常用圖像編輯與增強技術研究

王珍 四川省衛生健康宣傳教育中心

隨著計算機技術的不斷發展，數字圖像得到了廣泛應用。圖像與文本、音頻等其他信息存儲模式相比，具有更大的信息量，是一種更加直接準確的信息載體。數字圖像信息能夠方便地以二進制編碼的形式存儲于計算機中，圍繞數字圖像的編輯處理技術也逐漸成為圖像處理研究的重中之重。圖像編輯和圖像增強技術是通過某些特定操作來改變圖片質量、位置的，在各行各業已得到普遍運用，研究它們的基本原理有著重要意義。

一、常見圖像編輯技術

眾所周知，電腦中存儲的圖像是由很多個像素(Pixel)以矩陣的形式組成，而每一個像素即是圖像矩陣中不可分割的一個單位，其本質是具有確定位置并包含亮度和色彩信息的二進制編碼。圖像處理軟件就是通過一系列的算法以某種特定的規律來改變像素的賦值，從而完成確定的圖像編輯功能。生活中我們所接觸的圖像處理軟件眾多，其中比較常見的有Adobe Photoshop、Corel Draw、In Design等，所設計的圖像編輯功能也很多，例如圖像縮放、圖像鏡像、圖像旋轉等，但這些軟件究竟是如何對圖像進行編輯的呢，下面我們將介紹不同編輯功能的實現方式。

(一)圖像縮放

在計算機圖像處理過程中，圖像縮放(image scaling)是指對數字圖像的大小進行調整的過程。圖像縮放并非簡單的線性變換，圖中的像素在縮放前后往往會發生變化，像素點會隨著縮放的進行而增加或減少，而完成這個過程就需要用到特殊的算法進行近似處理，常見的有直接賦值法和插值法。其中，直接賦值法相對簡單，也叫鄰域賦值，即在圖像放大的過程中，將每一個像素的數值直接賦值給臨近的四個像素點，這種方法雖然能夠對原圖信息進行最大程度保存，處理速度較快，但是容易出現鋸齒狀現象。相比而言，運用插值法實現圖像縮放技術效果較好，插值法主要包括雙線性插值和雙三次插值，插值法可提升縮放圖片的清晰度，但其缺點是計算量巨大，影響縮放效率。所以，圖像縮放的速度與清晰度是一個此消彼長的矛盾體，在實際應用中，應當注重權衡。

(二)圖像鏡像變換

圖像鏡像變換實際上是將現有圖像圍繞某個固定的對稱軸進行定向旋轉的過程，一般有垂直、水平和自定義三種鏡像。水平鏡像是以圖片垂直中線為對稱軸，將中線兩邊的像素點位置以中線為軸映射到另一邊。而垂直鏡像是以圖片水平中線為對稱軸，將中線兩邊的像素點位置以水平中線為軸映射到另一側。在鏡像變換過程中，原有圖像的大小、形狀、像素數值不會被改變。

(三)圖像旋轉

圖像旋轉是一種非常常見的圖像編輯技術，圖像旋轉一般需要以圖像中心為原點，所有像素圍繞原點進行一定角度的旋轉。旋轉后的圖像像素點一般會改變，值得注意的是，為了避免圖像信息丟失，在圖像旋轉之前，應當對圖像的像素點進行整體平移，此外，旋轉后的圖像往往存在一些空洞點，影響圖片顯示效果，因此，圖像旋轉不僅要用到像素點坐標的幾何變換，也要用到圖像插值技術。

(四)圖像透視

圖像透視是以人眼觀察方法為基礎，是將三維空間的事物遵循一種特定的視覺空間變化規律展現到二維空間的平面上的過程，即在人與建筑物之間設立一個透明的鉛垂面K作為投影面，人的視線(投射線)透過投影面而與投影面相交所得的圖形。經過透視變換的圖像具有三維的立體特征，其特點簡單來說是近處的物體大，遠處的物體小。由于人的視線并不是平行的，因此透視變換并不是一種線性變換，在變換過程中需要乘以特定的變換矩陣。

(五)圖像仿射

圖像的仿射變換有點類似于透視變換，其本質是將圖像像素點坐標進行一次線性變換后平移后形成的新的向量空間。在有限維的情況，每個仿射變換可以由一個矩陣A和一個向量b給出，它可以寫作A和一個附加的列b。圖像仿射變換可將原圖像通過一系列二維變換形成特定的利于機器識別、人眼觀察的圖像，已廣泛應用于醫學影像、智能圖像識別、軍事航空等領域。

二、常見圖像增強技術

圖像增強技術，顧名思義，它是為了適應圖像應用場合而增強圖像中的有用信息、改善圖像質量的過程。圖像增強技術是通過一些技術手段來增強圖像某些特定特征，強調圖片中某些感興趣的特性，抑制不感興趣的特征，增強圖片識別效果，以滿足不同場合的需求。一般來說，圖像增強技術分為空間域增強法和頻率域增強法兩種。

(一)空域增強法

空域增強法將圖像中的像素點進行特殊計算，直接對圖像的灰度級做運算，從而實現特定的圖像增強效果，一般包括點運算法和鄰域去噪法。

在眾多的空域增強算法中，直方圖均衡化算法是最為經典的一種，它屬于點運算算法，通過運用概率論相關理論并通過灰度計算有效均勻圖像成像效果，實現圖像動態范圍擴大和對比度擴展。該方法需要把原圖像通過灰度均分函數變換為灰度均勻分布的直方圖，此時，圖像的信息量達到峰值，然后利用均勻分布直方圖來修正原圖像，灰度直方圖的累積分布函數與灰度變換函數相互關聯。

值得注意的是，絕大部分的原圖像的清晰度是不夠的，導致細節無法完全展示，灰度分布范圍較窄。此時，可以通過直方圖均衡化來增大圖像的灰度間距或者使圖像的灰度均勻分布，以此來增大灰度反差，達到圖像增強的目的。

(二)頻域增強法

頻域低通濾波是一種通低頻阻高頻的技術手段，圖像在經過頻域變換后，圖像的邊緣尖銳點以及噪點信號往往處于高頻段，通過低通濾波技術可以將高頻段的信號濾除，這樣就可以使得圖像更加平滑。頻率低通濾波函數的選擇應當考慮圖像頻域變換后能量在中心位置集中的情況。圖像增強技術在航空航天、生物醫學、工業生產以及公共安全等領域得到了廣泛應用，對于改善圖像質量發揮了極其重要的作用。隨著對圖像技術研究的不斷深入和發展，圖像增強方法也會不斷進步，技術革新必將會對圖像處理專業帶來長足發展。

三、結語

隨著電子時代的來臨，電視圖像編輯和增強技術在數字電視節目制作和播放過程中至關重要，是電視行業快速發展的關鍵和核心。經濟水平的不斷提高和科學技術的飛速發展為電視產業的變革提供了重要的物質基礎和技術條件，電視硬件和軟件水平大幅提升。電視媒體為更好地滿足受眾的需求，在技術上不斷進步和創新。電視圖像編輯人員要結合當前的新技術和時代發展的新特點，更好地發展和應用電視圖像編輯和增強技術，為電視行業的發展提供強大的技術支撐。