作者：章新友
出版社：中国中医药出版社
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医学图形图像处理试读：
编写说明
21世纪，医学图形图像处理技术在医学领域得到了广泛应用，特别是在中医临床上也得到了迅速推广，医学图形图像处理已成为中医学人才必备的知识。近年来，全国很多医药院校，不仅在本科生、研究生中开设了医学图形图像处理等相关课程，有的院校还开设了计算机科学与技术、医学影像学、生物医学工程等与计算机相关的专业。作为医药院校培养出的这类专业人才，掌握医学图形图像处理技术是十分必要的，也是今后从事医务工作的必备知识。《医学图形图像处理》作为全国中医药行业高等教育“十三五”规划教材，是依据教育部关于普通高等教育教材建设与改革的意见精神，以及教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会医学类分委员会对高等医药院校计算机教学的基本要求，在国家中医药管理局的规划指导下，参照高等医药院校《医学图形图像处理》教学大纲，由全国高等医药院校从事医学图形图像处理课程教学及其研究的教师和专业技术人员联合编写。本书主要供计算机科学与技术、医学影像学、生物医学工程、中医学、中西医临床医学等各本科专业学生或硕士研究生作为医学图形图像处理课程的教材选用，也可作为从事医学工作者的参考书。
本教材在介绍医学图形图像处理的发展、计算机图形学基础和医学图像的采样、成像等原理的基础上，力求与医学临床相结合，在保证教材科学性、系统性的前提下，重点介绍医学图像重建和可视化，医学图像增强，医学图像分割，医学图像配准与融合，医学图像的压缩、存储与通讯，医学图像标准数据库，以及医学图像应用等内容。在医学图像标准数据库中介绍了数字化人脑图谱技术、数字化虚拟人体和舌象图像，在医学图像应用中介绍了图像指导治疗、手术计划和导航、远程医学诊断、医学虚拟现实等医学图像的最新应用成果。同时还介绍了常用的图像处理系统Photoshop和MATLAB软件，以及医学图像分析实例与Unity3D应用实例等内容。每章后面有本章小结，并有丰富的习题，以便学生课后复习。
本教材在编写过程中得到国家中医药管理局教材建设工作委员会办公室、中国中医药出版社和江西中医药大学领导的关心和支持，以及全国各兄弟院校领导和同行的支持与帮助，在此一并表示感谢。由于编者水平有限，经验不足，加上时间仓促，书中如有不足之处，希望广大读者和教师提出宝贵意见，以便再版时修订提高。《医学图形图像处理》编委会2018年3月1医学图形图像学的发展1.1 计算机图形学的发展
计算机图形学的研究起源于美国麻省理工学院。20世纪50年代初期，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风Ⅰ号（WhirlwindⅠ）计算机的附件诞生了，这台计算机开拓性地采用图形显示器作为图形输出设备，其主要部件是阴极射线管（CRT），当时这种图形输出设备只能显示一些比较简单的图形。第二次世界大战结束以后，美国国防部就开始筹划如何预防远程携带核弹的轰炸机突袭美国本土问题，决定建立一个实时的信息控制系统，监视北美整个地域范围以及空域范围，从而使空军总部的指挥员能清晰地看到空中的目标和地面的动态情景，准确地指挥作战。为此，美国麻省理工学院（MIT）在旋风（Whirlwind）计算机的基础上，开发了战术防空系统SAGE（Semi Automatic Ground Environment）。这也是首次使用命令控制的CRT显示控制台，在其上操作员使用光笔识别目标。这样的尝试对图形显示技术的发展无疑起了巨大的带动作用。
计算机图形学是随着计算机及其外围设备的发展而产生和发展起来的。它是近代计算机科学与雷达、电视及图像处理技术的发展融合而产生的硕果。计算机图形学在造船、航空航天、汽车、电子、机械、土建工程、影视广告、医学图像、地理信息、轻纺化工等领域中的广泛应用，推动了自身的发展，而不断解决应用中提出的各类新课题，又进一步充实和丰富了本学科的内容。计算机出现不久，为了在绘图仪和阴极射线管（CRT）屏幕上输出图形，计算机图形学也随之诞生。现在它已发展成为对物体的模型和图像进行生成、存取和管理的新学科。1.1.1 计算机图形学的发展简史
自从20世纪40年代研制出世界上第一台电子计算机以来，由于计算机处理数据速度快、精度高，因此引起了人们的重视。许多国家纷纷投入人力和物力研制新的计算机以及输出图形的软、硬件产品。1950年美国麻省理工学院研制出了第一台图形显示器作为旋风Ⅰ号（WhirlwindⅠ）计算机的输出设备。这台显示器在计算机的控制下第一次显示了一些简单图形，它类似于示波器的CRT，这就是计算机产生图形的最初萌芽。
1959年美国CALCOMP公司根据打印机原理研制出了世界上第一台滚筒式绘图仪。同年，GERBER公司把数控机床发展成板式绘图仪。20世纪50年代末期，美国麻省理工学院在旋风Ⅰ号计算机上开发了空中防御系统，它具有指挥和控制功能。这个系统能将雷达信号转换为显示器上的图形，操作者利用光笔可直接在显示屏上标识目标。这一功能的实现预示着交互式图形生成技术的诞生。
1962年美国麻省理工学院林肯实验室的伊凡·萨瑟兰德（Ivan E.Sutherland）发表了题为“Sketchpad:人机通信的图形系统（Sketchpad:Man-Machine Graphical Communication System）”的博士论文，首先提出了“计算机图形学（Computer Graphics）”这一术语，引入了分层存储符号的数据结构，开发出了交互技术，可用键盘和光笔实现定位、选项和绘图的功能，还正式提出了至今仍在沿用的许多其他基本思想和技术，从而奠定了计算机图形学的基础。
