第一章数字图像处理的基本概念
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❖ 图像在数字化时必须满足采样定理，这样离散的 图像才能与它的连续形式对应。
❖ “数字图像处理”不是指“数字图像的处理”， 而是指“图像的数字处理”。
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
1.1.4数字图像处理的几个基本术语
❖ 数字化(digitizing)
将一幅图像从其原来的形式转换为数字形式的处理过 程，包括“扫描”、“采样”与“量化”三个步骤
“光图像” (optical images)，即用透镜、光 栅和全息术产生的图像，如荧幕、屏幕上出现的 影像。光(学)图像是光强度的空间分布。
“不可见的图像”，如温度、压力、高度以及人口
密度等的分布图。
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医学图像处理讲义
图像类型
❖ （2）抽象图像
即“数学图像”，包括连续函数和离散函数。 离散函数图像就是计算机可以处理的形式。 物理图像必须要变成离散函数才能被计算机处理。
❖ 图像信息的传送，包括内部传送与远距离传送。
内部传送多采用DMA（Direct Memory Access）；远距 离传送图像压缩技术，减少占用带宽。
❖ 图像信息处理，即狭义的图像处理
利用计算机可以实现的算法。
❖ 图像的输出与显示，即为人或计算机提供便于理解以及识别 的图像。
软拷贝与硬拷贝两种形式。
两种基本的图像数学模型
❖ 连续模型
一般的图像都是能量的连续分布
❖ 离散模型
就是把数字图像看成离散采样点的集合，每个点具 有其各自的属性。
处理运算就是对这些离散单元的操作。
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医学图像处理讲义
图像数学模型的应用原则
❖ 在图像处理中，根据任务和目的的不同，经常会 采用不同的模型来处理图像，或者在不同的阶段 是用不同的模型，保证系统的最佳性能。
❖ 狭义的数字图像处理仅指其中对图像信息进行处理。
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医学图像处理讲义
广义图像处理
❖ 图像信息获取，即获取研究对象的图像，并转换成数字信号， 以便于计算机或其它数字设备处理。
研究重点：图像成像设备和数字化设备。
❖ 图像信息的存储。
图像存储设备，以及图像存储的格式、图像压缩标准以及图像 数据库技术等。
对图像加工的各种技术方法的统称，它已被广泛地应 用于许多领域。
❖ 基本方法
模拟图像处理 数字图像处理
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医学图像处理讲义
1、模拟图像处理
❖ 包括光学图像处理和电子图像处理（电子光学处理） ❖ 光学方法是图像处理发展的起源 ❖ 光学处理具有处理速度快、信息量大、分辨率高、经济等优点。 ❖ 模拟图像处理的缺点是精度差、灵活性差，器件具有专用性，并且缺
❖ 1946年第一台电子计算机 ❖ 60年代，第三代计算机
JPL 图像增强和图像复原 ❖ 70年代 遥感和医学图片 Rosenfeld ，1976 ❖ 80年代 3D图像获取设备以及分析系统 ❖ 90年代 人类生活和社会发展的各个方面
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医学图像处理讲义
美国航天器传送的第一张月球照片，“旅行者7号”1964年7月31日9 点09分在光线影响月球前17分钟前摄取的图像
❖ 此三项是图像预处理中常涉及的内容。
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狭义的计算机图像处理2
❖ 图像复原 根据图像退化模型，消除退化因素，恢复原始的图像。 散焦，散焦模型，逆滤波。
❖ 图像编码 研究压缩图像数据的方法，需要研究并利用图像的冗余特征 如统计冗余、生理视觉冗余、知识冗余等。
长度包含的采样点数。 像素间距（pixel spacing）=1/采样密度
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医学图像处理讲义
重要概念（续）
❖ 9、放大率（magnification）：图像中物体与其 所对应的景物中物体的比例关系。
❖ 10、运算（operation）：注意运算前后图像之 间的对应关系。
（1）全局运算：对整幅图像同时处理 （2）点运算：由对应点决定 （3）局部运算：由中心像素周围的有关像素决定
主要有卷积反投影法等。 常用于医学设备
图像模式识别
在图像分割的基础上提取特征，对图像中的内容 进行判决分类。
❖ 图像分析与理解 根据图像局部内容之间的关系，利用有关知识进行推理与联想， 对图像中所表现的内容进行理解。
