4 4线毫米，线毫米，A4A4文件文件 传传6 6分钟；分钟；二类机二类机 采用频带压缩技术（残留边带采用频带压缩技术（残留边带 传输）传输）4 4线线/毫米，传毫米，传A4A4文件需文件需 3 3分钟；分钟；三类机三类机 在传送前采用去冗余技术，在在传送前采用去冗余技术，在 电话线上以电话线上以1 1分钟传分钟传A4A4文件；文件；四类机四类机 在三类机的基础上发展的采用在三类机的基础上发展的采用 去冗余技术的传真设备，采用去冗余技术的传真设备，采用 去冗余、纠错码技术在公用数去冗余、纠错码技术在公用数 据网上使用的设备，加据网上使用的设备，加Modem Modem 也可以在公用电话网上使用。也可以在公用电话网上使用。经过多年发展，传真技术不断进步，现在已有经过多年发展，传真技术不断进步，现在已有仅数秒钟就可传送一幅仅数秒钟就可传送一幅A4A4文件的传真机，分辨文件的传真机，分辨率高达率高达1616点毫米。点毫米。1984 1984年年CCITTCCITT提出了提出了ISDNISDN的建议，以及当今基的建议，以及当今基于于IPIP的多媒体通信都意味着非话业务通信方式的多媒体通信都意味着非话业务通信方式已在通信中占有重要位置。已在通信中占有重要位置。2 2）、电视广播：单色电视广播）、电视广播：单色电视广播19251925年在英国实年在英国实现。现。19361936年年BBCBBC开始电视广播。目前出现的彩开始电视广播。目前出现的彩色电视有三种制式，即色电视有三种制式，即NTSC(NTSC(美国、日本等美国、日本等)、PAL(PAL(中、西欧、非洲等中、西欧、非洲等)和和SECAMSECAM（法国、俄罗法国、俄罗斯等）。斯等）。3 3）、可视电话和会议电视）、可视电话和会议电视:1964:1964年美国国际博年美国国际博览会展出了览会展出了Picture-phone MOD-IPicture-phone MOD-I可视电话系可视电话系统，带宽为统，带宽为1 1MHzMHz。目前的可视电话目前的可视电话/会议电视会议电视均采用数字压缩技术，也出现了相应的国际标均采用数字压缩技术，也出现了相应的国际标准。准。如：图像编码标准如：图像编码标准H.261H.261、H.263H.263等，会议电视等，会议电视的的H.320H.320标准，在专用通信网中用标准，在专用通信网中用PCMPCM一次群传一次群传输，速率为输，速率为20482048Kbit/sKbit/s。桌面型系统遵循桌面型系统遵循H.323H.323标准。标准。4 4）、图文电视和可视图文：图文电视）、图文电视和可视图文：图文电视(Teletext)Teletext)和可视图文和可视图文(Videotex)Videotex)是提供可视是提供可视图形文字信息的通信方式。图文电视是单向传图形文字信息的通信方式。图文电视是单向传送信息，它是在电视信号消隐期发送图文信息，送信息，它是在电视信号消隐期发送图文信息，用户可用电视机和专用终端收看该信息；可视用户可用电视机和专用终端收看该信息；可视图文是双向工作方式，用户可用电话向信息中图文是双向工作方式，用户可用电话向信息中心提出服务内容或从数据库中选择信息。心提出服务内容或从数据库中选择信息。5）、电缆电视）、电缆电视(CATV)：是通过电缆或光缆传送是通过电缆或光缆传送的电视节目。第一个电缆电视系统于的电视节目。第一个电缆电视系统于1949年安年安装在美国，采用光缆实现的装在美国，采用光缆实现的CATV 是是1977年后年后的事情。的事情。（4 4）、工业生产的质量控制：）、工业生产的质量控制：在在生生产产线线中中对对生生产产的的产产品品及及部部件件进进行行无无损损检检测测也也是是图图像像处处理理技技术术的的一一个个广广泛泛的的应应用用领领域域。如如食食品品包包装装出出厂厂前前的的质质量量检检查查，浮浮法法玻玻璃璃生生产产线线上上对对玻玻璃璃质质量量的的监监控控和和筛筛选选，甚甚至至在在工工件件尺尺寸寸测测量量方方面面也也可可以以采采用用图图像像处处理理的的方方法法加加以以自自动动实实现现。另另外外铁铁谱谱分分析析也也是一个典型的应用。是一个典型的应用。（5 5）、安全保章、公安等方面的应用：）、安全保章、公安等方面的应用：该该领领域域将将采采用用模模式式识识别别等等方方法法实实现现监监控控、指指纹档案、案件侦破、交通管理等。纹档案、案件侦破、交通管理等。（6 6）、教教学学及及科科研研领领域域中中也也将将大大量量应应用用图图像像处处理理技技术术。如如科科学学可可视视化化技技术术，远远程程培培训训及及教教学学也将大量使用图像处理技术的成果。也将大量使用图像处理技术的成果。（7）、当当前前呼呼声声甚甚高高的的电电子子商商务务中中，图图像像处处理理技技术术也也大大有有可可为为。