20世纪60年代初期，第一台光笔交互式图形显示器在美国麻省理工学院林肯实验室研制成功，它是以人-机通信的图形系统为中心内容并以博士论文形式完成的研究课题。文中首先使用了“计算机图形学（Computer Graphics）”这个术语，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的具有独立学术地位的学科分支。与此同时，在美国的工业界，交互图形显示器的研制工作也开展起来，其中IBM公司起了重要的作用。IBM公司在1964年首先推出自主的设计方案，随后经过改进，名为IBM 2250的显示器走向了市场，这是IBM计算机正式提供给工业界使用的第一代刷新式随机扫描图形终端。随后洛克希德飞机公司利用IBM 2250开发的计算机图形增强设计与制造（CADAM，Computer-graphics Augmented Design and Manufacturing）绘图加工系统，从1974年开始向外界转让，成为目前IBM主机上应用最广的计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）软件。
20世纪60年代中期，美国、英国、法国的一些汽车、飞机制造业大公司对计算机图形学开展了大规模的研究。在计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）中，人们利用交互使计算机图形学实现了多阶段的自动设计、自动绘图和自动检测。在这一时期，计算机图形学输出技术也得到了很大的发展，人们开始使用随机扫描的显示器。这种显示器具有较高的分辨率和对比度，具有良好的动态性能，但是它必须至少以30次/秒的频率不断刷新屏幕上的图形才能避免闪烁。
20世纪60年代后期，出现了存储管式显示器，它不需要缓冲和刷新，显示大量信息也不闪烁，价格低廉，分辨率高，但是它不具备显示动态图形的能力，也不能进行选择性删除。它的出现可使一些简单的图形实现交互处理。存储管式显示器的出现，对计算机图形学的发展起到了促进作用，但为满足计算机图形学中交互技术的需求，其功能还有待进一步完善和改进。
20世纪70年代初期，计算机图形技术的应用进入了实用化的阶段，交互式图形系统在许多国家得到应用，许多新的较完备的图形系统不断被研制出来。除了在军事上和工业上的应用外，计算机图形学还进入了文化教育、科学研究以及企业管理等领域。此时，小型机、工作站逐步发展起来，行式打印机、光栅扫描显示器、绘图仪等图形显示和输出设备相继投入使用。但由于图形设备昂贵、功能简单且缺乏相应的软件支持，直到20世纪80年代，计算机图形学还仅仅是一门较小的学科。
20世纪70年代中期，出现了基于电视技术的光栅图形扫描器。在光栅显示器中，线段字符及多边形等显示图案均存储在刷新缓冲区存储器中，这些图是按照构成像素的点的亮度存储的，这些点被称为像素。一个个像素构成了一条条光栅线。一系列光栅线构成了一幅完整的图像。它是以30次/秒的频率对存储器进行读写操作以实现图形刷新而避免闪烁的。光栅图形显示器的出现使计算机图形生成技术和电视技术得以相互衔接，图形处理和图像处理相互渗透，使得生成的图形更加形象、逼真，因而更易于推广和应用。在图形输出设备不断发展的同时，出现了许多不同类型的图形输入设备，如从原有的光笔装置发展到图形输入板、鼠标、扫描仪和触摸屏。
20世纪80年代初期，计算机图形学的进一步发展，主要体现在以下3个方面:①几个著名的大型计算机图形系统相继问世。特别值得一提的是GKS（Graphics Kernel System）核心系统。GKS原是西德研制的，后于1982年由国际标准化组织ISO讨论和修改并定为准二维图形ISO标准系统。②随着硬件技术的发展、高分辨率图形显示器的研制成功，三维图形显示达到了更高水平，可动态显示物体表面的光照程度、颜色浓度和阴影变化，具有很强的真实感。③由于工程工作站的出现和微型计算机性能的不断提高，外设不断完善，图形软件功能不断增强，使得计算机图形系统在许多领域可以取代中、小型计算机系统，计算机图形学得到了更加广泛的应用。
20世纪80年代中期，计算机图形设备进入了迅速发展时期，个人计算机如Apple、IBM PC以及Apollo、SUN等工程工作站问世，并迅速受到广大用户的欢迎，销售量大幅度上升。在这些产品的设计中，图形显示器和主机融为一体，都采用光栅扫描型显示方法，并能够同时生成高质量的线型图和逼真的彩色明暗图。计算机性能/价格比的不断提升，也推动了计算机图形学的迅速发展和推广。图形设备与个人计算机的发展，带动了大量简单而实用、价格便宜的图形应用程序的开发，如用户图形界面、绘图、游戏、字处理等，使计算机图形学在各个领域发挥越来越大的作用，并且很快进入了家庭。图像数字化仪、扫描仪、鼠标、触摸屏等输入设备以及彩色静电绘图仪、激光打印机和喷墨打印机等输出设备都有了很大的发展。
20世纪90年代，随着图形系统的发展，计算机图形学朝着标准化、集成化和智能化的方向发展。国际标准化组织（ISO）公布的有关计算机图形的标准逐步完善。计算机图形学与多媒体技术、专家系统技术和人工智能技术的结合收到了良好的效果。科学计算的可视化、虚拟现实环境、人工智能、多媒体技术、二维交互绘图系统、三维几何造型技术等的应用给计算机图形的应用又开辟了一个更广阔的天地。今天，在电子、医学、机械、航空航天、建筑、造船、轻纺、影视等方面的计算机图形技术的应用，已取得了明显的社会效益和经济效益。这种加快交互速度的努力还会继续进行，这将进一步推动计算机图形学技术的飞速发展。
进入21世纪以来，计算机图形学向着更高阶段发展，它的许多技术已成为当今最热门的多媒体技术的重要组成部分。在未来的计算机软件、硬件发展中，计算机图形学扮演着重要的角色。它的理论、方法和工具将会有更大的发展，它的应用领域也会越来越广。1.1.2 计算机图形学在我国的发展
我国开展计算机图形设备和计算机辅助几何设计方面的研究始于20世纪60年代中后期。进入20世纪80年代以来，随着我国建设事业的发展，计算机图形学无论在理论研究，还是在实际应用的深度和广度方面，都取得了巨大的进步。
在图形设备方面，我国陆续研制出多种系列和型号的绘图仪、坐标数字化仪和图形显示器，并已批量生产投放市场。国内许多公司均可批量生产具有高分辨率光栅图形显示器的个人计算机，如Pentium 4等以及具有全色（24个位面）的图形图像处理卡；国际上应用最广泛的Sun SPARC系列工作站、HP 9009/700和800系列工作站、SGI IRIS系列工作站在我国也有定点工厂生产。此外，鼠标、显示器交互设备也已在国内生产。这些硬件在国内的制造，为计算机图形学在我国的普及和应用奠定了坚实的基础。
