1.1.4　数字图像处理技术

数字图像处理技术可以理解为利用计算机对图像进行加工和处理过程中所涉及的理论和方法的总称。数字图像处理技术作为计算机视觉的一个重要组成部分，其最高目标是用计算机模拟人类视觉系统，包括信息感知、处理、理解和推理等。从信号角度看，数字图像处理技术又属于信号处理领域的一个重要分支，主要涉及3个方面的问题：① 结合成像信息感知的物理特性，如何描述或表示数字图像信号？② 数字图像处理后的结果，是否能满足人类的应用需求？③ 对于给定感知图像和应用要求，设计的处理算法是否最优？只有综合解决好这些问题，才能证明所采用处理技术的合理性、正确性和有效性。

随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理技术也向着更深层次发展，人们更希望利用计算机系统解释图像，像人类视觉系统一样认知外部世界。目前，数字图像处理技术主要涉及下面3种典型的处理层次[3-4]。

（1）低层处理：低层处理是在图像像素级层面上进行的，主要完成图像到图像间的处理操作，如图像变换、图像增强、图像恢复等。

（2）中层处理：中层处理是以图像为输入，输出从图像中提取的特征，并对感兴趣的目标进行非图像形式的描述，如图像分类、区域分割、目标识别等。

（3）高层处理：高层处理是在中层处理的基础上，通过采用与人类思维推理相似的技术，对图像及客观景象进行解译和理解等。

数字图像处理涉及的技术主要包括：图像采集、获取、编码、存储和传输，图像合成和产生，图像显示和输出，图像变换、增强、恢复和重建，图像分割，目标检测、表达和描述，特征提取和测量，序列图像校正，三维景象重建复原，图像数据库建立、索引和提取，图像分类、表示和识别，图像模型建立和匹配，图像（景象）解释和理解等。

目前，数字图像处理技术已广泛应用于通信（图像传真、可视电话、数字电视等）、深空探测（探月等）、遥感（林业资源调查、自然灾害监测、海洋调查等）、生物医学（X射线、超声、断层及核磁共振等）、工业生产（无损探伤、石油勘探、工业机器人视觉等）、天气预报（卫星云图测绘等）、军事任务（目标识别、导弹制导、雷达及声呐图像等）、公安侦缉（指纹识别、伪钞识别等）等众多领域。特别地，遥感图像处理技术作为数字图像处理领域的一个重要分支，与传统的视觉图像处理技术相比，除具有众多共同之处，还具有其自身的处理特点和应用要求：① 遥感图像传感器所获得的数据是多波段的，包括多光谱、高光谱、红外、合成孔径雷达等图像，比计算机视觉领域的视觉图像复杂得多；② 遥感图像处理不但需要对获得的图像进行分析，而且往往还需要从中反演出能够反映地物目标的物化参数等本质特性；③ 遥感图像中的地物目标具有尺度复杂性，存在严重的“同物异谱”或“同谱异物”等现象，辨识更加困难；④ 遥感图像解译的信宿不仅仅是针对人类视觉系统，往往也针对某种特殊的应用。理论上，尽管获得的遥感图像可能千差万别，但无论是哪个波段或以什么方式探测的图像都是用来描述电磁波信号的，而电磁波信号又是反映地物目标物理特性的。因此，遥感图像处理的核心就是通过现代信号处理手段，将感知的电磁波信号转化为人类需求的有价值信息。