第十一章　数字图像处理系统

第一节　概述

　　数字图像处理系统所处理的信息量是十分庞大的，对处理速度和精度都有一定的要求，系统的应用范围也相当广泛。因此，目前的数字图像处理系统有各种各样的结构，其商品化产品的种类也较多。若按用途分类，可分为专用和通用两大类。专门系统是为专门用途设计的，它一般要求简单、迅速、准确、经济。因而其结构比通用系统要简单，处理目的和功能明确，规模也较小。例如英国Quantimet720图像分析仪，专门用于定量分析材料的显微结构。第十章介绍的计算机 射线断层扫描系统（即CT系统），专门用于人体或脑部组织疾病诊断。通用系统处理功能较全，应用也较广泛。因此，其结构比较复杂 ，规模也较大 。如美国匹兹堡大学的PRL系统，美国 遥感图像处理系统等都是一个以大型计算机系统为基础的、规模巨大、速度很高、结构复杂的图像处理系统。

　　但是，不论是专用或通用系统，结构复杂或简单，一般图像处理系统的工作过程都可用图11-1-1表示

图 11-1-1　图像处理系统的工作图

　　图像由输入设备转换为连续的模拟电信好输入系统，首先由A／D变换器转换为离散的数字信号，以便于数字计算机运算处理。由于实际景物转换为图像信息时，总会引入各种噪声或畸变失真，一般需要先进行图像预处理，其方法可采用先述的图像增强或复原技术，使图像质量在一定程度上得到提高。有时还采用图像编码压缩技术大大减少信息量，以达到对减少对计算机存储容量和传输通道的要求。

　　如果为了自动识别图像中的某些内容，检测出某些特有的模式（如目标图形），以识别图像中感兴趣目标的性质，就需要用图像分割技术，将图像分割为一组较简单的部分，并抽取一些能表示目标特征的信息，用有意义的描绘形式将它们组织起来，使计算机能自动地识别或分类，这就是模式识别的基本内容。最后，计算机处理结果通过输出设备显示或打印。

　　如果图像处理只要求达到改善图片质量的目的，一般到预处理即可完成，这通常称为图像预处理系统。如果不仅要改善图片质量，而且要求自动识别，就需图11-1-1的全过程，这通常称为图像处理和识别系统。

　　图像处理系统一般由三个基本部分组成：

　　1.图像输入装置──将图像输入的模拟物理量（如光学、超声波、 射线等信息）转变为数字化的电信号，以供计算机处理。

　　2.计算机系统──以软件方式完成对图像的各种处理和识别，是系统的核心部分。由于入乡随俗处理的信息量大，必须有外存储器（如磁盘、磁带机等）。

　　3.图像输出装置──将图像处理的中间结果或最后结果显示或打印记录。

　　在一些专用的图像处理系统中，常用一些硬件化的图像处理器（功能部件）来进行一些特定的处理，如进行一维或二维数字滤波、快速付立叶变换（FFT） 、微分边缘检测、统计判决分类等。它往往采用并行处理的结构来提高处理速度。当然这些硬件化的处理器的数据和流程还是由计算机进行管理。

　　上述图像处理系统都是以目前生产和使用的“序贯型”计算机结构为基础组成的，对于以二维序列数据为对象的数字图像处理并不太适合。特别是需要处理的图像尺寸较大、桢数较多或构成实时处理装置时，就需要采用并行处理的计算机结构来代替目前应用的计算机。这已引起国内外学者的很大重视，已研制出阵列处理机、局部并行处理器和完全并行处理器等新型处理机。

　　本章主要介绍图像输入设备和输出设备，对计算机通用的存储器不作专门介绍。然后，介绍几个典型的图像处理硬件系统的基本组成和性能，对于软件设计也相应地作一些介绍。最后，介绍一些图像处理系统的最新发展动态，使读者初步了解并行处理的基本概念。