數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

PAGE鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院2013-2014學(xué)年第2學(xué)期《信息管理前沿講座》（雙語(yǔ)I）課程論文題目數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展專業(yè)信息管理與信息系統(tǒng)班級(jí)1304972姓名學(xué)號(hào)任課教師職稱副教授二О一四年五月三十日數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展I數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展130497227王瓊菲摘要數(shù)字圖像處理是將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程。文章簡(jiǎn)述了數(shù)字圖像處理技術(shù)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)、以及數(shù)字圖像處理的過(guò)程、數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用、數(shù)字圖像處理技術(shù)的研究方向和內(nèi)容，并根據(jù)最新進(jìn)展，闡述了數(shù)字圖像處理技術(shù)5個(gè)主要研究方面的最新熱點(diǎn)，最后總結(jié)了數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域中面臨的主要發(fā)展領(lǐng)域和未來(lái)發(fā)展方向。關(guān)鍵詞數(shù)字圖像處理，采集，識(shí)別，應(yīng)用ApplicationandDevelopmentoftheDigitalImageProcessingTechnology130497227WangQiongfeiAbstractDigitalimageprocessingistoprocesstheimagesignalintodigitalsignalandprocessedbycomputertoits。Thispaperbrieflyintroducesthedigitalimageprocessingtechnology,andthemaincharacteristicsandadvantagesofdigitalimageprocessing,theapplicationofdigitalimageprocessingtechnology,thedigitalimageprocessingtechnologyresearchdirectionandcontent,andaccordingtothelatestadvancesindigitalimageprocessingtechnology,introduces5newhotmainresearchaspects,summarizesthemaindevelopmentfacesinthefieldoftechnologyinthefieldofdigitalimageprocessingandthedevelopmentdirectioninthefuture。KeywordsDigitalimageprocessing,Collection,Identification,ApplicationPAGE2（4）數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評(píng)價(jià)的，因此受人的因素影響較大。由于人的視覺(jué)系統(tǒng)很復(fù)雜，受環(huán)境條件、視覺(jué)性能、人的情緒愛(ài)好以及知識(shí)狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)還有待進(jìn)一步深入的研究。另一方面，計(jì)算機(jī)視覺(jué)是模仿人的視覺(jué)，人的感知機(jī)理必然影響著計(jì)算機(jī)視覺(jué)的研究，這些都是心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)正在著力研究的課題。3.2數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)(1)再現(xiàn)性好。數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于，它不會(huì)因圖像的存儲(chǔ)、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化，只要圖像在數(shù)字化時(shí)準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過(guò)程始終能保持圖像的再現(xiàn)。(2)處理精度高。按目前的技術(shù)，幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組，現(xiàn)代掃描儀可以把每個(gè)像素的灰度等級(jí)量化為16位甚至更高，這意味著圖像的數(shù)字化精度可以達(dá)到滿足任一應(yīng)用需求。(3)適用面寬。圖像可以來(lái)自多種信息源，從圖像反映的客觀實(shí)體尺度看，可以小到電子顯微鏡圖像，大到航空照片、遙感圖像甚至天文望遠(yuǎn)鏡圖像。這些來(lái)自不同信息源的圖像只要被變換為數(shù)字編碼形式后，均是用二維數(shù)組表示的灰度圖像組合而成，因而均可用計(jì)算機(jī)來(lái)處理。(4)靈活性高。數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)來(lái)表達(dá)的一切運(yùn)算均可用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)。