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反射式望远镜

 

 
反射式望远镜

这种望远镜通常利用一个凹的抛物面反射镜将进入镜头的光线汇聚后反射到位于镜筒前端的一个平面镜上,然后再由这个平面镜将光线反射到镜筒外的目镜里,这样我们便可以观测到星空的影像。

 
 

编辑本段简介

历史

牛顿天文望远镜

第一架反射式望远镜诞生于1668年。牛顿经过多次磨制非球面透镜均告失败后,决定采用球面反射镜作为主镜。他用2.5cm直径的金属,磨制成一块凹面反射镜,并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45度角的反射镜,使经主镜反射后的会聚经反射镜以90度角反射出镜筒后到达目镜。这种系统称为牛顿式反射望远镜。它的球面镜虽然会产生一定的象差,但用反射镜代替折射镜却是一个巨大的成功。

应用

反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛。由于这种系统对玻璃材料在光学性能上没有特殊要求,光线不需透过材料本身,而重量较轻无色差又是反射镜的一大优点,因此大口径的望远镜都采用反射式。但是反射物镜表面精度对光程的影响是双倍的,如果仅由一个反射表面来成像,则此表面所需的精确度(垂直入射光)比单个折射表面的精确度要高四倍。可见反射表面磨制的要求是很高的。再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校正的困难,反射系统在科普望远镜中应用受到限制。

发明者

艾萨克·牛顿爵士是人类历史上出现过的最伟大、最有影响的科学家,同时也是物理学家数学家哲学家,晚年醉心于炼金术和神学。他在1687年7月5日发表的不朽著作《自然哲学的数学原理》里用数学方法阐明了宇宙中最基本的法则——万有引力定律和三大运动定律。这四条定律构成了一个统一的体系,被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成就”,由此奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点,并成为现代工程学的基础。牛顿为人类建立起“理性主义”的旗帜,开启工业革命的大门。牛顿逝世后被安葬于威斯敏斯特大教堂,成为在此长眠的第一个科学家。
主要成就:
发明微积分
发明反射式望远镜和光的色散原理

编辑本段分类

反射望远镜中常用的有牛顿系统、卡塞格林系统、格雷戈里系统等。现代的大型反射望远镜,大都通过镜面的变换,在同一个望远镜上得到不同的系统,以用于不同的观测项目。下面分别介绍常用的几种系统。

编辑本段1、牛顿系统

牛顿系统是反射系统中最简单的光学系统(见图)。为了消去球差,主镜一般制成抛物面。但当相对孔径减小到1/12以下,主镜可制作为球面。它的结构简单,磨制比较容易,成本低廉。国内外爱好者自制的天文望远镜大多采用此系统。但由于轴外像差较大,视场不宜做得过大,且眼望方向与镜筒指向方向不一致,使观测者寻星较为困难。但是,相对孔径较大的抛物面牛顿系统,往往被采用作为口径较大的物镜系统,其像质优良,光力强对拍摄视场不大的视面天体十分合用。
制作成本高昂,再加上视场角较小,所以科普天文望远镜中不常用。南京天文仪器研制中心的KP400K采用卡塞格林系统。

编辑本段2、 格雷戈里系统

詹姆斯·格雷戈里在1663年提出一种方案:利用一面主镜,一面副镜,它们均为凹面镜,副镜置于主镜的焦点之外,并在主镜的中央留有小孔,使光线经主镜和副镜两次反射后从小孔中射出,到达目镜。这种设计的目的是要同时消除球差和色差,这就需要一个抛物面的主镜和一个椭球面的副镜,这在理论上是正确的,但当时的制造水平却无法达到这种要求,所以格雷戈里无法得到对他有用的镜子。

编辑本段3、卡塞格林和R-C系统

1672年,法国人卡塞格林提出了反射式望远镜的第三种设计方案,结构与格雷戈里望远镜相似,不同的是副镜提前到主镜焦点之前,并为凸面镜,这就是现在最常用的卡赛格林式反射望远镜。这样使经副镜镜反射的光稍有些发散,降低了放大率,但是它消除了球差,这样制作望远镜还可以使焦距很短。卡塞格林式望远镜的主镜和副镜有经典卡塞格林系统和R-C系统;前者的主镜为抛物面,副镜为双曲面,而后者的主镜为双曲面,副镜也是双曲面。此二类系统在大型望远镜制作中经常使用。由于卡塞格林式望远镜焦距长而镜身短,放大倍率也大,所得图象清晰;因此得到了非常广泛的应用;但由于其主副镜均为非球面,加工难度甚大,制作成本高昂;再加上视场角较小,所以科普天文望远镜中不常用。
在反射望远镜中,有时会设计成多个焦点,用以产生不同的相对孔径、视场角及焦距。如内史密斯天文望远镜。它是卡塞格林天文望远镜的一种变种;系统在望远镜筒内,主镜和目镜之间设有一面反射镜(如牛顿系统)。它既有卡塞格林焦点,可用来研究小视场内的天体,又可应用牛顿焦点,用以拍摄大面积的天体。南京天文仪器研制中心的KP400K采用卡塞格林系统。
反射式天文望远镜有许多优点,比如:没有色差,能在广泛的可见光范围内记录天体发出的信息,且相对于折射望远镜比较容易制作。但由于它也存在固有的不足:如口径越大,视场越小,物镜需要定期镀膜等。

编辑本段世界最大天文望远镜

凯克望远镜Keck I 和Keck II分别在1991年和1996年建成,这是当前世界上已投入工作的最大口径的光学望远镜,因其经费主要由企业家凯克(Keck W M)捐赠(Keck I 为9400万美元,Keck II为7460万美元)而命名。这两台完全相同的望远镜都放置在夏威夷的莫纳克亚,将它们放在一起是为了做干涉观测,所获得的分辨率相当于直径85m的镜面。它们的口径都是10m,由36块六角镜面拼接组成,每块镜面口径均为1.8m,而厚度仅为10cm,通过主动光学支撑系统,使镜面保持极高的精度。焦面设备有三个:近红外照相机、高分辨率CCD探测器和高色散光谱仪。
"象Keck这样的大望远镜,可以让我们沿着时间的长河,探寻宇宙的起源,Keck更是可以让我们看到宇宙最初诞生的时刻"。
迈向世界上最大的天文望远镜行列的还有位于加那里群岛(大西洋东北部)的的大型加那里天文望远镜,镜面直径10.4m以及位于南非的南非大型天文望远镜,镜面直径11m。

