数字图像处理起源：从早期电缆传输到现代技术发展

数字图像处理的起源可以追溯到20世纪初，随着通信技术的进步，特别是图像的数字化传输发生了显著变化。1921年，电报打印机开始采用特殊字符在编码纸带上打印图像，这是数字图像处理技术的一个早期应用，输出设备逐渐从通用转向了专用。1922年的两次大西洋海底电缆传输，使得数字化新闻图片的传递速度从一个多星期缩短到了3个小时，这标志着图像通信系统的初步建立，涉及到信源编码和信道编码的技术。 在医学领域，数字图像处理的重要性尤为突出。1929年，15级灰度的照片首次通过电缆从伦敦传送到纽约，这一进步预示着未来医学成像技术的发展。例如，伦琴因发现X射线而获得诺贝尔物理学奖，而计算机断层扫描（CT）的发明者Hounsfield和Cormack在1979年也因其贡献荣获诺贝尔医学和生理学奖。磁共振成像（MRI）的发展同样与数字图像处理密切相关，如Bloch和Purcell的NMR现象研究，以及Ernst发明的Fourier重建方法，分别在1952年和1991年获得诺贝尔物理学奖。Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法于2003年获得诺贝尔医学和生理学奖，这些都是数字图像处理在医学成像中的杰出应用。 在数字图像处理的理论框架下，"图"和"像"的概念被定义为客观世界中的光分布和人类视觉系统的主观感知。模拟图像与数字图像的区别在于，后者是通过像素网格来表示的，每个像素包含位置信息和灰度值，通常用0-255的数值表示，可以高效地存储和处理。 以灰度图像为例，其128x128像素矩阵展示了数字图像如何从物理图像的采样和量化过程中生成。每个像素的灰度级映射到一个特定的数值，从而形成了一种数字表示形式。这个过程揭示了数字图像处理的核心，即信号采集、转换和分析，这些技术在现代图像处理中扮演着关键角色，不仅限于医学成像，还包括摄影、视频处理、图像识别等多个领域。 数字图像处理的起源和发展历程见证了科技的迭代和创新，它不仅推动了通信和医学成像的革命，也为计算机视觉、人工智能等领域的技术进步奠定了基础。随着信息技术的飞速发展，数字图像处理将继续在我们日常生活中发挥越来越重要的作用。