与计算机图形学有关的软件开发和应用都在迅速发展，并得到大力普及。在国家攻关项目、“863”高新技术和国家自然科学基金项目中有不少关于计算机图形软件研究开发的课题，其中二维交互绘图系统已进入商品化阶段，并可以在国内市场上和美国Autodesk公司的AutoCAD二维交互绘图软件试比高低。三维几何造型系统在国内有几个比较实用的版本，无论是基于平面多面体表示、非均匀有理B样条（NURBS）表示，还是混合表示模式，这几个几何造型系统均可以支持有限元分析、数控加工等对产品和工程建模的要求。在图形生成和显示算法方面，我国学者在矢量线段及其多边形的裁剪、计算机辅助几何设计、用光线跟踪和辐射度算法产生真实图形以及科学计算的可视化等领域都已取得了为国内外同行高度重视的成果。
与计算机图形学有关的学术活动在我国也很活跃。在计算机学会、工程图学学会、自动化学会、电子学会等国家一级学会下面都设有与计算机图形学有关的二级分会。在我国也有多种与计算机图形学有关的学术刊物，如《计算机辅助设计与图形学学报》《工程图学学报》及《计算机辅助工程》等。我国学者在与计算机图形学有关的国际刊物上发表的论文也越来越多。愈来愈多的国内论文被国际会议或国际刊物录用，也说明了我国计算机图形学的水平正在不断提高。
计算机图形学在我国的应用从20世纪70年代起步，经过30多年的发展，至今已开始在电子、机械、航空航天、建筑、造船、轻纺、影视等部门的产品设计、工程设计和广告影视制作中得到了初步应用，取得了明显的经济效益和社会效益。但图形学在国内的应用与发达国家相比还相差甚远，除了图形设备和系统价格比较昂贵外，更主要或更直接的原因是我国在这方面缺乏人才，懂计算机图形学的工程技术人员不多或是知之不深，因而影响了计算机图形学这门新学科在我国的推广应用。采取多种途径、多种渠道、多种方式培训计算机图形学的技术人才，建立一支群众性的计算机图形学应用技术的队伍是摆在我们面前的一项非常紧迫而又非常有意义的任务。随着计算机图形学专门人才的成长，计算机图形学在国民经济各个领域中将会发挥越来越大的作用。1.1.3 计算机图形学的研究内容
计算机图形学（Computer Graphics）是研究如何应用计算机生成、处理和显示图形的一门学科，是在计算机上进行数据与图形处理的理论基础。图形的具体应用范围很广，但以基本的技术处理角度来划分只有两类:一类是线条，如工程图、地图、曲线图表等；另一类是明暗处理图，与照片相似。为了生成图形，就需要有原始数据或数学模型，如工程人员构思的草图、地形航测的数据、飞机的总体设计模型、企业经营的月统计资料等。这些数字化的输入经过计算机处理后变成图形输出。从其应用的角度来说，计算机图形学是研究通过计算机将绘图数据转换为图形，并在专门的显示设备上显示出来的原理、方法和技术的学科。
因此，我们说计算机图形学研究的主要内容就是如何在计算机中表示图形和利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，考虑的是如何利用物体的计算机模型来合成一个真实的或者是想象出来的物体图片。
计算机图形学的研究大致可分为3个方面:
1.图形的输入 即利用图形输入设备及软件将图形输入到计算机中进行各种处理。图形的输入设备从逻辑上可分为6种:①定位（Locator），输入一个点的坐标；②笔画（Stroke），输入一系列点的坐标；③数值（Valuator），输入一个整数或实数；④选择（Choice），由一个整数得到某种选择；⑤拾取（Pick），通过一种拾取状态来判别一个显示着的图形；⑥字符串（String），输入一串字符。这6种逻辑输入功能都有相应的典型设备，但实际的图形输入设备一般都是某些逻辑输入功能的组合。我们常用的图形输入设备有:鼠标器、光笔、触摸屏、坐标数字化仪、图形扫描仪等。当然，图形的输入也需要软件的支撑，系统软件包括操作系统（UNIX、WINDOWS等）、语言系统（C，C++等）；图形系统软件包括图形支撑软件（OpenGL，PHIGS等）、应用软件（AUTOCAD，Pro/Engineer，UG，AVS等）。
2.图形的处理 包括对图形进行变换（如几何变换）、运算、着色等；在图形的处理过程中，起到重要作用的硬件系统是图形处理器。它的用途是将计算机系统所需要输出的信息进行转换驱动，并向输出设备提供行扫描信号，控制输出设备的正确输出。图形处理器又可分为简单图形处理器、单片图形处理器、个人计算机图形卡、图形并行处理器等。
3.图形的输出 即将图形特定的表达形式转换成图形输出系统能够接受的表达形式，并将图形在各种不同的输出设备上输出。图形的输出设备包括图形显示设备和图形绘制设备。图形显示设备可分为阴极射线管、彩色阴极射线管、随机扫描的图形显示器、存储管式的图形显示器、光栅扫描式图形显示器、液晶显示器、等离子显示器等；图形绘制设备可分为喷墨打印机、激光打印机、静电绘图仪、笔式绘图仪等。1.1.4 计算机图形学的应用
由于计算机图形设备的不断更新和图形软件功能的不断扩充，同时，也由于计算机硬件功能的增强和系统软件的日趋完善，计算机图形学在30多年内得到了广泛的应用。目前，主要的应用领域有如下几个方面。
1.用户接口 用户接口是人们使用计算机的第一观感。过去传统的软件中约60%以上的程序是用来处理与用户接口有关的问题和功能的，因为用户接口的好坏直接影响着软件的质量和效率。如今在用户接口中广泛使用了图形和图标，大大提高了用户接口的直观性和友好性，也提高了相应软件的执行速度。
