數(shù)字圖像處理技術(shù)綜述

文德仲

摘 要：數(shù)字圖像處理是指將圖像信號(hào)通過一定的離散處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過程。早期的圖像處理是改善圖像的質(zhì)量，讓人們能看到更為直觀的圖像顯示。該文詳細(xì)論述了數(shù)字圖形處理技術(shù)的發(fā)展歷史、技術(shù)分類及其主要應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：數(shù)字 圖像處理 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）03（b）-0022-02

數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展是十分迅速的，從早期的電報(bào)打印機(jī)打印的粗糙圖片，到圖像信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸并清晰顯示出來，到現(xiàn)在數(shù)字圖像處理技術(shù)可以觀看到人體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)等等，在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，在人們生活中的作用也越來越顯著。

1 數(shù)字圖像處理技術(shù)的主要分類

數(shù)字圖像處理的技術(shù)基本可以分為兩大類：分別是模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理.模擬圖像處理內(nèi)容主要包括光學(xué)圖像處理和電子圖像處理。如人們平常拍照、攝像頭監(jiān)控和電視信號(hào)處理等都屬于模擬圖像處理。模擬圖像處理的優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，系統(tǒng)占用運(yùn)行內(nèi)存小，圖像實(shí)時(shí)性強(qiáng)， 能夠在處理的同時(shí)進(jìn)行其他圖像的處理，其缺點(diǎn)是處理精度較差，處理功能比較單一，沒什么智能判斷能力和非線性處理的能力。

數(shù)字圖像處理技術(shù)是目前主流的處理技術(shù)，其功能的實(shí)現(xiàn)一般需要計(jì)算機(jī)軟件的支持，所以一般也稱之為計(jì)算機(jī)圖像處理。數(shù)字圖像處理有很多優(yōu)勢(shì)，如處理內(nèi)容方面，處理精度方面，處理靈活性等等都是模擬圖像處理所比不上的，而且可以進(jìn)行復(fù)雜的非線性處理，改變處理功能只需要進(jìn)行不同功能模塊的重新編碼和參數(shù)變換，但其處理速度慢，尤其是在進(jìn)行復(fù)雜的圖像處理時(shí)更要占用更高的內(nèi)存。

2 數(shù)字圖像處理技術(shù)的主要內(nèi)容

2.1 圖像的顯示

圖像顯示是數(shù)字圖像處理技術(shù)中最基本也是最重要的一門技術(shù)，對(duì)于計(jì)算機(jī)來說，獲取信息的最直觀的方式就是圖像的觀看，任何其他圖像處理技術(shù)都需要先顯示圖像，然后在圖像做后續(xù)操作，如對(duì)圖像進(jìn)行特效顯示，包括圖像的掃描，圖像的移動(dòng)，分條柵欄，馬賽克效果，百葉窗效果等，所以圖像顯示的原理和基本方法是數(shù)字圖像處理技術(shù)中所必須掌握的[1]。

計(jì)算機(jī)顯示圖像并不是直接打開圖像并顯示在電腦熒幕上，當(dāng)大家想要打開一幅圖像時(shí)，計(jì)算機(jī)首先得調(diào)用電腦自帶的調(diào)色板，一幅位圖里面包含了圖像顏色信息表，當(dāng)載入位圖，并且準(zhǔn)備打開位圖的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)先將位圖自身的顏色信息表即調(diào)色板載入系統(tǒng)調(diào)色板，然后顯示硬件調(diào)用系統(tǒng)調(diào)色板就可以顯示位圖原來的顏色了。

2.2 圖像的幾何處理

為了滿足視覺的不同需要，人們需要對(duì)圖像的顯示進(jìn)行不同的處理，以求給人帶來最適合的視覺效果，其方法包括坐標(biāo)變換，圖像的放大，縮小，旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等。

2.3 圖像的變換域處理

數(shù)字圖像處理經(jīng)常要用到線性系統(tǒng)，在圖像處理中使用空間作為參數(shù)來描述，通常用二維系統(tǒng)進(jìn)行表示，輸入函數(shù)f（x，y）表示原始圖像，輸出函數(shù)g（x，y）表示經(jīng)處理后的圖像，線性系統(tǒng)可以看作是輸入函數(shù)和輸出函數(shù)之間的一種映射w，反映了各種線性圖像的處理方法，關(guān)系公式如下：

當(dāng)將圖像有空間域變換到頻域時(shí)，一般要用到線性正交變換，線性正交變換算法主要包括傅立葉變換離散小波變換，離散余弦變換等。

2.4 圖像的銳化處理

許多圖像里面的有用信息比較不顯眼，這時(shí)需要對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)顯示，抑制其中不重要的信息，突出顯示其中重要的信息，讓兩個(gè)部分有鮮明的對(duì)比，能讓用戶有更加直觀的視覺信息，可以提高有用信息的接收率。

而圖像復(fù)原的目的也是為了增強(qiáng)圖像的顯示效果，它跟圖像增強(qiáng)的區(qū)別在于：圖像增強(qiáng)是采用各種技術(shù)來增強(qiáng)圖像的視覺效果，不去考慮之前的圖像是因?yàn)槭裁丛蛐枰鰪?qiáng)。因此，圖像增強(qiáng)是以圖像符合人們的視覺觀為主，不用管增強(qiáng)之后和原圖是不是有比較大的區(qū)別。圖像復(fù)原處理跟圖像增強(qiáng)處理完全不同，它需要知道圖像復(fù)原前的算法，并且根據(jù)已經(jīng)退化的圖像得到逆算法將圖像復(fù)原，然后才能對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。