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医学图像处理讲义
1.3 数字图像处理的发展历程与主要应用领域
量化(quantization)
❖ 将采样时测量的灰度值转化成整数表示。 ❖ 模数转换器(ADC)
将电压值转化成一个整数。
一幅图像的数字表示，即数字图像f(x,y),
f(x,y)以及x、y都是整数。
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医学图像处理讲义
几个重要概念
❖ 1、处理：让某个事物受到一个过程的作用 ❖2、过程（ process ）：指能导致某个所期望目
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医学图像处理讲义
1.1.1图像的分类
❖ “图像”(image)
一幅图像就是一个东西的视觉表示，它包含 了所表示物体的相关描述信息，出现形式 多种多样
可视的和不可视的； 抽象的和实际的； 适于和不适于计算机处理的。
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医学图像处理讲义
1、按照图像的存在形式分
❖ “静止图像”
不随时间变化的图像，如各类图片。
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❖三类
符号信息 景物信息 情绪信息
医学图像处理讲义
1.1.2图像信息的分类
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医学图像处理讲义
图像信息——(1)符号信息
❖ 一般是用文字、符号、图形等表示的具体的或抽 象的事物。
电路图、机械图、打印的文件等，一般用二值图像表 示。
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狭义的计算机图像处理
❖ 几何处理
坐标变换：图像的放大与缩小、旋转、移动 图像畸变校正 几何特征计算等。
❖ 算术与逻辑运算
图像的加减乘除，与或非等运算
❖ 图像增强
根据任务目标突出图像中感兴趣的信息，消除干扰，改善图 像的视觉效果或增强便于机器识别的信息
医学图像处理讲义
第一章 数字图像处百度文库的基本概念
❖ 图像的概念 ❖ 数字图像处理技术 ❖ 数字图像的发展历程与主要应用领域 ❖ 课程学习要求
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医学图像处理讲义
1.1 图像的概念
❖ 1.1.1图像的分类 ❖ 1.1.2图像信息的分类 ❖ 1.1.3图像处理的基本方法 ❖ 1.1.4数字图像处理的基本术语
❖ （1）“物理图像” (physical images)
物质或能量的实际分布
“可见的图像”(visible image)
“图片” (picture)，包括“照片” (photograph)、“图” (drawings指用线条画 成的)和“画” (paintings)， “图片”等价于 “图像”，也就是说“picture”经常和“image” 一词混用；
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1.2数字图像处理技术
❖ 广义的数字图像处理是指从图像获取到图像信息输出 的全过程，即图像处理系统，
与计算机应用相关的设备 图像处理相关的方法 有效软件的实现 图像处理软件的应用 图像信息在计算机中的表示 图像数据库及检索 图像信息应用等。
❖ 图像分割 根据图像的某些特征将图像划分为不同的区域，以便于对图像 中的物体或目标进行分析与识别。 如“机动车视觉系统”中根据图像中的灰度信息分割白色导引 线和路面。
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狭义的计算机图像处理3
❖ 图像重建 输入的是非图像信息，如数据、公式等，输出为图像。
❖ 发展历程 ❖ 不断拓展的应用领域
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1.3.1发展历程
❖ 改善视觉效果：
增强人类分析判断时采用的图像信息
❖ 生物视觉系统仿生：
计算机技术、人工智能技术 处理自动装置感受的景物数据（计算机视觉、模式识
别（Pattern Recognition）等）
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重要概念（续）
❖ 5、显示（display）：由一幅数字图像生成一可 见的、直观的图像。 “回放”、“图像重建”、“硬拷贝”、“图 像记录” 显示设备有暂时的、永久的两类。
❖ 6、对比度（contrast）：一幅图像中灰度反差 的大小。
❖ 7、噪声（noise）：加性的或乘法性的污染。 ❖8、采样密度（sampling density）:图像上单位
