數字圖像處理技術研究與發展方向

摘 要：數字圖像處理是將圖像由模擬信號轉換為數字信號，采用計算機對圖像進行處理的過程。圖像處理的目的是修改圖形、改善圖像的質量、從圖像中提取有效信息、壓縮圖像體積等。詳細敘述三種數字圖形處理方法，最后簡述數字圖像處理領域中面臨的主要挑戰和未來發展方向。

關鍵詞：數字圖形處理；圖形處理方法；挑戰；未來發展

中圖分類號：O1 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2013）18-0246-02

一、數字圖像處理基本概述

數字圖像處理是利用計算機對圖像進行處理，常用的方法技術有去除噪聲、復原、增強、分割、提取特征等。數字圖像發展初期，主要應用于提高圖片質量，第一次應用該技術是對倫敦和紐約之間海底電纜發送的圖片進行改善。圖像處理的應用領域涉及到人類生活的方方面面。

數字圖像處理技術發展速度快、應用范圍廣是因為其具有以下優點[1]：（1）再現性好。數字圖像處理不會因一系列變換操作而導致圖像質量退化，能夠完全保證圖像的再現性。（2）處理精度高。數字圖像處理可將模擬圖像數字化為任意大小的二維數組，可以滿足任意應用需求的精度。（3）適用面寬。圖像的來源廣泛，不同信息源的圖像經過數字編碼后均可以進行數字圖像處理。（4）靈活性高。數字圖像處理的運算范疇廣泛，可以進行線性和非線性運算。

二、數字圖像處理研究內容

數字圖像處理技術是利用計算機圖像處理系統對圖像進行輸入、加工和輸出，主要研究的內容包括以下幾項：

圖像變換。圖像陣列通常比較大，如果直接進行空間域處理，會有很大的計算量，一般采用傅立葉變換等處理技術，把空間域轉換成變換域處理，可以減少計算量。

圖像編碼壓縮。圖像編碼壓縮后可以減少圖像數據量，從而在圖像傳輸時減少處理時間。圖像編碼是壓縮技術中相對比較成熟的圖像處理技術。常見的壓縮法有冗余度壓縮法、熵壓縮法等。

圖像增強和復原。圖像增強的目標是改進圖片的質量，如增加對比度、修正幾何畸變等；圖像復原是在假定已知模糊或噪聲的模型時，試圖恢復原圖像的一種技術。圖像增強方法有灰度等級直方圖處理、邊緣銳化等。

圖像分割。圖像分割是將圖像劃分為一些互不重疊的區域，以便進一步對圖像進行分析、識別、壓縮編碼等。一般采用區域法和境界法。區域法根據被分割對象與背景的對比度進行閾值運算，可以將對象從背景中分割出來。境界法利用各種邊緣檢測技術，即根據圖像邊緣處具有很大的梯度值進行檢測。這兩種方法都可以利用圖像的紋理特性實現圖像分割。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區域分割的方法，但還沒有研究出一種適用于各種圖像的有效分割方法。因此，圖像分割技術是目前圖像處理中研究的熱點之一[2]。

圖像識別也稱為模式識別，是數字圖像處理技術的一個新興的研究方向。常用的識別方法有三種：統計識別法、和模糊識別法、語法結構識別法[3]。在圖像識別中，特征提取是很重要的一環。特征提取的過程比較復雜，它和識別對象的各種物理的、形態的性能都有聯系，需要對識別對象的各種重要特征能有充分的理解，然后把這種特征轉換為數字。近年來新發展起來的模糊模式識別和人工神經網絡模式識別越來越成為數字圖像處理研究的重點。

三、數字圖像處理技術的應用

數字圖像處理技術應用領域十分廣泛，涉及到人類生活和工作的方方面面。數字圖像處理技術主要應用于下面幾個領域：（1）遙感中的應用。遙感圖像處理的效率和分辨率很高，被廣泛應用于土地測繪、礦藏勘察、環境污染檢測、氣象監測、軍事偵察等領域[4]。（2）工業生產中的應用。利用數字圖像處理技術可進行無損探傷、機器人視覺、自動控制等。（3）生物醫學中的應用。圖像處理憑借其形象直觀、無創傷、安全、方便等優點在醫學界被廣泛應用。最突出的臨床應用：核磁共振、CT技術等。（4）安全領域中應用。利用模式識別等技術，國防部門對軍事目標進行偵察、制導，公安部門對案發現場照片、指紋、手跡和人像進行處理和辨識；博物館對歷史文字和圖片檔案進行修復和管理。（5）交通中的應用。現今，交通管理趨向于自動化、智能化，我們可以利用圖像識別技術進行汽車牌照的定位，實現交通的動態管理。（6）電子商務中的應用。在電子商務領域，圖像處理技術也應用廣泛，可以進行身份認證、產品防偽、水印技術等。

四、數字圖像處理存在的問題和未來發展

數字圖像處理技術快速發展的同時也存在一定的問題，表現在以下五個方面：（1）提高精度的同時還要解決處理速度的問題，龐大的數據量和處理速度不相匹配；（2）加強軟件研究，創造新的處理方法；（3）邊緣學科的研究（如人的視覺特性）促進圖像處理技術發展；（4）理論研究進一步深化，形成自身的科學理論體系；（5）建立圖像信息庫和標準子程序，統一存放格式和檢索，方便不同領域的圖像交流和使用，實現資源共享。

參考文獻：

[1] 阮秋琦.數字圖像處理學[M].北京：電子工業出版社，2001.

[2] 許錄平.數字圖像處理[M].北京：科學出版社，2010.

[3] 李立芳.淺談數字圖像處理技術及應用[J].信息科技，2012，（3）.

[4] 唐志文.淺析數字圖像處理技術的研究現狀及其發展方向[J].硅谷，2010，（5）.

[5] 王俊麗，張艷華.淺析數字圖像處理技術[J].內江科技，2008，（4）.

[責任編輯 王玉妹]