2.计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 这是一个最广泛、最活跃的应用领域。计算机图形学被用来进行土建工程、机械结构和产品的设计，包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂的布局以及电子线路、电子器件等。有时，着眼于产生工程和产品相应结构的精确图形，然而更常用的是对所设计的系统、产品和工程的相关图形进行人机交互设计和修改，经过反复的迭代设计，便可利用结果数据输出零件表、材料单、加工流程和工艺卡，或者数控加工代码的指令。在电子工业中，计算机图形学在集成电路、印刷电路板、电子线路和网络分析方面的优势是十分明显的。一个复杂的大规模或超大规模集成电路板的图纸，根本不可能用手工进行设计和绘制，用计算机图形系统不仅能进行设计和绘图，而且可以在较短的时间内完成，把其结果直接送至后续工艺进行加工处理。在飞机工业中，美国波音飞机公司已用有关的CAD系统实现波音777飞机的整体设计和模拟，其中包括飞机外形、内部零部件的安装和检验。
3.科学、技术及事务管理中的交互绘图 计算机图形学技术可用来绘制数学的、物理的或表示经济信息等各种二维、三维的图表。如统计用的直方图、扇形图、工作进程图、仓库和生产的各种统计管理图表等，所有这些图表都可用简明的方式提供形象化的数据和变化趋势，以利于人们增加对复杂对象的了解，并协助人们做出正确的决策。
4.绘制勘探、测量图形 计算机图形学技术被广泛地用于绘制地理的、地质的以及其他自然现象的高精度勘探、测量图形，如地理图、地形图、矿藏分布图、海洋地理图、气象气流图、人口分布图、电场及电荷分布图以及其他各类等值线、等位面图。
5.过程控制及系统环境模拟 用户利用计算机图形学理论和技术实现与其控制或管理对象间的相互作用。例如:石油化工、金属冶炼、电网控制的有关人员可以根据设备关键部位的传感器送来的图像和数据，对设备运行过程进行有效的监视和控制；机场的飞行控制人员和铁路的调度人员可通过计算机产生运行状态信息来有效、迅速、准确地调度，调整空中交通和铁路运输。
6.电子印刷及办公室自动化 图文并茂的电子排版制版系统代替了传统的铅字排版，这是印刷史上的一次革命。随着图、声、文结合的多媒体技术的发展，可视电话、电视会议以及文字、图表等的编辑和硬拷贝正在家庭、办公室普及。伴随着计算机和高清晰度电视相结合的产品的推出，这种普及率已越来越高，进而改变了传统的办公、家庭生活方式。
7.艺术模拟 计算机图形学在艺术领域中的应用成效越来越显著，除了广泛用于艺术品的制作，如制作各种图案、花纹或用于工艺外形设计及制作传统的油画、中国国画和书法外，还成功地用来制作广告、动画片，甚至电视、电影。目前国内外不少单位正在研制人体模拟系统，这将使历史上的著名影视明星重新登上荧屏成为可能。
8.科学计算的可视化 传统的科学计算的结果是数据流，这种数据流不易于理解也不易于检查其中的错误。科学计算的可视化通过对空间数据场构造中间几何图素或用体绘制技术在屏幕上产生二维图像。近年来这种技术已用于有限元分析的后处理、分子模型构造、地震数据处理、大气科学及生物化学等领域。
9.工业模拟 这是一个十分广阔的应用领域。在产品和工程的设计、数控加工等领域迫切需要对各种机构的运动模拟和静、动态装配模拟。它需要运用的主要是计算机图形学中的产品造型、干涉检测和三维形体的动态显示技术。
10.计算机辅助教学 计算机图形学已广泛应用于计算机辅助教学系统中，它可以使教学过程形象、直观、生动，极大地提高了学生的学习兴趣和教学效果。由于个人计算机的普及，计算机辅助教学系统已深入到家庭和幼儿教育。
还有许多其他的应用领域。例如:在医学方面，可视化技术为准确地诊断和治疗提供了更为形象和直观的手段。又如:在刑事侦破方面，常应用计算机图形学的知识来根据所提供的线索和特征，再现当事人的图像及犯罪场景，如指纹图像处理等。在农业上，也利用计算机对农作物的生长情况进行综合分析、比较，借助计算机图形生成技术来保存和再现不同种类和不同生长时期的植物形态，模拟植物的生长过程，从而合理地进行选种、播种、田间管理以及收获等。总之，交互式计算机图形学的应用极大地提高了人们理解数据、分析趋势、观察现实或想象形体的能力。随着个人计算机和网络工作站的发展，随着各种图形软件的不断推出，计算机图形学的应用前景将更加广阔。1.1.5 计算机图形学的研究发展方向
计算机图形学是通过算法和程序在显示设备上构造出图形的一种技术。这与用照相机拍摄一幅照片的过程比较类似。当用照相机拍摄一个物体，比如说一幢建筑物的照片时，只有在现实世界中有那么一幢建筑物存在，才能通过照相的原理拍摄出一张照片来。与此类似，要在计算机屏幕上构造出三维物体的一幅图像，首先必须在计算机中构造出该物体的模型。这一模型是用一批几何数据及数据之间的拓扑关系来表示的，这就是造型技术。有了三维物体的模型，在给定了观察点和观察方向以后，就可以通过一系列的几何变换和投影变换在屏幕上显示出该三维物体的二维图像。为了使二维图像具有立体感，或者尽可能逼真地显示出该物体在现实世界中所观察到的形象，就需要采用适当的光照模型，以便尽可能准确地模拟物体在现实世界中受到各种光源照射时的效果。这些就是计算机图形学中的画面绘制技术。三维物体的造型过程、绘制过程需要在一个操作方便、易学易用的用户界面下进行，这就是人机交互技术。造型技术、绘制技术以及人机交互技术构成了计算机图形学的主要研究内容。
1.造型技术的发展 计算机辅助造型技术以构造的对象来划分，可以分为规则形体造型技术和不规则形体造型技术。规则形体指的是可以用欧式几何进行描述的形体，如平面多面体、二次曲面体、自由曲面体等，由它们构成的模型统称为几何模型。构造几何模型的理论、方法和技术称为几何造型技术，它是计算机辅助设计的核心技术之一。早在20世纪70年代国际上就对几何造型技术进行了广泛而深入的研究，目前，已有商品化的几何造型系统提供给用户使用。由于非均匀有理B样条（Nonuniform Rational B Spline）具有可精确表示圆锥曲线的功能，并具有对控制点进行旋转、缩放、平移及透视变换后曲线形状不变的特点，因而为越来越多的曲面造型系统所采用。同时，将线框造型、曲面造型及实体造型结合在一起，并不断提高造型软件的可靠性也是造型技术的重要研究方向。
虽然几何造型技术已得到广泛应用，但是，它只是反映了对象的几何模型，而不能全面反映产品的形状、公差、材料等信息，从而使得计算机辅助设计/制造的一体化难以实现。在这样的背景下，出现了特征造型技术，它是将特征作为产品描述的基本单元，并将产品描述成特征的集合。例如:将一个机械产品用形状特征、公差特征、技术特征三部分来表示，而形状特征的实现又往往是建立在几何造型的基础之上。目前，特征造型技术在国内外均处于起步阶段。
