1.1 數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生與發(fā)展

在計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們對數(shù)字圖像處理這一概念并不陌生。不管是在日常生活應用，還是在高端科技領(lǐng)域，數(shù)字圖像處理都發(fā)揮著越來越重要的作用，它已經(jīng)深刻融入關(guān)系著國計民生的各行各業(yè)中。

數(shù)字圖像起源于20世紀20年代，最早應用在報紙行業(yè)，利用電纜傳輸圖片，但此工作并未涉及數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生與數(shù)字計算機的發(fā)展密切相關(guān)，數(shù)字圖像處理對存儲和計算能力的要求很高，必須依靠數(shù)字計算機及數(shù)據(jù)存儲、顯示及傳輸?shù)认嚓P(guān)計算的支持。20世紀60年代初，第一臺能夠執(zhí)行圖像處理任務的大型計算機問世，使得圖像處理算法可以在計算機上真正運行，標志著數(shù)字圖像處理時代的到來。

首次大規(guī)模成功應用圖像處理技術(shù)是美國將其應用在航天領(lǐng)域。1964年，美國“徘徊者7號”探測器向地球發(fā)回首批月球近景照片。美國加利福尼亞的噴氣推進實驗室首次利用計算機技術(shù)處理“徘徊者7號”探測器傳回的月球圖像，以校正各種圖像畸變。圖1-1為“徘徊者7號”撞擊前拍攝的月球圖片。“徘徊者7號”向地球傳送了4300多幅電視圖像，為阿波羅號飛船登月選點做了先行的探測工作。從此，數(shù)字圖像處理技術(shù)開始在航空航天、軍事和尖端科技領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

數(shù)字圖像處理技術(shù)在20世紀60年代末和20世紀70年代初已經(jīng)開始應用于醫(yī)學成像、地球資源遙感監(jiān)測和天文學等領(lǐng)域。1968年8月23日，亨斯費爾德（Godfrey Newbold Hounsfield）在英國申請了名稱為“多角度測量X射線或γ射線吸收，透過情況和數(shù)據(jù)分析的方法和儀器”的專利，首次在專利申請中揭示了計算機斷層成像（Computer Tomograph, CT）技術(shù)。1971年第一臺應用于臨床的CT設(shè)備安裝于英國阿特金森-莫利醫(yī)院，用于對顱腦疾病進行斷層圖像顯示的臨床觀察。1973年12月11日，該技術(shù)獲得了美國專利授權(quán)。這引起了科技界的極大震動，亨斯費爾德與美國物理學家阿倫·考馬克（Allan Cormack）共同獲得1979年諾貝爾醫(yī)學獎。有趣的是，X射線（X-ray）是德國物理學家威廉·康拉德·倫琴（Wilhelm Conrad Roentgen）發(fā)現(xiàn)的，為此，他獲得了1901年的諾貝爾物理學獎。這說明了圖像處理技術(shù)對人類做出了劃時代的貢獻。

圖1-1 “徘徊者7號”撞擊前拍攝的月球圖片

從20世紀60年代至今，圖像處理技術(shù)一直在蓬勃發(fā)展，除了應用在軍事、醫(yī)療、遙感、氣象等領(lǐng)域，也擴展到了工業(yè)和民用領(lǐng)域。例如，公共安全領(lǐng)域的指紋識別、人臉識別、虹膜識別等。數(shù)字圖像處理技術(shù)還拓展了人類獲取信息的渠道和窗口，如對于人眼來說是模糊的或不可見的圖像，通過圖像增強技術(shù)或其他圖像處理方法，可以使模糊圖像清晰化，使不可見圖像變?yōu)榭梢妶D像。例如，人眼對紅外波段、紫外波段和微波的信息不可見，但卻可以通過數(shù)字圖像處理技術(shù)獲得這些波段內(nèi)的可見圖像。

在我國航空航天事業(yè)中，運用計算機對圖像進行準確的處理已經(jīng)成為一項重要的技術(shù)。如“嫦娥三號”拍攝到了彩色月面圖像，“祝融號”拍攝到了火星表面圖片。數(shù)字圖像處理技術(shù)在航天和航空技術(shù)方面的應用，不僅應用于對月球、火星照片的處理，還應用于飛機遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。這些圖像無論是在成像、存儲、傳輸過程中，還是在判讀分析中，都要采用很多數(shù)字圖像處理方法。

目前，我國制造業(yè)飛速發(fā)展，在一些危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的工業(yè)場合，通常用機器視覺代替人工視覺。高精度要求的零部件加工及其相應的先進生產(chǎn)線，對圖像處理技術(shù)的需求也日益提高。

隨著計算機硬件技術(shù)的進步和智能制造的發(fā)展，涌現(xiàn)了大量的先進數(shù)字圖像算法，以滿足各行各業(yè)的視覺檢測需求。數(shù)字圖像處理技術(shù)對科學研究、國民經(jīng)濟和人類社會的發(fā)展具有深遠的意義，為時代的發(fā)展帶來了巨大的推動力。