A mai világban a fő gondot az okozza, hogy a számítógépes képfeldolgozásnak nincs egységes elmélete. A felmerülő problémákra az esetek túlnyomó részében eseti megoldásokat dolgoztak ki, és csak a legutóbbi időkben kezdtek az általánosításra törekedni. Emiatt egy-egy feladatra sokszor több megoldás is létezik, amelyek különböző szempontokból előnyösek. A nehézség gyakran  abban van, hogy kiválasszuk a számunkra a legjobbat.

Történeti áttekintés

A korai képfeldolgozási megoldások után (példaképeken látható), az 50-es évek második felében jelentek meg az irodalomban az első cikkek, amelyek a képi információk feldolgozásával foglalkoztak. 

(Ez a digitális kép 1921-ben készült, egy telegráffal kinyomtatva)

(Az első digitális képek, melyek Európa és Amerika között kábelen lettek közvetítve, 1922 és 1929 között)

Azóta a számítógépes képfeldolgozás témaköreinek skálája jelentősen kibővült és a 80-as évek elejére önálló alkalmazási területté fejlődött.
A fejlődési folyamat természetéből következően először az optikai és az analóg jelfeldolgozás (főleg az optikai képfeldolgozás) módszereit adaptálták. Tömegesen születtek az egyes konkrét feladatokra kidolgozott heurisztikus módszerek, amelyeknek érvényességi feltételeit és konvergenciáját sokszor nem is vizsgálták. A 60-as évek végére már elég nagy volt a káosz ahhoz, hogy megindulhasson a matematikai módszerek intenzív kutatása.

(Az első kép a Holdról. Készítette egy amerikai űrhajó a Ranger 7 1964. július 31-én)

A 70-es évektől megjelenő cikkekre a matematikai megalapozottság igénye a jellemző. A legdivatosabb módszer a Fourier-transzformáció (majd ezt követően egy sereg más, egyszerűbben programozható és/vagy olcsóbban futtatható transzformációs eljárás ) és a klaszterezés lett. Ahogyan azonban nőttek a feldolgozással szemben támasztott követelmények, nyilvánvalóvá vált, hogy az egzakt algoritmusokat nem lehet elfogadható költségszinten és elviselhető válaszidők mellett realizálni a rendelkezésre álló hardver eszközökkel.
Az évtized második felétől hatalmas erővel megindult a speciális célú hardver eszközök fejlesztése (nagy felbontású képfelvevő, tároló- és megjelenítő eszközök, nagy sebességű (párhuzamos) feldolgozó egységek, a képfeldolgozás alapfeladatait megvalósító LSI elemek, stb.). Ezzel egyidejűleg megjelentek az első univerzális célú rendszerek, amelyek az emberi látórendszert próbálták többé-kevésbé megközelíteni. Pillanatok alatt kiderült azonban, hogy ez olyan bonyolult feladat, amelyet próbálgatással nem lehet megoldani.

Ez a felismerés indította el az elméleti  alapok kidolgozására irányuló nagyszabású kutatómunkát, amelyet az időközben társadalmi szükségletté lett számítógépes képfeldolgozás iránti egyre magasabb igények is ösztönöztek. A munka, amelynek az 5. generációs távlati terv további lendületet adott, napjainkban is folyik, ez idő szerint azonban az egységes elmélet még nem született meg.

Képfeldolgozási területek

A számítógéppel megoldott képfeldolgozási feladatok köre túlságosan szerteágazó, együttes tárgyalásuk áttekinthetetlen lenne. Ezért ez a kiadvány nem foglalkozik sem optikai, sem egyéb analóg módszerekkel. Nem tárgyaljuk továbbá a térbeli (pl.: sztereo vagy kislátószögű (range)) felvételek feldolgozását, köztük a projektív geometriai módszereket sem.

(Példák Gamma és Röntgen sugár felvételekről, mint a leggyakoribb felhasználási terület az orvostan felvételeiből)

A számítógépes képfeldolgozáson kizárólag kétdimenziós (síkbeli), digitális képek gépi feldolgozását értjük. Ennek két, bizonyos mértékig átfedő, de célkitűzésiben és módszereiben lényegesen különböző szakterülete van.

1. A számítógépes grafika szűkebb értelemben egy vonalas (vektor) kép előállítását (generálását) jelenti a kép leírásából, tágabb értelemben ide soroljuk a feliratok generálását, valamint mindazokat az eljárásokat is, amelyek megkönnyítik a képleírás elkészítését. A vektor grafika egyenes és/vagy görbe vonalakból és ezekkel határolt idomokból áll, amelyek természetesen színesek is lehetnek. (Ilyen számítógépes grafikával készülnek a régebbi és a mai színvonalnak megfelelő számítógépes játékok szinte teljes körű grafikai megoldásai).
A képleírást szintaktikus leírásnak lehet tekinteni, ez tulajdonképpen egy grafikus nyelven írt program a kép felrajzolására. Ebből egy rajzelem-tár segítségével készül a kép gépi (digitális) megfelelője.
A grafikus rendszerek az ember-gép kapcsolatban alapvetően a kimeneti funkciót valósítják meg , emellett azonban felhasználhatók bizonyos vizuális információk bevitelére is. Jelen dokumentumban ezzel a témakörrel csak minimális kiterjedésben fogunk foglalkozni.

2. A digitális képfeldolgozás a természetes képeken foglalt képi információ megértésére irányul. A folyamatot - a rész-célkitűzések szerint - három szintre bonthatjuk.

a.) Előfeldolgozáson a digitális kép létrehozását, valamint a leképzési hibák kijavítását, a jellemző képtulajdonságok kiemelését és a képnek a további feldolgozásra kedvezőbb, adekvát átalakítását értjük.

b.) A képosztályozás során megkeressük a képen előforduló alakzatokat, illetve a képet jellemző különféle sajátosságokat. Az ezekhez mindig rendelhető numerikus értékekkel vagy a köztük lévő relációkkal leírjuk, majd osztályozzuk a képet, illetve egyes részeit. Fontos megjegyezni, hogy ez a leírás lényegesen eltérhet a grafikus rendszerekben említett leírásoktól, hiszen a sajátságok sokszor nem is geometriai jellegűek.

c.) Végül a képfelismerés célja a képen rögzített valós világ leírása, a tárgyak felismerése és azonosítása, egy - tanulás útján bővülő - tudásbázisból már ismert alakzatokkal. Ennek alapján valamilyen feldolgozási célkitűzés teljesítése. A végső cél a látás automatizálása, a vizuális információt közvetlenül megértő, ezzel vezérelt robotok/automaták előállítása.

A látási folyamatnak ezen egyszerűsített modell szerinti megközelítése sokféle és egymással bonyolult kölcsönhatásban lévő módszer és eljárás megvalósítását igényli, ezért az egyes szintek között nem lehet éles határvonalat vonni.

(Példák a mai technológiák alkalmazására. A digitális képfelismerés leggyakoribb esetei: újlenyomat vizsgálat, bankjegy automaták, rendszám digitális kiértékelése)