图像处理系统

图像处理硬件和图像处理软件

图像处理主要应用在医学、遥感、工业检测和监视、军事侦察等领域。现代图像处理和图形处理都是以光栅扫描的像素为基础，同一系统可实现两种处理，两者结合能进行立体成像，如医学上的三维CT（计算机层析摄影），军事模拟上的三维地理、地貌图。图像处理系统包括图像处理硬件和图像处理软件。

简介

硬件

图像处理的特点是信息量大，因此图像处理系统必须配置快速处理硬件。80年代后出现图像处理工作站。对于点处理，采用快速硬件流水线处理器,它由视频运算器(ALU)和查找表(LUT)组成,用于实时进行图像间加、减、乘、除、逻辑运算和灰度变换。对于邻域处理,应用快速实时小核卷积器,它由乘法器、累加器、移位寄存器和查找表等组成，用于实时卷积滤波，去噪声，增强，平滑和边缘提取等。对于大域处理，可用快速阵列机，它配有数字信号处理器等，用于快速傅里叶变换、各种矩阵运算和矢量运算。

软件

图像处理最早应用在医学和遥感方面，都是二维处理。二维图像处理的算法和应用程序发展得较为成熟，已有各种快速算法和图像处理软件。如1982年日本推出通用图像处理软件系统SPIDER，现已改版为SPIDERⅡ。图像处理正朝着三维图像生成的方向发展。立体图像的产生有四种方法：线框法、表面法、实体法和彩色分域法。立体成像都采用图像处理与图形处理相结合的方法。在图像识别方面，模糊识别比统计识别和句法识别更有发展潜力。

分析工具

图像处理和分析工具主要功能是进行图像增强，便于后续的专业视觉工具进行识别和理解。常用的图像处理和分析工具包括：直方图工具、滤波操作、形态学操作、轮廓提前、几何变换、颜色空间变换。从输出关系角度，可将基本图像预处理算法分为：点变换算法、领域操作算法。

直方图分析

直方图分析是最基本的图像分析工具，直方图可对图像的整体灰度分布进行刻画，主要指标包括：均值、标准差等。

滤波操作

滤波是最常用使用的图像增强方法，主要包括：低通滤波、高通滤波、边缘检测、高斯滤波等。

形态学操作

形态学操作是常用的图像增强方法：主要包括：膨胀、腐蚀、开启、闭合、中值滤波等。

轮廓提取

轮廓是图像的重要边缘特征，轮廓提取的精度、速度和稳定性是轮廓提取工具的主要评价标准。

几何变换

常用的几何变换包括：旋转、平移、尺度、切变等，其统称为仿射变换。仿射采样也为集合变换范畴。

颜色空间转换

图像处理技术从图像格式上可以分为灰度图像处理和彩色图像处理。在图像处理技术发展的早期，由于受计算机处理能力的限制，图像处理技术领域的研究主要集中在灰度图像处理技术。随着计算机处理能力的飞速发展，彩色图像处理技术越来越受到关注。彩色图像处理相比灰度图像处理存在很多优势，其中最重要的有两点：（1）彩色图像所包含的信息量比灰度图像丰富很多（2）彩色图像更加符合人的视觉习惯。

一般情况下，相机输出的颜色数据为RGB颜色空间数据。然而，在工业用用中，经常需要再CIE色度学空间、人类视觉空间或者OD颜色密度空间进行彩色图像处理。颜色空间转换即指由RGB颜色空间到CIE LAB空间、CIE LCH空间、HSI空间、HSL空间以及OD颜色密度空间转换。

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