3.3數(shù)字圖像處理技術(shù)的處理過(guò)程（1）圖像的獲取首先從圖像的獲取，即成像的角度來(lái)看：要進(jìn)行圖像處理首先要獲取圖像，從成像的傳感器看，有一般的電視攝象機(jī)可獲取一般可見(jiàn)光圖像信號(hào)；有紅外攝像機(jī)，專門(mén)攝取紅外圖像其在軍事上有很高的實(shí)用價(jià)值；有聲波成像，利用物質(zhì)聲學(xué)參數(shù)對(duì)聲波傳播的影響，可獲取不透明的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息和圖像；有x光成像，利用物體對(duì)x光的穿透性不同，獲得物體內(nèi)部形狀信息；有γ射線成像，利用同位素中γ粒子的成像獲取人體器官功能的信息，檢測(cè)人體器官功能正常與否；還有核磁共振成像，利用不同物質(zhì)核磁共振的曲線變化，獲取人體器官變化的信息等等。（2）圖像的增強(qiáng)與復(fù)原獲取到的圖像，往往帶有各種畸變和干擾。（3）多媒體系統(tǒng)中的數(shù)字圖像技術(shù)。近年來(lái)，在各國(guó)大量興起的多媒體技術(shù)和系統(tǒng)的研究熱潮中，主要是要將動(dòng)態(tài)的圖像、圖形、聲音、文字等多種信息和計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起綜合使用，以使得計(jì)算機(jī)的人機(jī)關(guān)系得以全面改善。4數(shù)字圖像處理主要研究的內(nèi)容（1）圖像變換由于圖像陣列很大，直接在空間域中進(jìn)行處理，涉及計(jì)算量很大。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅里葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理（如傅立葉變換可在頻域中進(jìn)行數(shù)字濾波處理）。（2）圖像編碼壓縮圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特?cái)?shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時(shí)間和減少所占用的存儲(chǔ)器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。（3）圖像增強(qiáng)和復(fù)原圖像增強(qiáng)和復(fù)原的目的是為了提高圖像的質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。（4）圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來(lái)，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。（5）圖像描述是圖像識(shí)別和理解的必要前提。作為最簡(jiǎn)單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。（6）圖像分類（識(shí)別）屬于模式識(shí)別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過(guò)某些預(yù)處理（增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類5數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域5.1航天和航空技術(shù)方面航天和航空技術(shù)方面的應(yīng)用是在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。許多國(guó)家每天派出很多偵察飛機(jī)對(duì)地球上有興趣的地區(qū)進(jìn)行大量的空中攝影。對(duì)由此得來(lái)的照片進(jìn)行處理分析，以前需要雇用幾千人，而現(xiàn)在改用配備有高級(jí)計(jì)算機(jī)的圖像處理系統(tǒng)來(lái)判讀分析，既節(jié)省人力，又加快了速度，還可以從照片中提取人工所不能發(fā)現(xiàn)的大量有用情報(bào)。如LANDSAT系列陸地衛(wèi)星，采用多波段掃描器（MSS），在900km高空對(duì)地球每一個(gè)地區(qū)以18天為一周期進(jìn)行掃描成像，其圖像分辨率大致相當(dāng)于地面上十幾米或100米左右（如1983年發(fā)射的LANDSAT-4，分辨率為30m）。這些圖像在空中先處理（數(shù)字化，編碼）成數(shù)字信號(hào)存入磁帶中，在衛(wèi)星經(jīng)過(guò)地面站上空時(shí)，再高速傳送下來(lái)，然后由處理中心分析判讀。這些圖像無(wú)論是在成像、存儲(chǔ)、傳輸過(guò)程中，還是在判讀分析中，都必須采用很多數(shù)字圖像處理方法?，F(xiàn)在世界各國(guó)都在利用陸地衛(wèi)星所獲取的圖像進(jìn)行資源調(diào)查（如森林調(diào)查、海洋泥沙和漁業(yè)調(diào)查、水資源調(diào)查等），災(zāi)害檢測(cè)（如病蟲(chóng)害檢測(cè)、水火檢測(cè)、環(huán)境污染檢測(cè)等），資源勘察（如石油勘查、礦產(chǎn)量探測(cè)、大型工程地理位置勘探分析等），農(nóng)業(yè)規(guī)劃（如土壤營(yíng)養(yǎng)、水份和農(nóng)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量的估算等），城市規(guī)劃（如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水源及環(huán)境分析等）。我國(guó)也陸續(xù)開(kāi)展了以上諸方面的一些實(shí)際應(yīng)用，并獲得了良好的效果。在氣象預(yù)報(bào)和對(duì)太空其它星球研究方面，數(shù)字圖像處理技術(shù)也發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。5.2生物醫(yī)學(xué)工程方面數(shù)字圖像處理在生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用十分廣泛，而且很有成效，就是在對(duì)醫(yī)用顯微圖像的處理分析，如紅細(xì)胞、白細(xì)胞分類，染色體分析，癌細(xì)胞識(shí)別等。5.3通信工程方面當(dāng)前通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)合的多媒體通信。