编辑本段欧洲最大的天文望远镜

大型经纬天文望远镜(БТА)现是欧洲最大的天文望远镜,坐落在俄罗斯北高加索山区,海拔2700m。它是一种反射型天文望远镜;主镜(接受天体光的光学镜面)直径6.05m,具有旋转抛物面外形。其光学系统可利用主镜焦点和两个内史密斯焦点来对天体进行观察。通过彼此之间的差异来进行误差校正。望远镜的可移动部分重量约650t.,总重量约850t.。它于1975年建成,1976年投入使用。
反射望远镜在天文观测中的应用已十分广泛,由于镜面材料在光学性能上没有特殊的要求,且没有色差问题,因此,它与折射系统相比,可以使用大口径材料,也可以使用多镜面拼镶技术等;磨好的反射镜一般在表面镀一层铝膜,铝膜在2000-9000埃波段范围的反射率都大于80%,因而除光学波段外,反射望远镜还适于对近红外和近紫外波段进行研究;因此较适合于进行恒星物理方面的工作(恒星的测光与分光),目前设计和建造的大口径望远镜都是采用的反射系统,遗憾的是反射望远镜的反射镜面需要定期镀膜,故它在科普望远镜中的应用受到了限制。
反射望远镜由于工作焦点的不同又分为牛顿系统和R-C系统(如我国最大的2.16米望远镜)、折轴系统等。

编辑本段牛顿式反射望远镜

优点:
由于反射镜的造价要比透镜低的多,因此对于大口径的望远镜来说,经常做成反射式的,而不是笨重的折射式。
便携式设计的反射望远镜,虽然镜筒只有500mm,但焦距却可以达到1000mm。
牛顿式反射镜的焦比可以达到f/4到f/8,非常适合观测那些暗弱的河外星系、星云。
有些时候用这种望远镜观测月亮和行星也是很适合的。
如果要进行拍照,使用牛顿式望远镜时非常好的。但是使用起来要比折反式望远镜要麻烦一点。
牛顿式结构可以很好的会聚光线,在焦点处得到一个非常明亮的像。
缺点:
开放的镜筒式的空气可以流通,这样不仅会影响到成像的稳定度,而且一些尘埃会随着流动的空气进入镜筒并附着在物镜上,长此以往会破坏物镜表面的镀膜,使其反射力下降。
由于这种结构的物镜比较容易破裂,所以使用的时候需要倍加小心。
对于偏轴的光线,牛顿式望远镜会产生彗差。
这种结构的望远镜不适合于对地面景观的观测。
通常牛顿式望远镜的口径和体积都比较大,因此价格也比较昂贵。
由于加了一个二级平面反射镜,所以会损失一些光线。
 
 
 

 



光学变焦

光学变焦光学变焦英文名称为Optical Zoom,数码摄像机依靠光学镜头结构来实现变焦。数码摄像机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多,就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物,光学变焦倍数越大,能拍摄的景物就越远。

 
 

编辑本段简介

光学变焦

光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候,视角和焦距就会发生变化,更远的景物变得更清晰,让人感觉像物体递进的感觉。 显而易见,要改变视角必然有两种办法,一种是改变镜头的焦距。用摄影的话来说,这就是光学变焦。通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。另一种就是改变成像面的大小,即成像面的对角线长短在目前的数码摄影中,这就叫做数码变焦。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距,只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角,从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。 所以我们看到,一些镜头越长的数码相机,内部的镜片和感光器移动空间更大,所以变焦倍数也更大。我们看到市面上的一些超薄型数

光学变焦

码相机,一般没有光学变焦功能,因为其机身内根部不允许感光器件的移动,而像索尼F828、富士S7000这些“长镜头”的数码相机,光学变焦功能达到5、6、7倍。如今的数码相机的光学变焦倍数大多在2倍-5倍之间,即可把10米以外的物体拉近至5-3米近;也有一些数码相机拥有10倍的光学变焦效果。家用摄录机的光学变焦倍数在10倍~22倍,能比较清楚的拍到70米外的东西。使用增倍镜能够增大摄录机的光学变焦倍数。如果光学变焦倍数不够,我们可以在镜头前加一增倍镜,其计算方法是这样的,一个2倍的增距镜,套在一个原来有4倍光学变焦的数码相机上,那么这台数码相机的光学变焦倍数由原来的1倍、2倍、3倍、4倍变为2倍、4倍、6倍和8倍,即以增距镜的倍数和光学变焦倍数相乘所得。

编辑本段变焦

光学变焦

光学变焦镜头的另一个重点在变焦能力,所谓的变焦能力包括光学变焦与数码变焦两种。两者虽然都有有助于望远拍摄时放大远方物体,但是只有光学变焦可以支持图像主体成像后,增加更多的像素,让主体不但变大,同时也相对更清晰。通常变焦倍数大者越适合用于望远拍摄。光学变焦同传统相机设计一样,取决于镜头的焦距,所以分辨率及画质不会改变。数码变焦只能将原先的图像尺寸裁小,让图像在lcd屏幕上变得比较大,但并不会有助于使细节更清晰。因此购买数码相机时,我们往往建议大家留意光学变焦的倍数。目前中端相机普遍都有3倍左右的光学变焦,不过也有具超长变焦功能的产品,例如10倍光学变焦的机种。

编辑本段延伸

光学变焦延伸光学变焦技术的解释大体是相机可以在CCD的中心部分取小面积感光而得到延伸光学变焦的效果。看似延伸光学变焦技术不像数码变焦那样对拍摄的图片进行机内裁剪,随后放大一定倍数的尺寸而影响到画质。可实际上。我们都可以看到,延伸光学变焦技术有一个前提那就是在缩小像素的条件下可以增加变焦倍数。例如松下FZ50,在1000万像素的时候拥有12倍光学变焦,在300万像素时可以拥有21.4倍光学变焦,例如松下FZ18,在800万像素的时候拥有18倍光学变焦,在300万像素的时候可以进行28.7倍光学变焦,再比如索尼H9,在800万象素的时候拥有15倍光学变焦,而在30万像素的时候可以达到76倍光学变焦!延伸光学变焦在增加了变焦倍数的同时,拍摄的主体所占的像素数并没有增加(因为CCD的感光部分减少了,像素随之减少),只是整体图像的尺寸缩小了。所以在电脑上看起来放大倍数增加而画质没有变(因为在电脑上我们通常不会观看100%原图)。例如,用松下FZ50在1000万像素的尺寸,长焦端焦距拍摄,和用300万像素的尺寸,28.7倍焦距端拍摄的时候,所得的拍摄主体实际上的大小,也就是所占的像素数是一致的。当然,并不是说延伸光学变焦一点作用都没有的。由于这种技术在拍摄以前就进行了裁剪所以可以得到相对比较准确的测光(当然测光值可以通过后期纠正)。同时也有它的弱点,就是缩小了被摄主体范围以后本来就比较难以控制的长焦端构图则更加困难,很小的抖动可能都会影响到构图以及对焦的准确。而这些问题则在后期制作中就会很方便,自由并且有充分的思考余地进行准确的构图和修正。