每个像素点只有一个亮度值。 黑白照片 黑白电视画面。
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3、按照图像的光谱特性分
❖ “可见光图像”； ❖ “红外光图像”； ❖ “雷达图像”； ❖ “声呐图像”。
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医学图像处理讲义
4、按照图像的时间特性分
❖ “动态图像”
随时间变化的图像，如电视和电影画面。
标的一系列的动作或操作。 ❖ 3、数字图像处理：对一个物体的数字表示施加一
系列的操作，以得到所期望的结果。 ❖ 4、数字图像的限制性定义：一个被采样和量化后
的二维函数（该二维函数由光学方法产生），采 用等距离矩形网格采样，对幅度进行等间隔量化。
一幅数字图像是一个被量化的采样数值的二维矩阵。
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❖ 优点：精度高、处理内容丰富、可以进行复杂的非线性处理，处理方 式灵活，同样的图像硬件系统，在改变软件之后何以用于其它完全不 同的任务。
❖ 缺点：由于目前计算机性能的限制，数字图像处理的速度有限，对于 一些有实时性要求的任务，必须利用DSP加速或构建专用系统。
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医学图像处理讲义
地图中也包含大量符号，但需要关注颜色信息，因为 它们都有确定的物理含义，如蓝色一般表示湿地。
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图像信息——(2)景物信息
❖ 是一种能够使人产生主观感觉，但不取决于人本 身的客观场景中包含的信息。景物信息内容丰富， 较难以表达，只有在明确目标的前提下，才能得 到正确处理
如卫星云图中蕴含着气旋信息，气旋的位置与强度是 一种客观存在。
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图像信息——(3)情绪信息
❖ 依赖于观察者，如艺术图片的效果就与观看者本 身的生理、心理、修养有很大的关系，此类信息 无法刻画。
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1.1.3图像处理的基本方法
❖ 图像处理（image processing）
灰度 196
图像数字化 物理图像
采样列 像素
43
数字图像 灰阶像素
黑
0
采样行
行间隔
灰
128
图片
采样列间隔
白
255
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采样(sampling)
❖ 在一幅图像的每个像素位置上测量灰度值。 ❖ 图像传感
电压值/电流 图像空间的数字化 感光单元
❖ “采样定理”
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通常将“扫描”合并到“采样”阶段，合并为两个过 程。
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扫描（scanning）
❖ 扫描 ❖图像元素(picture element)，简称像素(pixel)
空间坐标以及图像信息两个部分。
❖ 数字化 ❖ 光栅(raster)。
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物理图像及其对应的数字图像
❖ 打印技术与半调技术相结合 ❖ 编码技术
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1、改善视觉效果
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用 15 种 色 调 的 设 备 ， 从 伦 敦 到 纽 约 ， 用 电 缆 进 行 传 送 的 Perihing 和Fozh两将军未经修饰的图片
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2、计算机图像处理技术
乏判断分析能力，不具备非线性处理能力。 ❖ 趋势：将光学处理和计算机相结合的方法，如利用光学方法对图像进
行傅立叶变换，再用计算机对频谱分析。
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2、数字图像处理
❖ 就是将图像转换成一个数据矩阵存放在图像存储器中，然后再利用数 字计算机，或其它的大规模集成数字器件，对图像信息进行数字运算 或处理。
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2、按照图像的色彩特性分
❖ 彩色图像，又称为“多光谱图像”