近几年来，由于发展动画技术的需要，提出了基于物理的造型技术。几何造型最终的模型是由物体的几何数据和拓扑结构来表示的。但是，在复杂的动画技术中，模型及模型间的关系相当复杂，有静态的，也有动态的。这时，靠人来定义物体的几何数据和拓扑关系是非常繁杂的，有时甚至是不可能的。在这种情况下，模型可以由物体的运动规律自动产生，这就是基于物理的造型技术的基本概念。显然，它是比几何造型层次更高的造型技术。目前，这种基于物理的造型技术不仅可在刚体运动中实现，而且已经开始用于柔性物体。
近年来，人们发现自然界中不规则的形体和丰富多彩的其他物体，不能用欧式几何简单地加以定义，因此，计算机图形学研究工作的另一个热点，是如何在计算机内构造由不规则的形体所表示出来的模型，将类似山、水、树、草、云、烟、火等不规则的形体表示出来。与规则形体的造型技术不同，不规则形体的造型大多采用过程式模拟，即用一个简单的模型及少量的易于调节的参数来表示一大类物体，不断改变参数，递归调用这一模型一步一步地产生数据量很大的物体，因而这一技术也称为数据放大技术。国际上提出的基于分形理论的随机插值模型、基于文法的模型以及粒子系统模型等都是运用了这一技术的不规则形体造型方法，并已取得了良好的效果。
2.真实图形生成技术的发展 真实图形生成技术是指根据计算机中构造好的模型生成与现实世界一样的逼真图像。在现实世界中，往往有多个不同的光源，在光源照射下，根据物体表现的不同性质产生反射和折射、阴影和高光，并相互影响，构造出丰富多彩的世界。早期的真实图形生成技术用简单的局部光照模型模拟漫反射和镜面反射，而将许多没有考虑的因素用一个环境光来表示。20世纪80年代以后，陆续出现了以光线跟踪方法和辐射度方法为代表的全局光照模型，使得图像的逼真程度大为提高，但是却又带来了另一个问题，这就是计算时间很长。目前，在许多高档次的工作站上，已经配备了由硬件实现光线跟踪及辐射度方法的功能，从而大大提高了逼真图形的生成速度。
3.人机交互技术的发展 直至20世纪80年代初期，在设计计算机图形生成软件时，一直将如何节约硬件资源（计算时间和存储空间）作为重点，以提高程序本身的效率作为首要目标。随着计算机硬件价格的降低和软件功能的增强，提高用户的使用效率逐渐成为首要目标。为此，如何设计一个高质量的用户接口成为计算机图形软件的关键问题。
一个高质量的用户接口的设计目标应该是易于学习、易于使用、出错率低、易于回忆起如何重新使用这一系统并对用户有较强的吸引力。20世纪90年代中期以来，国际上出现了不少符合这一目标的人机交互技术。例如:屏幕上可以开一个窗口或者开多个窗口；从以键盘实现交互发展到以鼠标器实现交互；将菜单放在屏幕上而不是放在台板上；不仅有静态菜单而且有动态菜单；不但用字符串作为菜单而且用图标作为菜单；图标可以表示一个对象，也可以表示一个动作，从而使菜单的含义一目了然。
如何在三维空间实现人机交互一直是计算机图形技术的一个研究热点。近年来，虚拟环境技术的出现使三维人机交互技术有了重要进展。所谓虚拟环境是指完全由计算机产生的环境，但它具有与真实物体同样的外表、行为和交互方式。目前，典型的应用是用户头戴立体显示眼镜，头盔上装有一个敏感元件以反映头部的位置及方向，并相应改变所观察到的图像，手戴数据手套实现三维交互，并有一个麦克风用来发出声音命令。1.2 医学图像学的发展
图像是一个很古老的事物，早在原始社会，人类的祖先就通过画图来表达他们的思想和进行信息传递。“一图胜似千言万语”，现代医学离不开医学图像信息的支持。现代医学成像技术在很大程度上依赖于计算机的应用。它以物理原理直接获取图像，需要时则通过计算机精细地处理测量图像。计算机在医学成像中的应用有:①根据测量数据建立图像；②为提取图像的最佳特征而重建图像；③显示图像；④利用图像处理技术提高图像的质量；⑤存储和检索图像。
在医学成像中，机体、器官或器官局部的图像是通过放射等物理手段生成的。这种放射或其他的物理手段，通常具有电磁（EM）性。图像生成后，必须进行显示以供解释。显示图像的媒介可以是原始图像载体，如已显影的图像胶片，也可以是其他载体，如普通照片或计算机显示器等。1.2.1 医学图像的概述
现代医学越来越离不开医学图像提供的信息，医学图像在疾病的诊断、分期以及选择治疗方法和手段等方面起着决定性的作用。由于医学图像能够直观地反映出患者的病情，因此大大提高了医生诊断的准确率。现代科学已经证明，人们通过图像获得的信息占其获得的总信息的70%以上，这在医学领域也不例外，医学图像能够最大限度地向医生提供患者的信息。医生在临床上越来越依赖医学图像，医学图像在现代医学中占有越来越重要的地位。
1.医学图像的描述 不同的文献上，对图像的描述是不同的。概括来说，对图像的描述分成如下几种。（1）图形、图像与多媒体对象：在计算机图形学中，图形、图像和视频（一种运动图像，以后将详细介绍）是有区别而又相互联系的概念。从直观上说，图形（Graphics）的含义要较图像更广泛。图形主要是指利用计算机产生的字符、专用符号、点、线和面所构成的图，但现在也包括由计算机的外部设备（如扫描仪、摄像机）输入的或由计算机本身生成的照片图像。
现代科技文献一般将图形定义为可“用数学方法描述的图形”。而其余即景象、形象、图像则一般笼统称为图像（Image）。图像是指照片图像，其图案不是以字符、符号、线或面为单位，基本组成是点（Dot）或像素（Pixel）。不过现在图形图像已不能也不需要加以严格区分了。可以认为图像是图形的一种，图形也可以看成是图像。因此，在现在的计算机软件中，多数情况下，图形图像处理是包含在同一个软件中的。
图形图像是从结构上区分的，图形图像文件分为两种，即位图和矢量图。在位图中，图像由许多的屏幕小点（通常说的像素）组成，这些小点对应“显存”中的“位”，就是这些“位”决定了像素的图像属性，如像素的颜色、灰度、明暗对比度等。当一个像素所占的位数多时，它所能表现的颜色就更多、更丰富，从整体上看，图像的色彩就更艳丽，分辨率就更高。位图中所分的二位图、八位图等，正是指“像素”所占的位数。当位图被放大或缩小时，由于像素的数量没有改变，图像的分辨率就会降低，图像的外观自然就大打折扣。就这方面来看，位图的缺点显而易见，表现在:①分辨率的固定导致大分辨率的清晰图像占用大量空间；②像素的分散性使动态图像的表达比较困难。