编辑本段原理

光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候,如下图,视觉焦距就会发生变化,更远的景物变得更清晰,让人感觉像物体递进的感觉。
显而易见,要改变视角必然有两种办法,一种是改变镜头的焦距。用摄影的话来说,这就是光学变焦。通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。相对于位置的变化,液态镜头则可以改变镜头的形状来取得变焦效果,如我们人眼的晶状体一样,通过改变形状来变化。它不存在焦距,形状的变化导致焦距不停的变化,进而它不存在变焦倍数,只要对准景物,一两秒后,镜头就会自动对焦。另一种就是改变成像面的大小,即成像面的对角线长短,在目前的数码摄影中,这就叫做数码变焦。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距,只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角,从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。
所以我们看到,一些镜头越长的数码相机,内部的镜片和感光器移动空间更大,所以变焦倍数也更大。变焦倍数不是衡量数码摄像机效能的根本数据,在距离光线和景物相同的条件下,那一个照出来的照片更适合我们的需要才是最好的。我们看到市面上的一些超薄型数码相机,一般没有光学变焦功能,因为其机身内根本不允许感光器件的移动,而像索尼F828富士S7000这些“长镜头”的数码相机,光学变焦功能可以达到5、6倍。

 



红外线

在光谱中波长自760nm至400μm的电磁波称为红外线,红外线是不可见光线。所有高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类:近红外线与远红外线。

 
 

编辑本段基本概念

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由英国科学家赫歇尔于1800年发现,又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开,在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计,试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现,位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论:太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。也可以当作传输之媒介。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为0.75~1000μm。红外线可分为三部分,即近红外线,波长为(0.75-1)~(2.5-3)μm之间;中红外线,波长为(2.5-3)~(25-40)μm之间;远红外线,波长为(25-40)~l000μm 之间。
红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波,波长在760纳米至1毫米之间,是波长比红光长的非可见光。覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段。透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。 俗称红外光。
真正的红外线夜视仪是光电倍增管成像,与望远镜原理完全不同,白天不能使用,价格昂贵且需电源才能工作。
近红外线或称短波红外线,波长0.76~1.5微米,穿入人体组织较深,约5~10毫米;远红外线或称长波红外线,波长1.5~400微米,多被表层皮肤吸收,穿透组织深度小于2毫米。
红外大气窗口
近红外线| (Near Infra-red, NIR)| 700~ 2,000nm | 0.7~2 MICRON
中红外线 | (Middle Infra-red, MIR)| 3,000~ 5,000nm | 3~5 MICRON
远红外线| (Far Infra-red, FIR)| 8,000~14,000nm | 8~14 MICRON

编辑本段物理性质

1.有热效应
2.穿透云雾的能力强

编辑本段发现波长

公元1666年牛顿发现光谱并测量出3,900埃~7,600埃(400nm~700nm)是可见光的波长。1800年4月24日英国伦敦皇家学会(ROYAL SOCIETY)的威廉·赫歇尔发表太阳光在可见光谱的红光之外还有一种不可见的延伸光谱,具有热效应。他所使用的方法很简单,用一支温度计测量经过棱镜分光后的各色光线温度,由紫到红,发现温度逐渐增加,可是当温度计放到红光以外的部分,温度仍持续上升,因而断定有红外线的存在。在紫外线的部分也做同样的测试,但温度并没有增高的反应。紫外线是1801年由RITTER用氯化银(Silver chloride)感光剂所发现的。底片所能感应的近红外线波长是肉眼所能看见光线波长的两倍,用底片可以记录到的波长上限是13,500埃,如果再加上其它特殊的设备,则最高可以达到20,000埃,再往上就必须用物理仪器侦测了。

编辑本段特点测试

红外线波长较长, (无线电微波、红外线、可见光。波长按由长到短顺序),给人的感觉是热的感觉,产生的效应是热效应,那么红外线在穿透的过程中穿透达到的范围是在一个什么样的层次?如果红外线能穿透到原子、分子内部,那么会引起原子、分子的膨大而导致原子、分子的解体。真的是这样吗?而事实上呢?红外线频率较低,能量不够,远远达不到原子、分子解体的效果。因此,红外线只能穿透了原子分子的间隙中,而不能穿透到原子、分子的内部,由于红外线只能穿透到原子、分子的间隙,会使原子、分子的振动加快、间距拉大,即增加热运动能量,从宏观上看,物质在融化、在沸腾、在汽化,但物质的本质(原子、分子本身)并没有发生改变,这就是红外线的热效应。
因此我们可以利用红外线的这种激发机制来烧烤食物,使有机高分子发生变性,但不能利用红外线产生光电效应,更不能使原子核内部发生改变。
同样的道理,我们不能用无线电波来烧烤食物,无线电波的波长实在太长无法穿透到有机高分子间隙更不用说使其变性达到食物烤熟的目的。
通过上述我们知道:波长越短,频率越高、能量越大的波穿透达到的范围越大;波长越长,频率越低、能量越小的波穿透达到的范围越小。

编辑本段远红外线

远红外线的发现 公元1800年德国科学家"赫歇尔"发现太阳光中的红外线外侧所围绕著一种用肉眼无法看见的

远红外线

光源,波长介于5.6-1000UM的「远红外线」,经过这种光源照射时,会对有机体产生放射、穿透、吸收、共振的效果。美国太空总署(NASA)研究报告指出,在红外线内,对人体有帮助4-14微米的远红外线,能渗透人体内部15cm,从内部发热,从体内作用促进微血管的扩张,使血液循环顺畅,达到新陈代谢的目的,进而增加身体的免疫力及治愈率。 但是根据黑体辐射理论,一般的材料要产生足够强度的远红外线,并不容易,通常必须藉助特殊物质作能量的转换,将它所吸收的热量经由内部分子的振动再发放较长波长的远红外线出来。