图像上的每个点有多于一个的局部特征。 彩色电视中重现的三基色图像，每个像素点就 需要有红、绿、蓝三个基色的三个亮度值表示。 遥感图像可以提供多达7个不同通道的信息。
❖ 黑白图像，又称“灰度图像”、“亮度图 像”、“单色图像”等，
❖ “数字图像处理”不是指“数字图像的处理”， 而是指“图像的数字处理”。
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1.1.4数字图像处理的几个基本术语
❖ 数字化(digitizing)
将一幅图像从其原来的形式转换为数字形式的处理过 程，包括“扫描”、“采样”与“量化”三个步骤
“光图像” (optical images)，即用透镜、光 栅和全息术产生的图像，如荧幕、屏幕上出现的 影像。光(学)图像是光强度的空间分布。
“不可见的图像”，如温度、压力、高度以及人口
密度等的分布图。
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图像类型
❖ （2）抽象图像
即“数学图像”，包括连续函数和离散函数。 离散函数图像就是计算机可以处理的形式。 物理图像必须要变成离散函数才能被计算机处理。
❖ 图像信息的传送，包括内部传送与远距离传送。
内部传送多采用DMA（Direct Memory Access）；远距 离传送图像压缩技术，减少占用带宽。
❖ 图像信息处理，即狭义的图像处理
利用计算机可以实现的算法。
❖ 图像的输出与显示，即为人或计算机提供便于理解以及识别 的图像。
软拷贝与硬拷贝两种形式。
两种基本的图像数学模型
❖ 连续模型
一般的图像都是能量的连续分布
❖ 离散模型
就是把数字图像看成离散采样点的集合，每个点具 有其各自的属性。
处理运算就是对这些离散单元的操作。
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图像数学模型的应用原则
❖ 在图像处理中，根据任务和目的的不同，经常会 采用不同的模型来处理图像，或者在不同的阶段 是用不同的模型，保证系统的最佳性能。
❖ 狭义的数字图像处理仅指其中对图像信息进行处理。
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广义图像处理
❖ 图像信息获取，即获取研究对象的图像，并转换成数字信号， 以便于计算机或其它数字设备处理。
研究重点：图像成像设备和数字化设备。
❖ 图像信息的存储。
图像存储设备，以及图像存储的格式、图像压缩标准以及图像 数据库技术等。
对图像加工的各种技术方法的统称，它已被广泛地应 用于许多领域。
❖ 基本方法
模拟图像处理 数字图像处理
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1、模拟图像处理
❖ 包括光学图像处理和电子图像处理（电子光学处理） ❖ 光学方法是图像处理发展的起源 ❖ 光学处理具有处理速度快、信息量大、分辨率高、经济等优点。 ❖ 模拟图像处理的缺点是精度差、灵活性差，器件具有专用性，并且缺
❖ 1946年第一台电子计算机 ❖ 60年代，第三代计算机
JPL 图像增强和图像复原 ❖ 70年代 遥感和医学图片 Rosenfeld ，1976 ❖ 80年代 3D图像获取设备以及分析系统 ❖ 90年代 人类生活和社会发展的各个方面
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
美国航天器传送的第一张月球照片，“旅行者7号”1964年7月31日9 点09分在光线影响月球前17分钟前摄取的图像
❖ 此三项是图像预处理中常涉及的内容。
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狭义的计算机图像处理2
❖ 图像复原 根据图像退化模型，消除退化因素，恢复原始的图像。 散焦，散焦模型，逆滤波。
❖ 图像编码 研究压缩图像数据的方法，需要研究并利用图像的冗余特征 如统计冗余、生理视觉冗余、知识冗余等。
长度包含的采样点数。 像素间距（pixel spacing）=1/采样密度
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重要概念（续）
❖ 9、放大率（magnification）：图像中物体与其 所对应的景物中物体的比例关系。
❖ 10、运算（operation）：注意运算前后图像之 间的对应关系。
（1）全局运算：对整幅图像同时处理 （2）点运算：由对应点决定 （3）局部运算：由中心像素周围的有关像素决定
主要有卷积反投影法等。 常用于医学设备
图像模式识别
在图像分割的基础上提取特征，对图像中的内容 进行判决分类。
❖ 图像分析与理解 根据图像局部内容之间的关系，利用有关知识进行推理与联想， 对图像中所表现的内容进行理解。
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1.3 数字图像处理的发展历程与主要应用领域