如如：身身份份认认证证、产产品品防防伪伪、水水印印技技术等；术等；(a)Lena原图原图(b)水印水印(d)水水印印图图像像(e)提提取取效效果果图图 水印的嵌入和提取水印的嵌入和提取(c)置乱的水印置乱的水印(a)原始彩色图像原始彩色图像(b)水水印印Candy(c)水印图像水印图像(d)提取的提取的Candy 在彩色图像中嵌入水印在彩色图像中嵌入水印气象预报气象云图气象预报计算机合成图像 计算机合成图像 广告设计动画 军事应用目标跟踪军事应用隐形飞机、定位轰炸七、七、数字图像处理领域的发展动向数字图像处理领域的发展动向 自自六六十十年年代代第第三三代代数数字字计计算算机机问问世世以以后后，数数字字图图像像处处理理技技术术出出现现了了空空前前的的发发展展，其其形形势势可可谓谓是方兴未艾。是方兴未艾。在在该该领领域域中中需需进进一一步步研研究究的的问问题题，不不外外乎乎如如下四个方面：下四个方面：（1）、在进一步提高精度的同时着重解决处理速度）、在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。如在航天遥感、气象云图处理方面，巨大问题。如在航天遥感、气象云图处理方面，巨大的数据量和处理速度仍然是主要矛盾之一。的数据量和处理速度仍然是主要矛盾之一。（2 2）、加强软件研究、开发新的处理方法，特别要）、加强软件研究、开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法。造新的处理方法。（3 3）、加加强强边边缘缘学学科科的的研研究究工工作作，促促进进图图像像处处理理技技术术的的发发展展。如如：人人的的视视觉觉特特性性、心心理理学学特特性性等等的的研研究究如如果果有有所所突突破破，将将对对图图像像处处理理技技术术的发展会有极大的促进作用。的发展会有极大的促进作用。（4）、加加强强理理论论研研究究，逐逐步步形形成成图图像像处处理理科科学学自自身身的理论体系。的理论体系。（5）、时刻注意图像处理领域的标准化问题。）、时刻注意图像处理领域的标准化问题。图像的信息量大、数据量大、故而图像信息的图像的信息量大、数据量大、故而图像信息的建库、检索和交流是一个极严重的问题。就现建库、检索和交流是一个极严重的问题。就现有的情况看，软件、硬件种类繁多，交流和使有的情况看，软件、硬件种类繁多，交流和使用极为不便，这成了资源共享的严重障碍。应用极为不便，这成了资源共享的严重障碍。应及早建立图像信息库，统一存放格式，建立标及早建立图像信息库，统一存放格式，建立标准子程序，统一检查方法。准子程序，统一检查方法。图像处理技术未来发展大致可归纳如下四点：图像处理技术未来发展大致可归纳如下四点：（1）、图图像像处处理理的的发发展展将将向向着着高高速速、高高分分辨辨率率、立立体体化化、多多媒媒体体化化、智智能能化化和和标标准准化化方方向向发发展展。围围绕绕着着HDTV（高高清清晰晰度度电电视视）的的研研制制将将开开展展实时图像处理的理论及技术研究。实时图像处理的理论及技术研究。a、提高硬件速度：提高硬件速度：不不仅仅要要提提高高计计算算机机的的速速度度，而而A/D D/A 的的速速度度都要实时化。都要实时化。提高计算机速度的途径有三个：提高计算机速度的途径有三个：其一，复杂指令计算机其一，复杂指令计算机(CISC)的处理速度在逐的处理速度在逐年提高，如年提高，如Intel公司的芯片，公司的芯片，486有有1百多万个百多万个元件，速度不到元件，速度不到10MIPS(Million instruction per Second)，Micro-2000每片可集成每片可集成1亿个元亿个元件，速度达件，速度达2000MIPS；其二，精简指令计算机其二，精简指令计算机(RISC)将给予极大的重将给予极大的重视，视，20世纪世纪90年代为年代为10MIPS，1995年达到年达到800MIPS，利用利用ECL电路速度还会增加。将来电路速度还会增加。将来速度会超过速度会超过2000MIPS；其三个提高图像处理速度的提高途径是研究并其三个提高图像处理速度的提高途径是研究并行处理器，利用多行处理器，利用多CPU并联，使软硬件一体化。并联，使软硬件一体化。在日本有人估计到在日本有人估计到2010年将有年将有2的的812次方个次方个处理器并行，大体与人脑的神经元数量相当，处理器并行，大体与人脑的神经元数量相当，速度可达到速度可达到GFlops(1G=1000M)甚至甚至TFlops(T=1000G)。b、提高分辨率：提高分辨率：主要提高采集分辨率和显示分辨率。主要提高采集分辨率和显示分辨率。20世纪世纪90年代达到年代达到20482048。提高分辨率的主要困难。提高分辨率的主要困难在于显像管的制造和图像、图形刷新存取速度。在于显像管的制造和图像、图形刷新存取速度。c c、立体化：立体化：图图像像是是二二维维信信息息。