编辑本段辐射源区

白炽发光区

Actinic range,又称“光化反应区”,由白炽物体产生的射线,自可见光域到红外域。如灯泡(钨丝灯,TUNGSTEN FILAMENT LAMP),太阳。

热体辐射区

Hot-object range,由非白炽物体产生的热射线,如电熨斗及其它的电热器等,平均温度约在400℃左右。

发热传导区

Calorific range,由滚沸的热水或热蒸汽管产生的热射线。平均温度低于200℃,此区域又称为“非光化反应区”(Non-actinic)。

温体辐射区

Warm range,由人体、动物或地热等所产生的热射线,平均温度约为40℃左右。站在照相与摄影技术的观点来看感光特性:光波的能量与感光材料的敏感度是造成感光最主要的因素。波长愈长,能量愈弱,即红外线的能量要比可见光低,比紫外线更低。但是高能量波所必须面对的另一个难题就是:能量愈高穿透力愈强,无法形成反射波使感光材料撷取影像,例如X光,就必须在被照物体的背后取像。因此,摄影术就必须往长波长的方向——“近红外线”部分发展。以造影为目标的近红外线摄影术,随着化学与电子科技的进展,演化出下列三个方向:
1.近红外线底片:以波长700nm~900nm的近红外线为主要感应范围,利用加入特殊染料的乳剂产生光化学反应,使此一波域的光变化转为化学变化形成影像。
2.近红外线电子感光材料:以波长700nm~2,000nm的近红外线为主要感应范围,它是利用以硅为主的化合物晶体产生光电反应,形成电子影像。
3.中、远红外线热像感应材料:以波长3,000nm~14,000nm的中红外线及远红外线为主要感应范围,利用特殊的感应器及冷却技术,形成电子影像。

编辑本段治疗作用

原理

红外线照射体表后,一部分被反射,另一部分被皮肤吸收。皮肤对红外线的反射程度与色素沉着的状况有关,用波长0.9微米的红外线照射时,无色素沉着的皮肤反射其能量约60%;而有色素沉着的皮肤反射其能量约40%。长波红外线(波长1.5微米以上)照射时,绝大部分被反射和为浅层皮肤组织吸收,穿透皮肤的深度仅达0.05~2毫米,因而只能作用到皮肤的表层组织;短波红外线(波长1.5微米以内)以及红色光的近红外线部分透入组织最深,穿透深度可达10毫米,能直接作用到皮肤的血管淋巴管神经末梢及其他皮下组织。
在红外线区域中,对人体最有益的波段就是4到14这个波段范围,这个在医术界里面统称为“生育光线”,因为这个红外线波段对生命的生长有这促进的作用,这个红外线对活化细胞组织,血液循环有很好的作用,能够提高人的免疫力,加强人体的新陈代谢。[1]

红外线红斑

足够强度的红外线照射皮肤时,可出现红外线红斑,停止照射不久红斑即消失。大剂量红外线多次照射皮肤时,可产生褐色大理石样的色素沉着,这与热作用加强了血管壁基底细胞层中黑色素细胞的色素形成有关。

治疗作用

红外线治疗作用的基础是温热效应。在红外线照射下,组织温度升高,毛细血管扩张,血流加快,物质代谢增强,组织细胞活力及再生能力提高。红外线治疗慢性炎症时,改善血液循环,增加细胞的吞噬功能,消除肿胀,促进炎症消散。红外线可降低神经系统的兴奋性,有镇痛、解除横纹肌和平滑肌痉挛以及促进神经功能恢复等作用。在治疗慢性感染性伤口和慢性溃疡时,改善组织营养,消除肉芽水肿,促进肉芽生长,加快伤口愈合。红外线照射有减少烧伤创面渗出的作用。红外线还经常用于治疗扭挫伤,促进组织肿张和血肿消散以及减轻术后粘连,促进瘢痕软化,减轻瘢痕挛缩等。
红外线对血液的作用
因为红外线能够深入人体的皮下组织,所以利用红外线反应,使皮下深层皮肤温度上升,扩张微血管,促进血液循环,复活酵素,强化血液及细胞组织代谢,对细胞恢复年轻有很大的帮助并能改善贫血。调节血压:高血压及动脉硬化一般是神经系统、内分泌系统,肾脏等细小动脉收缩及狭窄所造成。远红外线扩张微血管,促进血液循环能使高血压降低,又能改善低血压症状。
红外线对关节的作用
红外线深透力可达肌肉关节深处,使身体内部温暖,放松肌肉,带动微血管网的氧气及养分交换,并排除积存体内的疲劳物质和乳酸等老化废物对消除内肿,缓和酸痛之效果卓越。
红外线对自律神经的作用
自律神经主要是调节内脏功能,人长期处在焦虑状态,自律神经系统持续紧张,会导致免疫力降低,头痛,目眩,失眠乏力,四肢冰冷。红外线可调节自律神经保持在最佳状态,以上症状均可改善或祛除。
红外线对护肤美容的作用
红外线照射人体产生共鸣吸收,能将引起疲劳及老化的物质,如乳酸、游离脂肪酸、胆固醇、多余的皮下脂肪等,籍毛囊口和皮下脂肪的活化性,不经肾脏,直接从皮肤代谢。因此,能使肌肤光滑柔嫩。远红外线的理疗效果能使体内热能提高,细胞活化,因此促进脂肪组织代谢,燃烧分解,将多余脂肪消耗掉,进而有效减肥。
红外线对循环系统的作用
远红外线照射的全面性和深透性,对于遍布全身内外无以数计的微循环组织系统,是唯一能完全照顾的理疗方式。微循环顺畅之后,心脏收缩压力减轻,氧气和养分供应充足,自然身轻体健。强化肝脏功能:肝脏是体内最大的化学工厂,是血液的净化器。远红外线照射引起的体内热深层效应,能活化细胞,提高组织再生能力,促进细胞生长,强化肝脏功能,提高肝脏解毒、排毒作用,使内脏环境保持良好状态,可说是最佳的防病战略。[2]
红外线对眼的作用 
由于眼球含有较多的液体,对红外线吸收较强,因而一定强度的红外线直接照射眼睛时可引起白内障。白内障的产生与短波红外线的作用有关;波长大于1.5微米的红外线不引起白内障。
光浴对机体的作用 
光浴的作用因素是红外线、可见光线和热空气。光浴时,可使较大面积,甚至全身出汗,从而减轻肾脏的负担,并可改善肾脏的血液循环,有利于肾功能的恢复。光浴作用可使血红蛋白红细胞中性粒细胞淋巴细胞嗜酸粒细胞增加,轻度核左移;加强免疫力。局部浴可改善神经肌肉的血液供应和营养,因而可促进其功能恢复正常。全身光浴可明显地影响体内的代谢过程,增加全身热调节的负担;对植物神经系统和心血管系统也有一定影响。