量化(quantization)
❖ 将采样时测量的灰度值转化成整数表示。 ❖ 模数转换器(ADC)
将电压值转化成一个整数。
一幅图像的数字表示，即数字图像f(x,y),
f(x,y)以及x、y都是整数。
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几个重要概念
❖ 1、处理：让某个事物受到一个过程的作用 ❖2、过程（ process ）：指能导致某个所期望目
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1.1.1图像的分类
❖ “图像”(image)
一幅图像就是一个东西的视觉表示，它包含 了所表示物体的相关描述信息，出现形式 多种多样
可视的和不可视的； 抽象的和实际的； 适于和不适于计算机处理的。
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1、按照图像的存在形式分
❖ “静止图像”
不随时间变化的图像，如各类图片。
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❖三类
符号信息 景物信息 情绪信息
医学图像处理讲义
1.1.2图像信息的分类
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
图像信息——(1)符号信息
❖ 一般是用文字、符号、图形等表示的具体的或抽 象的事物。
电路图、机械图、打印的文件等，一般用二值图像表 示。
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医学图像处理讲义
狭义的计算机图像处理
❖ 几何处理
坐标变换：图像的放大与缩小、旋转、移动 图像畸变校正 几何特征计算等。
❖ 算术与逻辑运算
图像的加减乘除，与或非等运算
❖ 图像增强
根据任务目标突出图像中感兴趣的信息，消除干扰，改善图 像的视觉效果或增强便于机器识别的信息
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第一章 数字图像处百度文库的基本概念
❖ 图像的概念 ❖ 数字图像处理技术 ❖ 数字图像的发展历程与主要应用领域 ❖ 课程学习要求
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1.1 图像的概念
❖ 1.1.1图像的分类 ❖ 1.1.2图像信息的分类 ❖ 1.1.3图像处理的基本方法 ❖ 1.1.4数字图像处理的基本术语
❖ （1）“物理图像” (physical images)
物质或能量的实际分布
“可见的图像”(visible image)
“图片” (picture)，包括“照片” (photograph)、“图” (drawings指用线条画 成的)和“画” (paintings)， “图片”等价于 “图像”，也就是说“picture”经常和“image” 一词混用；
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医学图像处理讲义
1.2数字图像处理技术
❖ 广义的数字图像处理是指从图像获取到图像信息输出 的全过程，即图像处理系统，
与计算机应用相关的设备 图像处理相关的方法 有效软件的实现 图像处理软件的应用 图像信息在计算机中的表示 图像数据库及检索 图像信息应用等。
❖ 图像分割 根据图像的某些特征将图像划分为不同的区域，以便于对图像 中的物体或目标进行分析与识别。 如“机动车视觉系统”中根据图像中的灰度信息分割白色导引 线和路面。
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狭义的计算机图像处理3
❖ 图像重建 输入的是非图像信息，如数据、公式等，输出为图像。
❖ 发展历程 ❖ 不断拓展的应用领域
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1.3.1发展历程
❖ 改善视觉效果：
增强人类分析判断时采用的图像信息
❖ 生物视觉系统仿生：
计算机技术、人工智能技术 处理自动装置感受的景物数据（计算机视觉、模式识
别（Pattern Recognition）等）
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
重要概念（续）
❖ 5、显示（display）：由一幅数字图像生成一可 见的、直观的图像。 “回放”、“图像重建”、“硬拷贝”、“图 像记录” 显示设备有暂时的、永久的两类。
❖ 6、对比度（contrast）：一幅图像中灰度反差 的大小。
❖ 7、噪声（noise）：加性的或乘法性的污染。 ❖8、采样密度（sampling density）:图像上单位
每个像素点只有一个亮度值。 黑白照片 黑白电视画面。
