1.4 数字图像处理

1.4.1 数字图像处理的特点

数字图像处理的特点如下：

（1）数据量大。

在数字图像处理中，图像由图像矩阵中的像素（pixel）组成，灰度图像每个像素的灰度级一般采用1Byte（B）的空间来存储，真彩色图像每个像素的灰度级一般采用3B的空间来存储。例如，一张256×256像素的灰度图像大小为64KB（256×256×1B），一张256×256像素的真彩色图像大小为192KB（256×256×3B）；一张512×512像素的灰度图像大小为256KB（512×512×1B），一张512×512像素的真彩色图像大小为768KB（512×512×3B）；一张1024×1024像素的灰度图像大小为1MB（1024×1024×1B），一张1024×1024像素的真彩色图像大小为3MB（1024×1024×3B）。因此，大数据量给存储、传输和处理都带来巨大的困难。

（2）处理技术综合性强。

图像处理技术涉及的基础知识和专业技术相当广泛，一般来说，涉及通信技术、计算机技术、电子技术、电视技术，涉及的数学、物理等方面的基础知识更多。图像处理技术与通信技术密切相关，当今的图像处理理论大多是通信理论的推广，只是把通信中的一维问题推广到二维以便于分析，在此基础上，逐步发展自己的理论体系。图像处理工程中的信息获取和显示技术主要源于电视技术，其中，摄像、显示、同步等各项技术是必不可少的。计算机已是图像处理的常规工具，在图像处理中，涉及软件、硬件、网络、接口等多项技术，特别是并行处理技术在实时图像处理中显得十分重要。图像处理技术的发展涉及越来越多的基础理论知识，雄厚的数理基础及相关的边缘学科知识对图像处理科学的发展具有重要影响。

（3）图像信息理论与通信理论密切相关。

图像信息论属于信息论科学中的一个分支。1948年，香农（Shannon）发表的A Mathematical Theory of Communication（《通信中的数学理论》）一文，奠定了信息论的基础。此后，信息理论已经渗透到了各个领域。图像理论是把通信中的一维时间问题推广到二维空间上来研究，具体来说，通信研究的是一维时间信息，图像研究的是二维空间信息；通信理论研究的是时间域和频率域的问题，图像理论研究的是空间域和空间频率域之间的关系；通信理论认为任何一个随时间变化的波形都是由许多频率不同、振幅不同的正弦波组合而成，图像理论认为任何一张平面图像都是由许多频率不同、振幅不同的x-y方向的空间频率波相叠加而成，高空间频率波决定图像的细节，低空间频率波决定图像的背景和动态范围。