设备与治疗方法

红外线光源
1.红外线辐射器 
电阻丝缠在瓷棒上,通电后电阻丝产热,使罩在电阻丝外的碳棒温度升高(一般不超过500℃),发射长波红外线为主。红外线辐射器有立地式和手提式两种。立地式红外线辐射器的功率可达600~1000瓦或更大。
近年我国一些地区制成远红外辐射器供医用,例如有用高硅氧为元件,制成远红外辐射器。
2.白炽灯 
在医疗中广泛应用各种不同功率的白炽灯泡做为红外线光源。灯泡内的钨丝通电后温度可达2000~2500℃。
白炽灯用于光疗时有以下几种形式:
立地式白炽灯:用功率为250~1000W的白炽灯泡,在反射罩间装一金属网,以为防护。立地式白炽灯,通常称为太阳灯
手提式白炽灯:用较小功率(多为200W以下)的白炽灯泡,安在一个小的反射罩内,反射罩固定在小的支架上。
3.光浴装置 
可分局部或全身照射用二种。根据光浴箱的大小不同,在箱内安装40~60W的灯泡6~30个不等。光浴箱呈半圆形,箱内固定灯泡的部位可加小的金属反射罩。全身光浴箱应附温度计,以便观察箱内温度,随时调节。
红外线治疗的操作方法
1.患者取适当体位,裸露照射部位。
2.检查照射部位对温热感是否正常。
3.将灯移至照射部位的上方或侧方,距离一般如下:
功率500W以上,灯距应在50~60cm以上;功率250~300W,灯距在30~40cm;功率200W以下,灯距在20cm左右。
4.应用局部或全身光浴时,光浴箱的两端需用布单遮盖。通电后3~5分钟,应询问患者的温热感是否适宜;光浴箱内的温度应保持在40~50℃。
5.每次照射15~30分钟,每日1~2次,15~20次为一疗程。
6.治疗结束时,将照射部位的汗液擦干,患者应在室内休息10~15分钟后方可外出。
[附]注意事项
(1)治疗时患者不得移动体位,以防止烫伤。
(2)照射过程中如有感觉过热、心慌、头晕等反应时,需立即告知工作人员。
(3)照射部位接近眼或光线可射及眼时,应用纱布遮盖双眼。
(4)患部有温热感觉障碍或照射新鲜的瘢痕部位、植皮部位时,应用小剂量,并密切观察局部反应,以免发生灼伤。
(5)血循障碍部位,较明显的毛细血管或血管扩张部位一般不用红外线照射。
照射方式的选择和照射剂量
1.不同照射方式的选择 
红外线照射主要用于局部治疗,在个别情况下,如小儿全身紫外线照射时也可配合应用红外线做全身照射。局部照射如需热作用较深,则优先选用白炽灯(即太阳灯)。治疗慢性风湿性关节炎可用局部光浴;治疗多发性末梢神经炎可用全身光浴。
2.照射剂量
决定红外线治疗剂量的大小,主要根据病变的特点、部位、患者年龄及机体的功能状态等。红外线照射时患者有舒适的温热感,皮肤可出现淡红色均匀的红斑,如出现大理石状的红斑则为过热表现。皮温以不超过45℃为准,否则可致烫伤。

主要适应症和禁忌症

(一)适应症
风湿性关节炎,慢性支气管炎,胸膜炎,慢性胃炎,慢性肠炎,神经根炎,神经炎,多发性末梢神经炎,痉挛性麻痹、弛缓性麻痹,周围神经外伤,软组织外伤,慢性伤口,冻伤,烧伤创面,褥疮,慢性淋巴结炎,慢性静脉炎,注射后硬结,术后粘连,瘢痕挛缩,产后缺乳,乳头裂,外阴炎,慢性盆腔炎,湿疹,神经性皮炎,皮肤溃疡等。
(二)禁忌症 
有出血倾向,高热,活动性肺结核,重度动脉硬化,闭塞性脉管炎等。
[附]处方举例
(1)红外线照射双膝关节:灯距40cm,30分钟,每日一次,7次。适应症:慢性风湿性关节炎
(2)红外线照射右侧胸廓(下半部)灯距50cm,20分钟,每日一次,8次。适应症:右侧干性胸膜炎
(3) 太阳灯照射腰骶部:灯距40cm,20~30分钟,每日一次,6次。适应症:腰骶神经根炎
(4)全身光浴:箱内温度40~45℃,20~30分钟,每日一次,8次。适应症:多发性末梢神经炎
(5)左小腿局部光浴:20~30分钟,每日一次,8次。适应症:左侧腓总神经外伤