为此，研究人员开发出了一种新的图形格式——矢量图。矢量图就是用矢量代替位图中的“位”。矢量图不再给图的全部“像素”作统一的标记，而是用矢量对图的几何部分作标记。一幅矢量图是绿色背景，上有一个黑色的圆圈。它的表达方式是先用语句调用调色板描述背景，再用带矢量的数学公式来描述圆圈的大小、形状等，这就使得图形的放大、缩小和移动变得十分简单，仅仅是改变公式中的矢量变量就可以。
从理论上讲，矢量图的优点是很多的:①矢量图能无限放大、缩小而不失真；②不需要将图像每一点的状态记录下来，因而比相同质量和大小的位图占用的空间少得多，它甚至可以方便地通过更改内部公式制作动画。
矢量图与图形对应。图形用形状参数和属性参数（参数表示法）来表示。形状参数可以是描述其形状的数学方程的系数、线段的起始点及终止点等；属性参数则包括灰度、色彩、线型等非几何属性。参数表示法突出了图形的数学描述，强调了图形的“形”的概念，即几何概念。
位图与图像对应。图像更注重“点”的信息，强调的是像素，是平面的“点”构成复杂的图案，图像用像素的差别来表示三维图案。
图像的表示是用具有灰度或色彩的“点阵”来表示，图像点阵类似于矩阵，矩阵的某一位置的值，表示该处的灰度或色彩。虽然矩阵仍然是一种数学概念或方法，但这里强调的是“灰度”而不是“形”。即:构成图形的要素不仅有形状，而且有明暗、灰度和色彩等这样一些属性。
虽然图形与图像是两个不同的概念，但它们又不能截然分开。图形可以转换成图像，随着光栅显示器的发展和广泛应用，图形的显示及处理常用图像的方式方法进行，如直线的生成、圆弧的生成、区域的填充等。而图像也可以使用图形的某些处理方法，如把图像经过细化等处理而变成线画图（图形），从而可以用图形的某些方法进行处理。
从多媒体的角度看，图像是除代码文本（如ASCII文本）和与时间相关数据（即随时间改变而变化的数据）之外的所有数据形式。即图像所有对象都以图形（非文本）或编码的形式表现，并且那些在连续的演示间无直接时间关系的，也属于这一组对象。这里包括的数据类型有文档图像、传真系统、分形位图、元文件和静止画面（或静止视频的帧等）。
图1-1描述了图像中对象类别的等级。这个等级中，图像被认为是可视或不可视的，以及是产生可视图像的纯数学函数。图1-1 图像等级
可视图像。可视图像组包括图（如蓝图、工程图、医疗单位布局图等）、文档（作为图像而扫描得来的）、画（扫描的或由计算机绘图应用软件生成的）、摄影照片（扫描后或直接由电子相机采集的）以及由视频相机捕获的静止帧等。
所有这些情形中，图像都在一定的时间间隔内以完整位图形式存在，位图中包括由输入装置捕获的每个像素。所有输入装置，不论它们是扫描仪还是视频摄像机，都用扫描的方法来获取预先定义的坐标格中像素的颜色和强度。坐标格的范围可从典型的视频标准，即满帧340×240这一级别，一直到分辨率高达600像素/英寸。几乎每种情况中，都要使用某种类型的压缩方法来减少图像的整体容量。
除了存储以压缩形式存在的图像内容外，还有必要存储一些信息，包括使用的压缩算法类型，以便使图像可在目标工作站上成功地解压缩。一些系统中，已经假定所有图像将以某种特定压缩方法进行压缩，所以就不用存储这个信息了。但仍有必要存储关于图像分辨率、方向和标识的信息。这是专用文档图像系统最通用的方法。
不可视图像。不可视图像是那些不作为图像存储，但作为图像显示的图像。这些图像包括气压计、温度计以及其他度量的显示等。
抽象图像。抽象图像实际上并不是那些存在于真实世界中的对象的图像或显示，而是基于一些算术运算的计算机生成的图像。分形是这类图像的一个极好例子，绝大多数分形是由计算机产生的算法生成的，这些算法试图显示它们可以生成的各种不同模式组合，就像一个万花筒可以显示各种图形是由于万花筒转动时，玻璃珠相对位置不同而产生的。
离散函数可产生在时间尺度上保持不变的静止图像。连续函数用于显示动画的图像及类似于以下这样的操作，即一幅图像隐退或融于其他的图像。（2）静态图像、动态图像与视频影像：静态图像，是指一幅图像显示出来，在不对其进行修改时它在长时间内是不变的，是静止不动的。运动图像（动态图像）对应视频（Video）图像，如电视信号一样，这种图像显示出来按照一定的频率在不断地变化，产生动感效果。
动态图像指能“动”起来的图像，又称为活动图像。动态图像的原理是利用了人眼的视觉残留，即人眼所见的物体在消失后仍会在人眼中保持约0.05～0.1秒的影像，当这些单个的画面连续地、快速地、一幅接一幅地播放时，人眼看到的画面是在连续地变化。插入的中间状态画面越多，被描述的运动越平滑、越逼真。实验表明，当播放速度达到每秒10帧左右时，运动已经很连续，当每秒24帧以上时（电视机每秒25帧），则画面丝毫没有不连续的感觉了。
运动图像是由若干静态图像组成的，每幅静态图像在运动图像中称为一帧（Frame），对计算机显示或视频输出来说，一帧就是相对不变的一个画面或一幅图像。运动图像变化的快慢是由帧率来度量的，帧率是指每分钟动态地显示多少帧图像，它的单位是帧/分钟（Frames/Second或Frames Per Second，简称为FPS）。
当然，并不是所有的视频影像都必须来源于电视信号，视频影像也可以用软件来产生。任何一幅图像都可以作为视频影像的一帧。使用诸如Video Edit之类的软件，可以选择或绘制各种任意的图像，并将它们排好队，用软件打包生成一个视频影像文件，同样的道理，也可以按照某种运动的要求，由计算机自动生成每一帧图像。如用著名的软件Mopher，可以将一张照片渐变到另一张照片，并将其过程生成一段视频影像。