2.5 JPEG圖像的壓縮編碼

其核心思想就是在滿足一定質(zhì)量的情況下減少圖像占用的內(nèi)存，因?yàn)閳D像中有許多與大家想要信息無關(guān)的區(qū)域或冗余信息，這些信息不僅占用內(nèi)存，而且傳輸過程中需要更多的帶寬，所以，對(duì)圖像進(jìn)行編碼壓縮能盡可能節(jié)約帶寬資源，提高傳輸速度，給圖像顯示帶來更好的體驗(yàn)。圖像壓縮編碼方法很多，從信息論方面看主要可以分為兩大類：冗余度壓縮方法和信息度壓縮方法。

2.6 圖像的灰度變換

圖像的灰度變換處理是圖像增強(qiáng)處理技術(shù)中單個(gè)一種非常基礎(chǔ)、直接的空間域處理方法，灰度處理是指根據(jù)某種目標(biāo)條件按一定變換關(guān)系逐點(diǎn)改變?cè)瓐D中每個(gè)像素灰度值的方法，目的是為了改變圖像質(zhì)量，讓圖像顯示效果更加清晰，如攝像頭在室內(nèi)光照不強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致圖像顯示不清晰，灰度過于集中。灰度變換處理方法主要包括線性變換和非線性變換。

圖像處理內(nèi)容包括很多方面，以上所舉只是一部分，專業(yè)的數(shù)字圖像處理技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些方面的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展越來越快，數(shù)字圖像處理技術(shù)的復(fù)雜程度只會(huì)越來越深，所以，在數(shù)字圖像處理技術(shù)這一門博大精深的課程中，擇一而精也是一個(gè)很好學(xué)習(xí)態(tài)度[2]。

3 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用

數(shù)字圖像處理技術(shù)在各行各業(yè)應(yīng)用都不可或缺，它已經(jīng)從剛開始的高科技領(lǐng)域逐步滲透到人們的日常生活中，例如天氣預(yù)報(bào)信息收集、醫(yī)院身體各方面檢測(cè)、銀行自助提款機(jī)、全國(guó)各地的大小超市商品編碼、道路交通監(jiān)控、重要部門的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、可視電話視頻傳輸技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)媒體信息傳輸?shù)鹊取?/p>

3.1 遙感航天中的應(yīng)用

天文、太空星體的探測(cè)及分析，數(shù)字圖像處理可以根據(jù)拍攝到的星體輪廓等進(jìn)行智能分析。軍事偵察、定位、指揮等，如現(xiàn)在的衛(wèi)星地圖，手機(jī)定位系統(tǒng)；地質(zhì)、地形、地圖的普查及繪制，如網(wǎng)上和手機(jī)上和司機(jī)普遍使用的電子地圖和導(dǎo)航儀；地下礦藏的偵察，地質(zhì)勘查儀等通過超聲波檢測(cè)地質(zhì)層，然后用數(shù)字圖像處理的方法把地質(zhì)層構(gòu)成顯示出來；環(huán)境污染的監(jiān)控，有物理監(jiān)控和自動(dòng)化智能監(jiān)控等；氣象、天氣預(yù)報(bào)的合成分析。

3.2 生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

顯示圖像處理，平常我們所使用的CT照，B超等技術(shù)；DNA顯示分析；生物進(jìn)化的圖像分析；專家系統(tǒng)如手術(shù)規(guī)劃；內(nèi)臟大小、形狀、活動(dòng)及異常檢出分析；癌細(xì)胞的識(shí)別。

3.3 工業(yè)應(yīng)用

產(chǎn)品無損檢測(cè)、焊縫及內(nèi)部缺陷檢測(cè)；流水線零件自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別；生產(chǎn)過程的監(jiān)控；交通管理、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控；支票、簽名辨?zhèn)渭白R(shí)別；機(jī)器人視覺系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.4 軍事公安領(lǐng)域中的應(yīng)用

罪犯臉型的合成；指紋自動(dòng)識(shí)別；巡航導(dǎo)彈主動(dòng)識(shí)別；手跡、印章的鑒定識(shí)別；遙控飛行器的引導(dǎo)；雷達(dá)的目標(biāo)偵察。

數(shù)字圖像處理短短幾十年得到了飛躍式的發(fā)展，技術(shù)的精進(jìn)帶來的是我們生活中、科技中。教育中、醫(yī)學(xué)中的各種技術(shù)的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量在一天天提高，工廠和生產(chǎn)等的工作效率也是突飛猛進(jìn)，這些都離不開智能化，自動(dòng)化的數(shù)字圖像處理技術(shù)，在未來的不久，數(shù)字技術(shù)將給我們帶來更為巨大的改變。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊淑瑩.VC++圖像處理程序設(shè)計(jì)[M].2版.北京交通大學(xué)出版社，2005.

[2] 李蘭友，王學(xué)彬.Visual C++圖像處理程序設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003：156-174.