编辑本段污染问题

红外线近年来在军事、人造卫星以及工业、卫生、科研等方面的应用日益广泛,因此红外线污染问题也随之产生。红外线是一种热辐射,对人体可造成高温伤害。较强的红外线可造成皮肤伤害,其情况与烫伤相似,最初是灼痛,然后是造成烧伤。红外线对眼的伤害有几种不同情况,波长为7500~13000埃的红外线对眼角膜的透过率较高,可造成眼底视网膜的伤害。尤其是11000埃附近的红外线,可使眼的前部介质(角膜晶体等)不受损害而直接造成眼底视网膜烧伤。波长19000埃以上的红外线,几乎全部被角膜吸收,会造成角膜烧伤(混浊、白斑)。波长大于 14000埃的红外线的能量绝大部分被角膜和眼内液所吸收,透不到虹膜。只是13000埃以下的红外线才能透到虹膜,造成虹膜伤害。人眼如果长期暴露于红外线可能引起白内障。
红外线可以人为制造,自然界中也广泛存在,在焊接过程中也会产生,危害焊工眼部健康;一般的生物都会辐射出红外线,体现出来的宏观效应就是热度。
我们知道,热产生的原因,是组成物质的粒子做不规则运动.这个运动同时也辐射出电磁波,这些电磁波大部分都是红外线。
1.太阳光到了晚上的确是几乎没有了,但是地球上的物质都会辐射红外线,有的强烈有的平静。红外线照相是通过接收各种物质发出的红外线,再把他们展现出来,但是其本身不是通过发出红外线来照相的。
2.红外线透视和夜视是分别利用了红外线的不同性质。前面的夜视是因为人的肉眼不能看见红外线,而特殊设计的照相机和夜视仪却专门接受红外线,所以会出现我们觉得一片漆黑,而相机却能拍到东西,因为实际上到处都是红外线,对于红外照相机和夜视仪来讲是一片光明。
透视则是利用红外线的波长比可见光要长,可以穿过一些可见光不能通过的面料(比如混棉和尼龙),所以通过一定的选择滤波,可以得到这些面料后面的图像。

编辑本段应用实例

生活中高温杀菌,红外线夜视仪,监控设备,手机的红外口,宾馆的房门卡,汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应,饭店门前的感应门

主动式红外夜视仪

具有成像清晰、制作简单等特点,但它的致命弱点是红外探照灯发出的红外光会被敌人的红外探测装置发现。60年代,美国首先研制出波动式的热像仪,它不发射红外光,不易被敌发现,并具有透过雾、雨等进行观察的能力。
1982年4月─6月,英国阿根廷之间爆发马尔维纳斯群岛战争。4月13日半夜,英军攻击阿根廷守军据守的最大据点斯坦利港。3000名英军布设的雷区,突然出现在阿军防线前。英国的所有枪支、火炮都配备了红外夜视仪,能够在黑夜中清楚地发现阿军目标。而阿军却缺少夜视仪,不能发现英军,只有被动挨打的份。在英军火力准确的打击下,阿军支持不住,英军趁机发起冲锋。到黎明时,英军已占领了阿军防线上的几个主要制高点,阿军完全处于英军的火力控制下。6月14日晚9时,14 000名阿军不得不向英军投降。英军领先红外夜视器材赢得了一场兵力悬殊的战斗。
1991年海湾战争中,在风沙和硝烟弥漫的战场上,由于美军装备了先进的红外夜视器材,能够先于伊拉克军的坦克而发现对方,并开炮射击。而伊军只是从美军坦克开炮时的炮口火光上才得知大敌在前。由此可以看出红外夜视器材在现代战争中的重要作用。

透视望远镜

就像F717 晚上把夜视开启来,再加个滤光镜,就可以透视了,不过对全棉的衣服透视效果最差。这本来是一项有用的功能,然而很快用户就发现这种红外线夜视镜片的功能不仅可应用于夜间望远而且还可以透过人的衣服偷看到身体。而制造这种夜视附件的厂商为YAMADA DENSHI,这家公司原本是为军队及防卫及应用生产光传摄像头的。

红外热成像仪

起源:六十年代早期,瑞典AGA公司研制成功第二代红外成像装置,它是在红外寻视系统的基础上以增加了测温的功能,称之为红外热像仪。
开始由于保密的原因,在发达的国家中也仅限于军用,投入应用的热成像装置可的黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标,探测伪装的目标和高速运动的目标。由于有国家经费的支撑,投入的研制开发费用很大,仪器的成本也很高。以后考虑到在工业生产发展中的实用性,结合工业红外探测的特点,采取压缩仪器造价。降低生产成本并根据民用的要求,通过减小扫描速度来提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。
六十年代中期,AGA公司研制出第一套工业用的实时成像系统(THV),该系统由液氮致冷,110V电源电压供电,重约35公斤,因此使用中便携性很差,经过对仪器的几代改进,1986年研制的红外热像仪已无需液氮或高压气,而以热电方式致冷,可用电池供电;1988年推出的全功能热像仪,将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于一体,重量小于7公斤,仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。
九十年代中期,美国FSI公司首先研制成功由军用技术(FPA)转民用并商品化的新一红外热像仪(CCD)属焦平面阵列式结构的一种凝成像装置,技术功能更加先进,现场测温时只需对准目标摄取图像,并将上述信息存储到机内的PC卡上,即完成全部操作,各种参数的设定可回到室内用软件进行修改和分析数据,最后直接得出检测报告,由于技术的改进和结构的改变,取代了复杂的机械扫描,仪器重量已小于二公斤,使用中如同手持摄像机一样,单手即可方便地操作。 原理:红外热成像仪是根据凡是高于一切绝对零度(-273.15℃)以上的物体都有辐射红外线的基本原理、利用目标和背景自身辐射红外线的差异来发现和识别目标的仪器。
特点:由于各种物体红外线辐射强度不同、从而使人、动物、车辆、飞机等清晰地被观察到,而且不受烟、雾及树木等障碍物的影响,白天和夜晚都能工作。是目前人类掌握的最先进的夜视观测器材。但由于价格特别昂贵,目前只能被应用于军事上,但由于热成像的应用范围非常广泛、电力、地下管道、消防医疗、救灾、工业检测等方面都有巨大的市场,随着社会经济的发展、科学技术的进步、红外热成像这项高技术在二、三十年内必将大规模地应用于民间市场、为人类做出贡献。

 



图像处理
所谓数字图像处理[7]就是利用计算机对图像信息进行加工以满足人的视觉心理或者应用需求的行为。实质上是一段能够被计算机还原显示和输出为一幅图像的数字码。 21世纪是一个充满信息的时代,图像作为人类感知世界的视觉基础,是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。数字图像处理[9],即用计算机对图像进行处理,其发展历史并不长。数字图像处理技术源于20世纪20年代,当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片,采用了数字压缩技术。首先数字图像处理技术可以帮助人们更客观、准确地认识世界,人的视觉系统可以帮助人类从外界获取3/4以上的信息,而图像、图形又是所有视觉信息的载体,尽管人眼的鉴别力很高,可以识别上千种颜色,但很多情况下,图像对于人眼来说是模糊的甚至是不可见的,通过图象增强技术,可以使模糊甚至不可见的图像变得清晰明亮。另一方面,通过数字图像处理中的模式识别技术,可以将人眼无法识别的图像进行分类处理。通过计算机模式识别技术可以快速准确的检索、匹配和识别出各种东西。
数字图像处理技术已经广泛深入地应用于国计民生休戚相关的各个领域。
在计算机中,按照颜色和灰度的多少可以将图像分为二值图像、灰度图像、索引图像和真彩色RGB图像四种基本类型。目前,大多数图像处理软件都支持这四种类型的图像。

