数字图像处理 绪论

数字图像处理(Digital Image Processing)

数字图像处理是电子通信专业多媒体通信方向的专业课，虽然作者本科时没有好好学习，但是也对此领域略知一二. 该课可以算是概率论，随机过程，信号与系统，数字信号处理，信息论， 通信原理的集大成者，换句话说，集大成者也就是都会用到，但都不那么深刻。鉴于作者本身就是个混子，凑活看吧。想学这门课的大多数人应该也是奔着特征提取和一些处理操作去的，一些通信强相关的压缩编码和图形学相关的放到最后再看(爱看不看)。

参考用书：数字图像处理 冈萨雷斯，信号与系统 奥本海默/郑君里， 概率论与随机过程，信息论，数字信号处理

编程语言：Matlab，Python

绪论

1. 图像处理定义

一幅图像可以定义为一个二维函数$f(x,y)$（二维空间域信号），坐标$(x,y)$处的幅值$f$称为图像在该点的强度或者灰度。当$x,y$和$f$的值都为离散量时，称该图像为数字图像。

图像处理，图像分析，计算机视觉三者的界限并不清晰。目前大部分人认为三者分别代表图像的初级处理，中级处理和高级处理。初级处理对应输入输出都为图像的处理，包括提取特征直到目标识别。仁者见仁智者见智。

2. 电磁波与成像

图像来源主要是电磁波，其他还有声波，超声波，电子。

电磁波可以定义为以各种波长传播的正弦波，或者无质量的粒子流，每个粒子以光速运动并以波的形式传播。每个无质量的粒子包含一个光子，光子携带能量，根据光子能量对光谱波段进行分组如下：

• 伽马射线成像应用

  核医学中，给病人注射放射性同位素，同位素衰变时发射正电子，正电子与电子湮灭后发射两束伽马射线，医疗器械检测到这两束伽马射线利用断层成像原理创建断层图像，所以这种方法叫正电子仿射断层成像(PET)，如下图。
  

• X射线成像应用

  X射线广泛应用于医学和工业。X射线管是有阴极和阳极的真空管，阴极加热后，释放高速电子流向阳极，电子撞击原子核后以X射线的形式释放能量。一般的，让X射线穿透病人后落在成像胶片上，俗称X光。还有一种应用是血管造影：将一根导管通过腹股沟动脉或者静脉到达待研究部位，释放X射线造影剂，这回增强血管对比度。

其他全略！

信号与系统补充

信号与系统是电子通信专业和自动化专业的专业课。主要关注通信信号的时频分析，但是在图处中关注的是空间域频域离散信号分析，换汤不换药，模式更固定，不用考虑电路，机械系统和通信系统，只考虑图像处理系统。

1. 信号，系统

信号

可以这么理解：信号就是函数。

在《信号与系统》中全部信号都是时序信号，这里将时间换为空间，二维离散空间信号即是图像。举例用连续信号，例子中离散与连续结论相同。

信号可以根据不同的角度进行划分：

• 确定性信号和随机信号

  确定性信号即指信号是确定的时间的函数，如果是这样，那么通信系统将毫无意义，因为每个时刻是什么都是确定的了。在信号传输过程中，干扰和噪声会让信号具有随机性，具有随机性的信号称为随机信号。

• 周期与非周期信号

  对应周期与非周期函数

• 连续时间与离散时间信号

  按照时间取值的连续与否可将信号分为这样两种信号

单位冲激信号

单位冲激信号是一个超越函数，定义方式有很多种，经典的一种是狄拉克给出的：
$$\{\begin{array}{l}{\int }_{-\infty }^{\infty }\delta (t)dt=1\\ \\ \delta (t)=0whilet\ne 0\end{array}$$
图像用一个在零点的一个单位长度的箭头表示，表示很短暂时间内取值极大的函数

这里只说这一个信号，因为这个信号在LTI(Linear Time Invariant System)–线性时不变系统中具有启发性作用。

该信号对应离散版本为单位脉冲信号，是一个长度为一个单位长度的信号。其他重要的信号诸如单位阶跃信号，复指数信号，正弦信号等等可以自行了解。

系统