随随着着技技术术的的发发展展，三三维维图图像像处处理理将将会会更更受受重重视视，因因为为它它的的信信息息量量更更大大，特特别别是是随随着着计计算算机机图图形形学学及及虚虚拟拟现现实实技技术术的的发发展，立体图像处理技术将会得到广泛应用。展，立体图像处理技术将会得到广泛应用。d、多媒体化多媒体化:20世纪世纪90年代出现的多媒体技术在计算机界掀年代出现的多媒体技术在计算机界掀起了一般股热潮，现在这一词汇可以说到处可起了一般股热潮，现在这一词汇可以说到处可见，实际上多媒体的关键技术就体现在图像数见，实际上多媒体的关键技术就体现在图像数据压缩上。据压缩上。目前有关图像压缩的国际标准已目前有关图像压缩的国际标准已有多个，而且还在继续发展。有多个，而且还在继续发展。如：如：、JPEG(Joint photography Expert Group)1991年年3月提出的月提出的ISO CD 10918号建议。号建议。、H.261建议。建议。用用于于可可视视电电话话会会议议电电视视的的压压缩缩标标准准。1998年年提提出出P641kbit/s，p值值可可取取130，采采用用混混合合编编码码法法，即即采采用用DCT变变换换、运运动动补补偿偿DPCM、Huffman编编码码技技术术。1984年年制制定定了了会会议议电电视视的的H.120建议。建议。现在编码方法又出现了现在编码方法又出现了H.263，H.26L等等、MPEG-1MPEG-1标准：标准：19921992年年通通过过ISO ISO CD CD 1117211172号号建建议议，它它包包括括三三部部分分，即即MPEGMPEG视视频频、MPEGMPEG音音频频、MPEGMPEG系系统统，速速率率为为1.51.5Mb/sMb/s。目目前前的的MPEG-4MPEG-4是是为为实实现现多多媒媒体体通通信信的的国国际际标标准准，MPEG21MPEG21针针对对异异构构网网的的标标准准。主主要要把把MPEGMPEG的的典典型型特特点点与与现现有有的的或或将将来来预预期期会会出现的特征结合起来的新的编码标准。出现的特征结合起来的新的编码标准。现在有：现在有：MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7，MPEG21等等 总之多媒体技术的进一步发展是使计算机朝着总之多媒体技术的进一步发展是使计算机朝着人类接收和处理信息的最自然的方式发展。人类接收和处理信息的最自然的方式发展。e、智能化：智能化：力争使计算机的识别和理解能按人的认识和思力争使计算机的识别和理解能按人的认识和思维方式工作；考虑主观概率，非逻辑思维，正维方式工作；考虑主观概率，非逻辑思维，正如微软提出的要研制能听会说的计算机那样实如微软提出的要研制能听会说的计算机那样实现多功能的人机交互。现多功能的人机交互。f、标准化：标准化：在在图图像像处处理理技技术术整整体体看看尚尚没没有有国国际际标标准准，今今后后应应给给予予极极大大的的关关注注。如如：统统一一图图像像数数据据格格式式、统统一一存存放放格格式式、统统一一检检索索方方法法、统统一一软软件件运运行行环境等等。环境等等。(2)、图图像像、图图形形相相结结合合朝朝着着三三维维成成像像或或多多维维成成像的方向发展。像的方向发展。(3)、硬件芯片研究、硬件芯片研究 目前，结合多媒体技术的研究，硬件芯片越来目前，结合多媒体技术的研究，硬件芯片越来越多。如越多。如ThomSonThomSon公司公司ST13220ST13220采用采用SystolicSystolic结结构，作运动预测器。构，作运动预测器。INMOSINMOS公司的公司的IMS-A121IMS-A121，采用流水线结构，采用流水线结构，C-CubeC-Cube公司公司CL-550CL-550把把JPEGJPEG做做到一个芯片上，更便于推广应用等。总之把图到一个芯片上，更便于推广应用等。总之把图像处理的众多功能固化在芯片上将会有更加广像处理的众多功能固化在芯片上将会有更加广阔的应用领域。阔的应用领域。(4)、新理论与算法研究、新理论与算法研究 在在图图像像处处理理领领域域近近年年来来引引入入了了一一些些新新的的理理论论并并提提出出了了一一些些新新的的算算法法，如如：Wavelet、Fractal、Morphology、遗传算法、神经网络等。遗传算法、神经网络等。其中其中Fractal广泛用于图像处理、图形处理、纹理广泛用于图像处理、图形处理、纹理分析，同时还可以用于数学、物理、生物、神经分析，同时还可以用于数学、物理、生物、神经和音乐等方面，有人认为和音乐等方面，有人认为Fractal把杂乱无章、随把杂乱无章、随意性很强的事物能用数学方法加以规范和描述，意性很强的事物能用数学方法加以规范和描述，它在分析和描绘自然现象上具有独到之处。它在分析和描绘自然现象上具有独到之处。这些理论在未来图像处理理论与技术上的作用这些理论在未来图像处理理论与技术上的作用应给予充分的注意，并积极地加以研究。应给予充分的注意，并积极地