數字圖像處理

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數字圖像處理是中國科技名詞。

如今，一個擁有燦爛文化的中國，帶着豐富多彩的文化元素屹立在世界東方。而中華文化的典型代表之一便是漢字。

目錄

名詞解釋

數字圖像處理(Digital Image Processing)是通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特徵等處理的方法和技術。數字圖像處理的產生和迅速發展主要受三個因素的影響：一是計算機的發展；二是數學的發展（特別是離散數學理論的創立和完善）;三是廣泛的農牧業、林業、環境、軍事、工業和醫學等方面的應用需求的增長。

數字圖像處理（Digital Image Processing）又稱為計算機圖像處理，它是指將圖像信號轉換成數字信號並利用計算機對其進行處理的過程。

發展概況

數字圖像處理最早出現於20世紀50年代，當時的電子計算機已經發展到一定水平，人們開始利用計算機來處理圖形和圖像信息。數字圖像處理作為一門學科大約形成於20世紀60年代初期。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。圖像處理中，輸入的是質量低的圖像，輸出的是改善質量後的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強、復原、編碼、壓縮等。首次獲得實際成功應用的是美國噴氣推進實驗室（JPL）。他們對航天探測器徘徊者7號在1964年發回的幾千張月球照片使用了圖像處理技術，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等方法進行處理，並考慮了太陽位置和月球環境的影響，由計算機成功地繪製出月球表面地圖，獲得了巨大的成功。隨後又對探測飛船發回的近十萬張照片進行更為複雜的圖像處理，以致獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，獲得了非凡的成果，為人類登月創舉奠定了堅實的基礎，也推動了數字圖像處理這門學科的誕生。在以後的宇航空間技術，如對火星、土星等星球的探測研究中，數字圖像處理技術都發揮了巨大的作用。數字圖像處理取得的另一個巨大成就是在醫學上獲得的成果。

1972年英國EMI公司工程師Housfield發明了用於頭顱診斷的X射線計算機斷層攝影裝置，也就是我們通常所說的CT（Computer Tomograph）。CT的基核方法是根據人的頭部截面的投影，經計算機處理來重建截面圖像，稱為圖像重建。

1975年EMI公司又成功研製出全身用的CT裝置，獲得了人體各個部位鮮明清晰的斷層圖像。1979年，這項無損傷診斷技術獲得了諾貝爾獎，說明它對人類作出了劃時代的貢獻。與此同時，圖像處理技術在許多應用領域受到廣泛重視並取得了重大的開拓性成就，屬於這些領域的有航空航天、生物醫學工程、工業檢測、機器人視覺、公安司法、軍事制導、文化藝術等，使圖像處理成為一門引人注目、前景遠大的新型學科。隨着圖像處理技術的深入發展，從70年代中期開始，隨着計算機技術和人工智能、思維科學研究的迅速發展，數字圖像處理向更高、更深層次發展。人們已開始研究如何用計算機系統解釋圖像，實現類似人類視覺系統理解外部世界，這被稱為圖像理解或計算機視覺。很多國家，特別是發達國家投入更多的人力、物力到這項研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的視覺計算理論，這個理論成為計算機視覺領域其後十多年的主導思想。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進展，但它本身是一個比較難的研究領域，存在不少困難，因人類本身對自己的視覺過程還了解甚少，因此計算機視覺是一個有待人們進一步探索的新領域。

數字圖像處理在國民經濟的許多領域已經得到廣泛的應用。農林部門通過遙感圖像了解植物生長情況，進行估產，監視病蟲害發展及治理。水利部門通過遙感圖像分析，獲取水害災情的變化。氣象部門用以分析氣象雲圖，提高預報的準確程度。國防及測繪部門，使用航測或衛星獲得地域地貌及地面設施等資料。機械部門可以使用圖像處理技術，自動進行金相圖分析識別。醫療部門採用各種數字圖像技術對各種疾病進行自動診斷。

數字圖像處理在通信領域有特殊的用途及應用前景。傳真通信、可視電話、會議電視、多媒體通信，以及寬帶綜合業務數字網（B-ISDN）和高清晰度電視（HDTV）都採用了數字圖像處理技術。

圖像處理技術的應用與推廣，使得為機器人配備視覺的科學預想轉為現實。計算機視覺或機器視覺迅速發展。計算機視覺實際上就是圖像處理加圖像識別，要求採用十分複雜的處理技術，需要設計高速的專用硬件。

數字圖像處理技術在國內外發展十分迅速，應用也非常廣泛，但是就其學科建設來說，還不成熟，還沒有廣泛適用的研究模型和齊全的質量評價體系指標，多數方法的適用性都隨分析處理對象而各異。數字圖像處理的研究方向是建立完整的理論體系。

2020年，中國數字圖像處理應用端市場規模已達217.3億元，年複合增長率為252.4%，預計2025年市場規模將增長至6,001.5億元，年複合增長率將達到94.2%。隨應用端需求爆發，數字圖像處理行業持續保持較高的增長趨勢，數字圖像處理技術已在各行業投入使用，廣泛應用於手機、汽車、金融服務、互聯網打車和線上租賃公寓等，是人工智能技術中落地最廣的技術之一。

截至2021年，安防影像分析、金融身份認證及互聯網娛樂已成為數字圖像處理行業最重要的技術發展方向，而包括智慧安防、電商消費、智慧金融、手機娛樂、交通運輸、智能家居、智能製造、醫療衛生和物流快運等在內的應用端數量激增，推動數字圖像處理行業上游硬件及算法進步，驅動數字圖像處理行業中游技術方向持續創新，未來行業規模將繼續增長。

硬件

進行數字圖像處理所需要的設備包括攝像機、數字圖像採集器（包括同步控制器、模數轉換器及幀存儲器）、圖像處理計算機和圖像顯示終端。主要的處理任務，通過圖像處理軟件來完成。為了對圖像進行實時處理，需要非常高的計算速度，通用計算機無法滿足，需要專用的圖像處理系統。這種系統由許多單處理器組成陣列式處理機，並行操作，以提高處理的實時性。隨着超大規模集成電路的發展，專門用於各種處理算法的高速芯片，即圖像處理專用芯片，會形成較大的市場。