圖像處理設備的硬體的發展大致分為這樣幾個階段：電晶體、IC、LSI、VLSI。七五年以後的硬體結構方式逐漸轉為並行處理和流水線處理，其主要目的是用來提高處理速度。數字圖像處理(Digital Image Processing)將圖像信號轉換成數位訊號並利用計算機對其進行處理，起源於20世紀20年代，目前己廣泛地套用於科學研究、工農業生產、生物醫學工程、航空航天等領域。
基本介紹
- 中文名：圖像處理設備
- 外文名：imaging device
- 簡稱：IPF
- 領域：人工智慧
- 學科：計算機科學與技術
- 階段：電晶體、IC、LSI、VLSI
基本概念,圖像處理設備的發展,圖像處理設備的硬體結構,並行處理方式,流水線方式,圖像處理技術的套用及發展,
基本概念
圖像處理設備的硬體的發展大致分為這樣幾個階段：電晶體、IC、LSI、VLSI。七五年以後的硬體結構方式逐漸轉為並行處理和流水線處理，其主要目的是用來提高處理速度。數字圖像處理(Digital Image Processing)將圖像信號轉換成數位訊號並利用計算機對其進行處理，起源於20世紀20年代，目前己廣泛地套用於科學研究、工農業生產、生物醫學工程、航空航天等領域。
圖像處理設備的發展
六十年代初，開始出現了光學文字讀入裝置OCR。當時的OCR在組裝上是使用電晶體和電阻、電容等分立元件，這樣的分立元件在32開本書那么大的印刷線路板上，只能裝幾個觸發器。即使只裝15x15的2進制移位暫存器，其整機大約也要100—200塊這樣的印刷線路板。雖然它受到了當時的硬體規模的限制，並且是以文字識別為目的，沒有完全明確是否用於圖像處理，但在3x3、5x5象素的存貯以及處理方面所構成的主體思想。這對以後的圖像處理技術的發展卻有很大的影響。
七十年代初期，不同結構的圖像處理系統湧現出來。這些系統是在IC、LSI技術製造出的存貯器、觸發器、運算器等大規模高速化的器件的推動下而產生的。在這一期間除了標準泛用計算機之外，還出現了數組處理機( Array Processor)，進行高速數據處理。雖說它是以處理石油探查等物理探礦信號為主而開發的，但在其他的信號處理、向量計算等運算上產生了巨大的效果。Floating Point公司的AP-120B，日本宇宙開發事業團的地球觀測中心的LANDSAT信息接收處理機，以及NASA/IPL（噴氣推進研究所）的雷達圖像再生處理裝置等，都是這一時期的產物。
七十年代中期以來，各種各樣的圖像處理系統，如雨後春筍一般被開發出來。這種開發是以半導體器件為中心的器件的發展以及組裝方法的改進為背景的。這個時期，不漢圖像處理的方法被編寫成教科書，而且對其具體程式的編輯工作也已進行。
對七十年代的圖像處理以及與其相關聯的其他的信息處理具有總結性的系統，要數在日本通產省主持下的大型計畫中實現的PIPS。PIPS在系統的規模、處理的多樣性、複雜性等方面，可以說是包含七十年代的圖像處理、聲音識別、模式識別等的“集合”體，在世界上也是無以類比的。
從工程的角度來看，近年來圖像處理設備發展的主要標誌是：
(1)處理速度提高，處理時間縮短；
(2)人一機之間的相互作用性提高；
(3)圖像存貯器的大容量化與高性能化；
(4)處理的靈活性提高；
(5)並行化的高速處理方式的實現；
(6價格降低。
圖像處理設備的硬體結構
圖像處理設備的硬體的發展大致分為這樣幾個階段：電晶體、IC、LSI、VLSI。七五年以後的硬體結鉤方式逐漸轉為並行處理和流水線處理，其主要目的是用來提高處理速度。在高速化方而，有代表性的技術進步是：
(1)元件、設備的高速化；
(2)高速算法的開發；
(3)有了高速化硬體結構的處理系統(流水線、並行、存貯器與設備之間的高速數批傳送)。
並行處理方式
將多個數據同時處理以提高整體速度的並行處理方法，用於圖像數據處理，我們都會自然而然的想到。並行處理的思想從Unger machine中就可找出。雖然看上去並非什麼新東西，然而在某種程度上講，實現這樣的硬體結構，也只是最近的事情。Unger machine是由格狀的四面聯結的基本處理群(PE)和與通用命令的控制部構成。在以前，由於硬體的限制，其主要部分還是採用局部並行型。局部並行是對某一適當的區域內的圖像數據有並行存取數據的能力或並行處理迴路，由區域的大小來決定處理能力。目前在己經開發了的系統中，有代表性的是，瑞典Linkoeping大學的PPM(Parallel Picture Processing Machine )，日本東芝公司的PPP(Design of Local Parallel Pattrn Processor for Image Processing)。對於更進一步提高處理速度的完全並行方式，是將一幀的所有象素用相同的運算模組同時進行處理。但由於這種設備要有極大規模的硬體系統以及經濟方面的制約，所以在今後要想實用、普及還有相當大的困難。