视频影像可以表示为一个帧图像的序列，如果把每帧图像分别存储，一个视频影像就会对应于很多文件。为解决这一问题，实际的做法是，将所有的帧打成一个包，用一个文件来表示。通常视频影像是以压缩的方式存储的，文件中存储的是所有帧经压缩后的结果。播放时，先经过解压缩得到每一帧的图像，然后在屏幕上显示（视频影像格式一般还需具有存储伴音，并提供同步机制）。而且计算机必须记录每一段声音与画面的同步关系，即使播放画面的速度快了，也可以等待声音信号，做到同步播放。
根据运动图像专家组（Moving Photograph Expert Group）公布的MpegI标准，对应于NTSC制式，为了在计算机上获得运动图像的连续的视频效果，运动图像的每帧大小为352×240×15位近似真彩色，帧率为30fps；而对应于PAL制式，为了在计算机上获得运动图像的连续显示效果，运动图像的每帧大小为352×288×15位近似真彩色，帧率为25fps。这就是VCD（Video CD，视频压缩光盘）中存储的运动图像要还原（Restore）或回放（Playback）时应该达到的指标。
DVD（Digital Video Disk，数字视频光盘）运动图像，是技术指标更高的运动图像。（3）模拟图像与数字图像：人们在日常生活中接触到的各类图像，如前述的照相机所拍的照片、医学用的X线底片等一类的光学图像，以及眼睛所看到的一切景物图像等，这一类的自然图像称为模拟图像。它们都是由连续的各种不同颜色、亮度的点组成的。这类图像只能用摄像机、照相机等进行摄取。
计算机只能处理数字信息，要使模拟图像能在数字计算机中进行处理，就必须将模拟图像转换为用一系列数据所表示的图像，这样表示的图像称为数字图像。将模拟图像转换成数字图像的过程，称为图像数字化。
用表1-1将两种图像进行比较后，就会发现，图像数字化后有许多明显的优点。表1-1 模拟图像与数字图像的比较
数字图像的优点具体表现在以下几个方面:
灵活性大。通常对模拟图像如照片等只能进行几种有限的处理，即只能对模拟图像进行线性转换，如对照片进行放大、缩小等处理，这就无疑会大大地限制了其能完成的处理工作。与其相反的是，数字图像对计算机而言实际就是一组数据，这些数据当然可以按用户意愿任意修改，故对数字图像不仅可以进行线性转换，还可以进行非线性转换。例如可以对数字图像进行变形、融合等处理，也就是说，凡是可以用数学公式或逻辑运算公式表达的一切运算，都可以对数字图像进行相应的转换。
精度高。目前的技术几乎可以将一幅模拟图像数字化为任意大的二维数组，如可以对每毫米采样80个或更多的像素点，每个像素的亮度可以量化为12bit，这样的精度已是非常高了，和彩色照片已无多大区别，完全可以满足绝大多数的需要。
再现性好。模拟图像如照片，即使使用了非常好的底片和相纸，也会随着时间的消耗而褪色，而且，照片在放大时，一般很难保持一样的光滑。数字图像不同于模拟图像，它不会因存储、传输或复制而产生图像质量的退化，从而很容易地在各种场合下准确地再现，复制原图像。
2.医学图像的数字化 医学图像（包括静态图像和时变图像）属于可视化信息。早期的医学图像是胶片，如X线照片等。今天的医学图像则主要是通过CRT显示出来的，用于显示图像的数据通常来自于CT、磁共振等医用设备。窥镜显示时变图像，窥镜图像一般要用图像采集卡来获取。还有些医学图像是医生手工绘制的。医生手绘图及各种相关图片，要经数字化后，方可输入计算机处理。一般由扫描仪来做输入工作。扫描仪的功能是把连续的原始图像数字化、离散化，成为计算机可以接受的信息，然后由计算机按一定的格式将图像储存起来，由彩色扫描仪得到的图像通常是24位真彩色的（衡量扫描仪性能的一个重要指标是它的最大分辨率）。医生手绘图像输入的另一种方法是使用电脑软件。（1）图像的数字化过程：图像的数字化过程通常可分为采样和量化两步。由于模拟图像是由无数个点组成的，这无数个点对应着无数个信息，计算机无法采用其所有的信息，而是在模拟图像上按一定规律采用一定数量的点的数据，这个过程就称为采样。
采样的具体过程是:以一定间隔将图像在水平方向和垂直方向上分割成若干个小区域，每个小区域是一个采样点，即对每一个小区域只采用一组数据，每一个采样点对应于计算机屏幕上的一个像素，采样的结果将使整幅图变成每行有m个像素，每列有n个像素，全图是m×n个像素点的集合。自然，因每个采样点是分开的，各个像素点也是分开的，即是离散的。
量化就是用一定的数据来表示每个采样点的颜色、亮度等信息。把采样后的每个像素点的亮度用一定的数字（1～255）来表示，这就是量（数量）化。一般量化后，每个像素的亮度值用一个字节（8bit）表示，则总共有1～255个灰度值表示像素点的亮度。
经采样、量化后，一幅模拟图像就转换成一幅适合在数字计算机上处理的数字图像。
然而，采样、量化这两步过程都有大量的信息没有被采用，即被忽略掉，因此在同一幅模拟图像和数字图像之间必然会有一定的误差，即数字图像没有模拟图像精确。但是由于人眼的空间分辨率和亮度分辨率都是有限的，因此，只要适当地选取采样间隔与量化的灰度级数，上述误差是可以忽略不计的，也就是说，人眼睛是分辨不出采样后的数字图像和模拟图像之间的区别的。（2）医学图像的处理：图像按其表现的内容可以分为二维图像与三维图像（习惯上称为三维图形）。当然不管什么图像，它们最终都是显示在一个二维平面上的（如显示屏），三维图像是特指那些具有三维透视效果的图像，其他不具有三维透视效果的图像就称为二维图像，它们表达的只是二维平面内的形状。使用三维图像的目的是为了逼真地模拟现实世界，给人以更形象生动的感觉。与二维图像不同，三维图像通常还需要进行诸如消隐、着色、光照、质地与纹理多方面的处理，好的三维图像几乎可乱真，但同时它需要大量的计算机运算时间。
所谓虚拟现实就是通过特殊的观察装置，由二维图像观察出三维图像的效果来。输入立体图像的形状相对较困难，对于简单几何结构的立体图像（如大楼）可以输入描述图像的主要的参数点坐标。对于不规则的立体形状（如人头部）就困难了，这需要特殊的立体化数字仪来测定人头曲面各点的空间坐标。再一个方法是获得该形状各个剖面的轮廓（如用CT技术），然后将各个层面的轮廓用平面数字化仪输入到计算机，在计算机中再造整个形状。