(1) 二值图像:

一幅二值图像的二维矩阵仅由0、1两个值构成,“0”代表黑色,“1”代白色。由于每一像素(矩阵中每一元素)取值仅有0、1两种可能,所以计算机中二值图像的数据类型通常为1个二进制位。二值图像通常用于文字、线条图的扫描识别(OCR)和掩膜图像的存储。

(2) 灰度图像:

灰度图像矩阵元素的取值范围通常为[0,255]。因此其数据类型一般为8位无符号整数的(int8),这就是人们经常提到的256灰度图像。“0”表示纯黑色,“255”表示纯白色,中间的数字从小到大表示由黑到白的过渡色。在某些软件中,灰度图像也可以用双精度数据类型(double)表示,像素的值域为[0,1],0代表黑色,1代表白色,0到1之间的小数表示不同的灰度等级。二值图像可以看成是灰度图像的一个特例。

(3) 索引图像:

索引图像的文件结构比较复杂,除了存放图像的二维矩阵外,还包括一个称之为颜色索引矩阵MAP的二维数组。MAP的大小由存放图像的矩阵元素值域决定,如矩阵元素值域为[0,255],则MAP矩阵的大小为256Ⅹ3,用MAP=[RGB]表示。MAP中每一行的三个元素分别指定该行对应颜色的红、绿、蓝单色值,MAP中每一行对应图像矩阵像素的一个灰度值,如某一像素的灰度值为64,则该像素就与MAP中的第64行建立了映射关系,该像素在屏幕上的实际颜色由第64行的[RGB]组合决定。也就是说,图像在屏幕上显示时,每一像素的颜色由存放在矩阵中该像素的灰度值作为索引通过检索颜色索引矩阵MAP得到。索引图像的数据类型一般为8位无符号整形(int8),相应索引矩阵MAP的大小为256Ⅹ3,因此一般索引图像只能同时显示256种颜色,但通过改变索引矩阵,颜色的类型可以调整。索引图像的数据类型也可采用双精度浮点型(double)。索引图像一般用于存放色彩要求比较简单的图像,如Windows中色彩构成比较简单的壁纸多采用索引图像存放,如果图像的色彩比较复杂,就要用到RGB真彩色图像。

(4) RGB彩色图像:

RGB图像与索引图像一样都可以用来表示彩色图像。与索引图像一样,它分别用红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的组合来表示每个像素的颜色。但与索引图像不同的是,RGB图像每一个像素的颜色值(由RGB三原色表示)直接存放在图像矩阵中,由于每一像素的颜色需由R、G、B三个分量来表示,M、N分别表示图像的行列数,三个M x N的二维矩阵分别表示各个像素的R、G、B三个颜色分量。RGB图像的数据类型一般为8位无符号整形,通常用于表示和存放真彩色图像,当然也可以存放灰度图像。
数字化图像数据有两种存储方式[6]:位图存储(Bitmap)和矢量存储(Vector)
我们平常是以图像分辨率(即象素点)和颜色数来描述数字图象的。例如一张分辨率为640*480,16位色的数字图片,就由2^16=65536种颜色的307200(=640*480)个素点组成。
位图图像:位图方式是将图像的每一个象素点转换为一个数据,当图像是单色(只有黑白二色)时,8个象素点的数据只占据一个字节(一个字节就是8个二进制数,1个二进制数存放象素点);16色(区别于前段“16位色”)的图像每两个象素点用一个字节存储;256色图像每一个象素点用一个字节存储。这样就能够精确地描述各种不同颜色模式的图像图面。位图图像弥补了矢量式图像的缺陷,它能够制作出色彩和色调变化丰富的图像,可以逼真地表现自然界的景象,同时也可以很容易地在不同软件之间交换文件,这就是位图图像的优点;而其缺点则是它无法制作真正的3D图像,并且图像缩放和旋转时会产生失真的现象,同时文件较大,对内存和硬盘空间容量的需求也较高。位图方式就是将图像的每一像素点转换为一个数据。如果用1位数据来记录,那么它只能代表2种颜色(2^1=2);如果以8位来记录,便可以表现出256种颜色或色调(2^8=256),因此使用的位元素越多所能表现的色彩也越多。通常我们使用的颜色有16色、256色、增强16位和真彩色24位。一般所说的真彩色是指24位(2^24)的位图存储模式适合于内容复杂的图像和真实照片。但随着分辨率以及颜色数的提高,图像所占用的磁盘空间也就相当大;另外由于在放大图像的过程中,其图像势必要变得模糊而失真,放大后的图像像素点实际上变成了像素“方格”。 用数码相机和扫描仪获取的图像都属于位图。
矢量图像:矢量图像存储的是图像信息的轮廓部分,而不是图像的每一个象素点。例如,一个圆形图案只要存储圆心的坐标位置和半径长度,以及圆的边线和半径长度,以及圆的边线和内部的颜色即可。该存储方式的缺点是经常耗费大量的时间做一些复杂的分析演算工作,图像的显示速度较慢;但图像缩放不会失真;图像的存储空间也要小得多。所以,矢量图比较适合存储各种图表和工程

编辑本段图像处理数据

图像处理离不开海量、丰富的基础数据,包括视频、静态图像等多种格式,如Berkeley分割数据集和基准500 (BSDS500)、西门菲沙大学不同光照物体图像数据库、神经网络人脸识别数据、CBCL-MIT StreetScenes(麻省理工学院街景数据库)等。

编辑本段图像数字化

通过取样和量化过程将一个以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式。图像在计算机内部被表示为一个数字矩阵,矩阵中每一元素称为像素。图像数字化需要专门的设备,常见的有各种电子的和光学的扫描设备,还有机电扫描设备和手工操作的数字化仪。

编辑本段图像编码

对图像信息编码,以满足传输和存储的要求。编码能压缩图像的信息量,但图像质量几乎不变。为此,可以采用模拟处理技术,再通过模-数转换得到编码,不过多数是采用数字编码技术。编码方法有对图像逐点进行加工的方法,也有对图像施加某种变换或基于区域、特征进行编码的方法。脉码调制、微分脉码调制、预测码和各种变换都是常用的编码技术。