5.4工業(yè)和工程方面在工業(yè)和工程領(lǐng)域中圖像處理技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)裝配線中檢測(cè)零件的質(zhì)量、并對(duì)零件進(jìn)行分類，印刷電路板疵病檢查，彈性力學(xué)照片的應(yīng)力分析，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動(dòng)分揀，在一些有毒、放射性環(huán)境內(nèi)識(shí)別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)，先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中采用工業(yè)視覺(jué)等等。5.5軍事公安方面在軍事方面圖像處理和識(shí)別主要用于導(dǎo)彈的精確末制導(dǎo)，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲(chǔ)和顯示的軍事自動(dòng)化指揮系統(tǒng)，飛機(jī)、坦克和軍艦?zāi)M訓(xùn)練系統(tǒng)等；公安業(yè)務(wù)圖片的判讀分析，指紋識(shí)別，人臉鑒別，不完整圖片的復(fù)原，以及交通監(jiān)控、事故分析等。目前已投入運(yùn)行的高速公路不停車(chē)自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中的車(chē)輛和車(chē)牌的自動(dòng)識(shí)別都是圖像處理技術(shù)成功應(yīng)用的例子。5.6文化藝術(shù)方面目前這類應(yīng)用有電視畫(huà)面的數(shù)字編輯，動(dòng)畫(huà)的制作，電子圖像游戲，紡織工藝品設(shè)計(jì)，服裝設(shè)計(jì)與制作，發(fā)型設(shè)計(jì)，文物資料照片的復(fù)制和修復(fù)，運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作分析和評(píng)分等等，現(xiàn)在已逐漸形成一門(mén)新的藝術(shù)--計(jì)算機(jī)美術(shù)。5.7機(jī)器人視覺(jué)機(jī)器視覺(jué)作為智能機(jī)器人的重要感覺(jué)器官，主要進(jìn)行三維景物理解和識(shí)別，是目前處于研究之中的開(kāi)放課題。機(jī)器視覺(jué)主要用于軍事偵察、危險(xiǎn)環(huán)境的自主機(jī)器人，郵政、醫(yī)院和家庭服務(wù)的智能機(jī)器人，裝配線工件識(shí)別、定位，太空機(jī)器人的自動(dòng)操作等。5.8視頻和多媒體系統(tǒng)目前，電視制作系統(tǒng)廣泛使用的圖像處理、變換、合成，多媒體系統(tǒng)中靜止圖像和動(dòng)態(tài)圖像的采集、壓縮、處理、存貯和傳輸?shù)取?.9科學(xué)可視化圖像處理和圖形學(xué)緊密結(jié)合，形成了科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域新型的研究工具。5.10電子商務(wù)在當(dāng)前呼聲甚高的電子商務(wù)中，圖像處理技術(shù)也大有可為，如身份認(rèn)證、產(chǎn)品防偽、水印技術(shù)等。6圖像處理技術(shù)未來(lái)發(fā)展主要體現(xiàn)在在以下4個(gè)方面:朝高速、高分辨率、立體化、多媒體、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。具體表現(xiàn):（1）提高硬件速度。這不僅僅要提高計(jì)算機(jī)的速度，而且A/D和D/A的速度要實(shí)時(shí)化。（2）提高分辨率。主要是提高采集分辨率和顯示分辨率，其主要困難是顯像管的制造和圖像圖形刷新存取速度。（3）立體化。圖像是二維信息，信息量更大的三維圖像將隨意計(jì)算圖形學(xué)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展將得到廣泛應(yīng)用。（4）多媒體化。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的多媒體技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)就是圖像數(shù)據(jù)的壓縮，目前數(shù)據(jù)壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有多個(gè)，而且還在展，它將朝著人類接收和處理信息最自然的方式發(fā)展。（5）智能化。力爭(zhēng)使計(jì)算機(jī)識(shí)別和理解能夠按照人的認(rèn)識(shí)和思維方式工作，能夠考慮到主觀概率和非邏輯思維。（6）標(biāo)準(zhǔn)化。從整體上看，圖像處理技術(shù)目前還沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。圖像和圖形相結(jié)合朝著三維成像或多維成像。7結(jié)語(yǔ)隨著數(shù)字技術(shù)、成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷研制和開(kāi)發(fā)，其模糊模式識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式分類在圖像識(shí)別也越來(lái)越受到重視。數(shù)字圖形處理技術(shù)在今后的國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)、航天航空、通信、軍事應(yīng)用等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，地位越來(lái)越重要，在未來(lái)現(xiàn)代化建設(shè)中將要發(fā)揮無(wú)與倫比的重要作用。參考文獻(xiàn)[1]王繼軍，等.一種新的數(shù)字圖像分存方法[J].計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用，2007(31):79-81[2]郭