为了让计算机按照人的意愿产生图像，必须告诉计算机各种有关的参数。计算机按照这些信息来绘制图像。这些信息可以通过键盘输入，也可用鼠标输入。数字化仪是另一种专用的图像坐标输入工具，适用于将已有的实物形状输入计算机。这与用扫描仪的输入是不同的，将地图扫描进计算机得到的是地图的图像，计算机可以显示这幅地图，但对地图中的位置信息是一无所知的。而用数字化输入的地图，计算机精确地知道地图中的位置信息，因而可以在相关位置上面作各种计算与查询。
由于造型动画不是以帧画面的方式来记录的，一段一般复杂程度的动画所占的空间，通常要比时间长度、幅面大小及帧速度相同的视频影像要小得多。所谓医学影像处理，从广义上说，就是将医学上的各种图像（如显微镜下图像、CT图像、彩超图像等）通过高质量的医用图像采集卡和计算机，将其变为一个计算机可识别的文件，从而实现对医学图像的处理。相对来说，本书所指的图像处理主要是指基于计算机软、硬件平台，用数字方式进行图像分析的技术。其内涵具体是:①医学图像的采集、采集系统和医学图像的采集技术；②医学图像的显示、输出及相关技术；③对医学图像的编码、压缩、存储和传输技术；④医学图像的二维处理技术；⑤医学图像的三维成像技术；⑥与医学图像处理密切相关的其他技术。
3.医学图像技术的发展 一般来说，影像与图像并没有本质的区别，医学影像也只是习惯成自然的称呼。影像医学在20世纪是医学领域中知识更新最快的学科之一。1895年德国科学家伦琴发现了X线并由此产生了X线成像技术（Radiography）。X线的发现彻底改变了传统的靠“望、闻、问、切”等手段对患者进行诊断的方式。它第一次无损地为人类提供了人体内部器官组织的解剖形态照片，使诊断准确率得到了大幅度提高，X线的发现为现代医学影像技术的发展奠定了坚实的基础。20世纪50年代到60年代开始使用超声与放射性核素扫描进行人体检查，出现了γ-闪烁成像（γ-Scintigraphy）和超声成像。20世纪70年代和80年代又相继出现了计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）和发射型计算机体层成像（Emission Computed Tomography，ECT）。仅100多年的时间就形成了包括X线诊断的影像诊断学（Diagnostic Imageology）。20世纪70年代介入放射学（Interventional Radiology）的迅速兴起，扩大了医学影像学对人体的检查范围，提高了医学诊断水平，并且可以对一些疾病进行治疗。近20年来，在计算机技术迅猛发展的带动下，医学影像学已经成为医学领域发展最快的学科之一。常规X线成像正逐步从胶片转向计算机放射摄影（Computed Radiography，CR）或更为先进的直接数字化摄影（Digital Radiography，DR）的数字化时代。与计算机紧密相关的CT和MRI发展速度惊人。CT从早期单纯的头颅CT发展为超高速多排螺旋CT、电子束CT。扫描最薄层厚也从早期的10mm到现在的0.5mm以下，图像分辨率已经达到1024×1024。MRI也已发展为超导、高场强，分辨率在常规扫描时间下提高了数千倍，磁共振血管成像（Magnetic Resonance Angiography，MRA）已成为常规检查项目，同时磁共振功能成像以及磁共振波谱（MRS）技术正在飞速发展之中。
随着CT、MRI、介入放射学等影像技术、影像诊断、影像治疗和磁共振的相继问世，医学影像从无到有、从小到大，经历了一个飞速的发展过程。当今医学影像技术进入了全新的数字影像时代，医学影像技术的发展反映和引导着临床医学在诊治以及随诊方面的进步。医学影像技术的发展，在某种意义上代表着医学发展潮流中的一个热点趋势，推动了医学的发展，尤其是介入放射学的出现，使放射从单纯的诊断演变为既有诊断又有治疗的双重职能，并在整个医学领域中占有举足轻重的地位，成为与内、外、妇、儿等并列的主要临床学科。1.2.2 数字图像处理的特点
目前，数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。如一幅256×256低分辨率黑白图像，要求约64kbit的数据量；对高分辨率彩色512×512图像，则要求768kbit数据量；如果要处理30帧/秒的电视图像序列，则每秒要求500kbit～22.5Mbit数据量。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。
数字图像处理占用的频带较宽。与语言信息相比，占用的频带要大几个数量级。如电视图像的带宽约5.6MHz，而语音带宽仅为4kHz左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，成本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。
数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大。在图像画面上，经常有很多像素有相同或接近的灰度。就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素，其相关系数可达0.9以上，而相邻两帧之间的相关性，比帧内相关性一般来说还要大些。因此，图像处理中信息压缩的潜力很大。
由于图像是三维景物的二维投影，一幅图像本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的。因此，要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量，例如双目图像或多视点图像。在理解三维景物时需要知识导引，这也是人工智能中正在致力解决的知识工程问题。
数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以及知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。另一方面，计算机视觉是模仿人的视觉，人的感知机理必然影响着计算机视觉的研究。例如，什么是感知的初始基元，基
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