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3、按照图像的光谱特性分
❖ “可见光图像”； ❖ “红外光图像”； ❖ “雷达图像”； ❖ “声呐图像”。
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医学图像处理讲义
4、按照图像的时间特性分
❖ “动态图像”
随时间变化的图像，如电视和电影画面。
标的一系列的动作或操作。 ❖ 3、数字图像处理：对一个物体的数字表示施加一
系列的操作，以得到所期望的结果。 ❖ 4、数字图像的限制性定义：一个被采样和量化后
的二维函数（该二维函数由光学方法产生），采 用等距离矩形网格采样，对幅度进行等间隔量化。
一幅数字图像是一个被量化的采样数值的二维矩阵。
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❖ 优点：精度高、处理内容丰富、可以进行复杂的非线性处理，处理方 式灵活，同样的图像硬件系统，在改变软件之后何以用于其它完全不 同的任务。
❖ 缺点：由于目前计算机性能的限制，数字图像处理的速度有限，对于 一些有实时性要求的任务，必须利用DSP加速或构建专用系统。
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医学图像处理讲义
地图中也包含大量符号，但需要关注颜色信息，因为 它们都有确定的物理含义，如蓝色一般表示湿地。
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医学图像处理讲义
图像信息——(2)景物信息
❖ 是一种能够使人产生主观感觉，但不取决于人本 身的客观场景中包含的信息。景物信息内容丰富， 较难以表达，只有在明确目标的前提下，才能得 到正确处理
如卫星云图中蕴含着气旋信息，气旋的位置与强度是 一种客观存在。
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医学图像处理讲义
图像信息——(3)情绪信息
❖ 依赖于观察者，如艺术图片的效果就与观看者本 身的生理、心理、修养有很大的关系，此类信息 无法刻画。
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医学图像处理讲义
1.1.3图像处理的基本方法
❖ 图像处理（image processing）
灰度 196
图像数字化 物理图像
采样列 像素
43
数字图像 灰阶像素
黑
0
采样行
行间隔
灰
128
图片
采样列间隔
白
255
医学图像处理讲义
采样(sampling)
❖ 在一幅图像的每个像素位置上测量灰度值。 ❖ 图像传感
电压值/电流 图像空间的数字化 感光单元
❖ “采样定理”
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
通常将“扫描”合并到“采样”阶段，合并为两个过 程。
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
扫描（scanning）
❖ 扫描 ❖图像元素(picture element)，简称像素(pixel)
空间坐标以及图像信息两个部分。
❖ 数字化 ❖ 光栅(raster)。
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物理图像及其对应的数字图像
❖ 打印技术与半调技术相结合 ❖ 编码技术
医学图像处理讲义
1、改善视觉效果
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
用 15 种 色 调 的 设 备 ， 从 伦 敦 到 纽 约 ， 用 电 缆 进 行 传 送 的 Perihing 和Fozh两将军未经修饰的图片
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医学图像处理讲义
2、计算机图像处理技术
乏判断分析能力，不具备非线性处理能力。 ❖ 趋势：将光学处理和计算机相结合的方法，如利用光学方法对图像进
行傅立叶变换，再用计算机对频谱分析。
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
2、数字图像处理
❖ 就是将图像转换成一个数据矩阵存放在图像存储器中，然后再利用数 字计算机，或其它的大规模集成数字器件，对图像信息进行数字运算 或处理。
重庆大学生物工程学院
医学图像处理讲义
2、按照图像的色彩特性分
❖ 彩色图像，又称为“多光谱图像”
图像上的每个点有多于一个的局部特征。 彩色电视中重现的三基色图像，每个像素点就 需要有红、绿、蓝三个基色的三个亮度值表示。 遥感图像可以提供多达7个不同通道的信息。
❖ 黑白图像，又称“灰度图像”、“亮度图 像”、“单色图像”等，