1.1 数字图像处理的产生与发展

在计算机技术和人工智能技术高速发展的今天，人们对数字图像处理这一概念并不陌生。不管是在日常生活应用，还是在高端科技领域，数字图像处理都发挥着越来越重要的作用，它已经深刻融入关系着国计民生的各行各业中。

数字图像起源于20世纪20年代，最早应用在报纸行业，利用电缆传输图片，但此工作并未涉及数字图像处理。数字图像处理的产生与数字计算机的发展密切相关，数字图像处理对存储和计算能力的要求很高，必须依靠数字计算机及数据存储、显示及传输等相关计算的支持。20世纪60年代初，第一台能够执行图像处理任务的大型计算机问世，使得图像处理算法可以在计算机上真正运行，标志着数字图像处理时代的到来。

首次大规模成功应用图像处理技术是美国将其应用在航天领域。1964年，美国“徘徊者7号”探测器向地球发回首批月球近景照片。美国加利福尼亚的喷气推进实验室首次利用计算机技术处理“徘徊者7号”探测器传回的月球图像，以校正各种图像畸变。图1-1为“徘徊者7号”撞击前拍摄的月球图片。“徘徊者7号”向地球传送了4300多幅电视图像，为阿波罗号飞船登月选点做了先行的探测工作。从此，数字图像处理技术开始在航空航天、军事和尖端科技领域发挥着越来越重要的作用。

数字图像处理技术在20世纪60年代末和20世纪70年代初已经开始应用于医学成像、地球资源遥感监测和天文学等领域。1968年8月23日，亨斯费尔德（Godfrey Newbold Hounsfield）在英国申请了名称为“多角度测量X射线或γ射线吸收，透过情况和数据分析的方法和仪器”的专利，首次在专利申请中揭示了计算机断层成像（Computer Tomograph, CT）技术。1971年第一台应用于临床的CT设备安装于英国阿特金森-莫利医院，用于对颅脑疾病进行断层图像显示的临床观察。1973年12月11日，该技术获得了美国专利授权。这引起了科技界的极大震动，亨斯费尔德与美国物理学家阿伦·考马克（Allan Cormack）共同获得1979年诺贝尔医学奖。有趣的是，X射线（X-ray）是德国物理学家威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Roentgen）发现的，为此，他获得了1901年的诺贝尔物理学奖。这说明了图像处理技术对人类做出了划时代的贡献。

图1-1 “徘徊者7号”撞击前拍摄的月球图片

从20世纪60年代至今，图像处理技术一直在蓬勃发展，除了应用在军事、医疗、遥感、气象等领域，也扩展到了工业和民用领域。例如，公共安全领域的指纹识别、人脸识别、虹膜识别等。数字图像处理技术还拓展了人类获取信息的渠道和窗口，如对于人眼来说是模糊的或不可见的图像，通过图像增强技术或其他图像处理方法，可以使模糊图像清晰化，使不可见图像变为可见图像。例如，人眼对红外波段、紫外波段和微波的信息不可见，但却可以通过数字图像处理技术获得这些波段内的可见图像。

在我国航空航天事业中，运用计算机对图像进行准确的处理已经成为一项重要的技术。如“嫦娥三号”拍摄到了彩色月面图像，“祝融号”拍摄到了火星表面图片。数字图像处理技术在航天和航空技术方面的应用，不仅应用于对月球、火星照片的处理，还应用于飞机遥感和卫星遥感技术中。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都要采用很多数字图像处理方法。

目前，我国制造业飞速发展，在一些危险工作环境或人工视觉难以满足要求的工业场合，通常用机器视觉代替人工视觉。高精度要求的零部件加工及其相应的先进生产线，对图像处理技术的需求也日益提高。

随着计算机硬件技术的进步和智能制造的发展，涌现了大量的先进数字图像算法，以满足各行各业的视觉检测需求。数字图像处理技术对科学研究、国民经济和人类社会的发展具有深远的意义，为时代的发展带来了巨大的推动力。