流水線方式
流水線方式廣泛地套用於信號處理、向量運算、圖像處理等方面，在高速化處理具有相同性質的大量數據是十分有效的。它是將一系列處理動作分成更為細緻的處理步驟，對於一單個數據，雖然需要較長的時間，但可大大縮短大批量數據同時處理的時間。這種方法以高速化元件為背景，較全面地考慮了系統的高速化，被稱為SuperWay Computer的CRAY設備的機器周期為12.5ns，進行加法、乘法等運算時，據有80MFLOPS的高速度。
隨著流水線方式的發展，人們開始在提高其靈活性上下功夫，就是說在處理內容變更的情況下，能容易地變化成另一種流水線方式。有代表性的是CDC公司的AFP。由於靈活性加大，有些設備已由流水線方式中脫出，成為變異型。NEC公司的TIP，是以流水線方式為基礎，而處理單元是根據數據的到來而啟動的，這就使在數據處理過程中可以跳過一些不必要的處理區和控制區。目前研製的處理機多數是採用並行處理與流水線處理相結合的方式，兩者之間用以取長補短，提高設備的速度和靈活性。
圖像處理技術的套用及發展
在過去的十幾年中，隨著LSI、YLSI技術的發展，成像技術套用的不斷擴大，數字計算機和有關信號處理技術在規模、速度以及經濟效果上的改進，使圖像處理技術日趨成熟。它廣泛地套用於宇宙飛船攝取的圖像的處理，從遙感圖片中識別農作物、森林、湖泊和軍事設施，數字傳輸載波電視電話，醫用X線、超聲成像，智慧型機器人的視覺系統，交通管理，郵政自動分函等各個領域。圖像處理在一、二十年之中能以如此之快的速度發展成為現代社會所不可缺少的一種套用技術，其中的關鍵在於硬體的集成化、高速化和經濟化，以及成像設備、存貯設備氣輸入輸出設備的高度完善。
目前，圖像處理的主要套用國和套用領域是美國的宇航‘圖像處理和日本的機器人視覺系統。注意這兩個有代表性的領域，便可知現代圖像處理設備和技術發展的前沿。最近，國外又在積極研究超聲、X線斷層圖像的三維成像。它可用於對人體器官的精密、細緻的觀察和診斷，以及運動器官的定位。在今天，圖像處理已經開始滲透到人類生活的各個領域。隨著自動化工廠、自動化辦公室、自動化家庭的不斷發展，它必將成為無所不在的一項套用技術。
數字圖像處理(Digital Image Processing)將圖像信號轉換成數位訊號並利用計算機對其進行處理，起源於20世紀20年代，目前己廣泛地套用於科學研究、工農業生產、生物醫學工程、航空航天、軍事、工業檢測、機器人視覺、公安司法、軍事制導、文化藝術等，己成為一門引人注目、前景遠大的新型學科，發揮著越來越大的作用。數字圖像處理作為一門學科形成於20世紀60年代初期，早期的圖像處理的目的是改善圖像的質量，以人為對象，以改善人的視覺效果為目的，首次獲得實際成功套用的是美國噴氣推進實驗室（JPL），並對航天探測器徘徊者7號在1964年發回的幾千張月球照片使用了圖像處理技術，並考慮了太陽位置和月球環境的影響，由計算機成功地繪製出月球表面地圖，隨後又對探測飛船發回的近十萬張照片進行了更為複雜的圖像處理，以致獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，為人類登月創舉奠定了堅實的基礎，也推動了數字圖像處理這門學科的誕生。數字圖像處理取得的另一個巨大成就是在醫學上獲得的成果，1972年英國EMI公司工程師Housfield發明了用於頭顱診斷的X射線計算機斷層攝影裝置即CT (Computer Tomograph)。1975年EMI公司又成功研製出全身用的CT裝置，獲得了人體各個部位鮮明清晰的斷層圖像.1979年這項無損傷診斷技術獲得了諾貝爾獎，說明它對人類作出了劃時代的貢獻。隨著圖像處理技術的深入發展，從70年代中期開始，隨著計算機技術和人工智慧、思維科學研究的迅速發展，數字圖像處理向更高、更深層次發展.人們己開始研究如何用計算機系統解釋圖像，實現類似人類視覺系統理解外部世界.很多國家，特別是已開發國家投入更多的人力、物力到這項研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的視覺計算理論，這個理論成為計算機視覺領域其後多年的主導思想。圖像理解雖然在理論方法研究上己取得不小的進展，但它本身是一個比較難的研究領域，存在不少困難，因人類本身對自己的視覺過程還了解甚少，因此計算機視覺是一個有待人們進一步探索的新領域。正因為如此，圖像處理理論和技術受到各界的廣泛重視，當前圖像處理面臨的主要任務是研究新的處理方法，構造新的處理系統，開拓更廣泛的套用領域。