编辑本段图像压缩

由数字化得到的一幅图像的数据量十分巨大,一幅典型的数字图像通常由500×500或1000×1000个像素组成。如果是动态图像,是其数据量更大。因此图像压缩对于图像的存储和传输都十分必要。
有两类压缩算法,即无损压缩和有损压缩。最常用的无损压缩算法取空间或时间上相邻像素值的差,再进行编码。游程码就是这类压缩码的例子。有损压缩算法大都采用图像交换的途径,例如对图像进行快速傅里叶变换或离散的余弦变换。著名的、已作为图像压缩国际标准的JPEG和MPEG均属于有损压缩算法。前者用于静态图像,后者用于动态图像。它们已由芯片实现。

编辑本段图像增强和复原

图像增强的目标是改进图片的质量,例如增加对比度,去掉模糊和噪声,修正几何畸变等;图像复原是在假定已知模糊或噪声的模型时,试图估计原图像的一种技术。
图像增强按所用方法可分成频率域法和空间域法。前者把图像看成一种二维信号,对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强。采用低通滤波(即只让低频信号通过)法,可去掉图中的噪声;采用高通滤波法,则可增强边缘等高频信号,使模糊的图片变得清晰。具有代表性的空间域算法有局部求平均值法和中值滤波(取局部邻域中的中间像素值)法等,它们可用于去除或减弱噪声。
早期的数字图像复原亦来自频率域的概念。现代采取的是一种代数的方法,即通过解一个大的方程组来复原理想的图片。
以提高图像质量为目的的图像增强和复原对于一些难以得到的图片或者在拍摄条件十分恶劣情况下得到的图片都有广泛的应用。例如从太空中拍摄到的地球或其他星球的照片,用电子显微镜或X光拍摄的生物医疗图片等。
图像增强 使图像清晰或将其转换为更适合人或机器分析的形式。与图像复原不同,图像增强并不要求忠实地反映原始图像。相反,含有某种失真(例如突出轮廓线)的图像可能比无失真的原始图像更为清晰。常用的图像增强方法有:①灰度等级直方图处理:使加工后的图像在某一灰度范围内有更好的对比度;②干扰抑制:通过低通滤波、多图像平均、施行某类空间域算子等处理,抑制叠加在图像上的随机性干扰;③边缘锐化:通过高通滤波、差分运算或某种变换,使图形的轮廓线增强;④伪彩色处理:将黑白图像转换为彩色图像,从而使人们易于分析和检测图像包含的信息。
图像复原 除去或减少在获得图像过程中因各种原因产生的退化。这类原因可能是光学系统的像差或离焦、摄像系统与被摄物之间的相对运动、电子或光学系统的噪声和介于摄像系统与被摄像物间的大气湍流等。图像复原常用二种方法。当不知道图像本身的性质时,可以建立退化源的数学模型,然后施行复原算法除去或减少退化源的影响。当有了关于图像本身的先验知识时,可以建立原始图像的模型,然后在观测到的退化图像中通过检测原始图像而复原图像。
图像分割将图像划分为一些互不重叠的区域,每一区域是像素的一个连续集。通常采用把像素分入特定区域的区域法和寻求区域之间边界的境界法。区域法根据被分割对象与背景的对比度进行阈值运算,将对象从背景中分割出来。有时用固定的阈值不能得到满意的分割,可根据局部的对比度调整阈值,这称为自适应阈值。境界法利用各种边缘检测技术,即根据图像边缘处具有很大的梯度值进行检测。这两种方法都可以利用图像的纹理特性实现图像分割。

编辑本段图像分析

从图像中抽取某些有用的度量、数据或信息。目的是得到某种数值结果,而不是产生另一个图像。图像分析的内容和模式识别人工智能的研究领域有交叉,但图像分析与典型的模式识别有所区别。图像分析不限于把图像中的特定区域按固定数目的类别加以分类,它主要是提供关于被分析图像的一种描述。为此,既要利用模式识别技术,又要利用关于图像内容的知识库,即人工智能中关于知识表达方面的内容。图像分析需要用图像分割方法抽取出图像的特征,然后对图像进行符号化的描述。这种描述不仅能对图像中是否存在某一特定对象作出回答,还能对图像内容作出详细描述。
图像处理的各个内容是互相有联系的。一个实用的图像处理系统往往结合应用几种图像处理技术才能得到所需要的结果。图像数字化是将一个图像变换为适合计算机处理的形式的第一步。图像编码技术可用以传输和存储图像。图像增强和复原可以是图像处理的最后目的,也可以是为进一步的处理作准备。通过图像分割得出的图像特征可以作为最后结果,也可以作为下一步图像分析的基础。
图像匹配、描述和识别对图像进行比较和配准,通过分制提取图像的特征及相互关系,得到图像符号化的描述,再把它同模型比较,以确定其分类。图像匹配试图建立两张图片之间的几何对应关系,度量其类似或不同的程度。匹配用于图片之间或图片与地图之间的配准,例如检测不同时间所拍图片之间景物的变化,找出运动物体的轨迹。
从图像中抽取某些有用的度量、数据或信息称为图像分析。图像分析的基本步骤是把图像分割成一些互不重叠的区域,每一区域是像素的一个连续集,度量它们的性质和关系,最后把得到的图像关系结构和描述景物分类的模型进行比较,以确定其类型。识别或分类的基础是图像的相似度。一种简单的相似度可用区域特征空间中的距离来定义。另一种基于像素值的相似度量是图像函数的相关性。最后一种定义在关系结构上的相似度称为结构相似度。
以图片分析和理解为目的的分割、描述和识别将用于各种自动化的系统,如字符和图形识别、用机器人进行产品的装配和检验、自动军事目标识别和跟踪、指纹识别、X光照片和血样的自动处理等。在这类应用中,往往需综合应用模式识别和计算机视觉等技术,图像处理更多的是作为前置处理而出现的。
多媒体应用的掀起,对图像压缩技术的应用起了很大的推动作用。图像,包括录像带一类动态图像将转为数字图像,并和文字、声音、图形一起存储在计算机内,显示在计算机的屏幕上。它的应用将扩展到教育、培训和娱乐等新的领域。



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