淺談圖像處理技術及應用

朱會東 蘭州科技職業學院

在信息技術高度發展的時代，人們獲取信息的方式多種多樣。而在文字，圖像，音頻，等各種信息表示方式中，大部分人更愿意通過圖像來獲取信息，因為圖像所表示的信息更加直觀，容易理解。圖像處理技術在我國興起于20 世紀60 年代，是一種將圖像信號轉換為數字信號，并通過計算機進行相應的加工處理的技術。

一、圖像的定義

信號時信息的載體。從一般的意義上說，信號可以視為是指標空間到值空間的映射。圖像也可以定義為一個映射，其值空間為亮度（包括顏色），其指標空間有位置、時間、波長等組成。圖像是自然景物的客觀反映，是我們的視覺基礎，也是人類認識世界和本身的重要源泉。"圖"是物體反射的分布，"像"是人的視覺系統所接受的圖在人腦中所形成的印象或認識，照片、繪畫、地圖、書法、影視畫面、心腦電圖、等都是圖像。

二、對圖像的處理分類及方法

1. 圖像去噪聲

噪聲指影響人們工作學習休息的聲音，在物理學中物體做無規則震動所發出的聲音稱為噪聲，指的是對人們聽覺造成干擾的信息。圖像的噪聲是圖像中各種妨礙人們對其信息接受的因素，值得是對人們視覺造成干擾的信息。圖像去除噪聲就是通過計算機對已經數字化的圖像信息進行處理，加強圖像中的有用信息，減弱圖像中的干擾信息，從而提高圖像質量，使圖像更加清晰。常用去噪聲的方法是采用濾波器對帶噪聲圖像進行濾波處理，如算術平均濾波、中值濾波等。通過圖像去噪聲處理，可以將圖像中對人們有用的信息凸現出來，方便閱讀者更加容易獲取。

2. 圖像壓縮

隨著信息技術的發展，人們對圖像的質量要求越來越高。假設一張普通的RGB 模式的圖像占用空間為1M,如果將它的分辨率調整為原來的10 倍，它所占用的空間在不加壓縮的情況下，將達到10M,也就是說一個1GB 的U 盤只能存儲分辨率調高后的這種圖像文件個數在100 張左右。這與人們“圖像高清占用空間小”的實際需要相差太大，所以對圖像進行壓縮處理是必要的。圖像的壓縮處理就是去除圖像數據的冗余，即圖像中相鄰像素間的相關性引起的空間冗余，圖像序列中不同幀之間存在相關性引起的時間冗余及不同彩色平面或頻譜帶的相關性引起的頻譜冗余，從而減小圖像信息的大小。因為圖像數據一般都比較大，所以在傳送過程中，壓縮是很重要的一步。圖像壓縮的方法主要分為無損壓縮和有損壓縮，無損圖像壓縮方法有：行程長度編碼、熵編碼法。有損壓縮方法有：色度抽樣，變換編碼，分形壓縮等。

3. 圖像美化

圖像美化，就是利用計算機對圖像信息進行加工以滿足人們的視覺心理或者應用需求的行為。圖像美化處理的發展歷史并不是很長，但在當前的應用比較廣泛。隨著人們生活水平的提高，每個人的審美能力也有了較大的提升，這就要求他們所看到的圖像要更加美觀才能被廣泛認同，圖像美化技術通過計算機對圖像信息的處理可以使圖像更加符合大眾的審美需求。在圖像美化的過程中，處理的內容之間是有聯系的，對于圖像處理系統來說，經常需要結合幾種處理技術才能得到最終的美化圖。進行圖像美化的第一步是將圖像數字化，對于數字化后的圖像采用編碼技術可以進行存儲或傳輸，通過圖像增強技術和圖像復原技術對圖像進行處理，最終通過圖像分割技術得出的圖像特征作為最后結果，或者作為下一次圖像處理的基礎。在計算機中，常見的圖像模式有RGB 模式,CMYK 模式,索引模式，灰度模式等，其中CMYK 模式主要用于需要打印在紙張上的圖像，處理的相對比較多的就是RGB 模式的圖像，目前大多數的圖像處理軟件對以上模式的圖像都可以進行處理。在眾多的的圖像處理軟件中，Adobo 公司的Photoshop 圖形圖像處理軟件最為有名，功能也比較強大，被好多高校開設為專門的課程來學習，自1990 年起，Adobo 公司一共推出了九大版本的Photoshop 軟件，目前比較流行的是Photoshop cs 系列版本和Photoshop cc 系列版本。

4. 圖像識別

圖像刺激作用于感覺器官，人們辨認出它是經驗過的某一圖像的過程，稱為圖像識別。在圖像識別中，不僅要有感官信息，還要有記憶中存儲的信息，只有通過存儲的信息與當前的信息進行比較的加工過程，才能實現圖像的再認。數字圖像識別的研究始于1965 年，在圖像識別的發展中，主要有三種識別方法：統計模式識別、結構模式識別、模糊模式識別。圖像識別以圖像的主要特征為基礎，比如8是上下兩個圈，O 是一個圈，每個圖像都有自己的特征。在計算機識別系統中，所使用的識別程序，以模擬人類對圖像的識別活動為主。比如模板匹配模型，已經驗中的這個圖像作為模板，當前圖像與模板相匹配時，這個圖像就會被識別，比如識別數字8，在記憶經驗中就會有個數字8 的模板，當前的圖像與模板中的8 匹配時，8 就會被識別，此方法可以用在指紋識別或者人臉識別技術中。

5. 圖像重建

隨著CT 技術的普及應用，圖像重建處理技術也迎來了發展。圖像重建是一種新生的數字圖像處理領域的技術，指的是通過采集有關的圖像數據來重建影像圖像，一般的處理方法有：代數法，迭代法，卷積反投影法等。

三、圖像處理技術在生活中的應用

1.生物醫學領域的應用：早期的CT 技術，心電圖分析，以及x光，放射治療超聲波處理；后期的細胞識別等方面都用到了圖像處理技術，

2.國防公安領域的應用：導彈運行路徑的分析判斷；雷達，聲吶等偵查圖像的處理分析，犯罪現場指紋的分析，機場客運站的人體掃描等。

3.通信領域的應用：圖像的傳輸，通訊軟件之間的視頻處理，由于圖像傳輸的數據比較大，在傳輸中需要用到圖像壓縮編碼等技術。

4.航天航空領域的應用：星球表面圖像的采集分析，通過對拍攝傳回的星球表面的圖像進行分析處理，獲得有價值的科研信息，

5.公司企業人事管理中的應用：上班指紋打卡，人臉打卡，以及公司內部遠程視頻會議，企業文化的宣傳等方面都要用到圖像處理技術。

6.工業工程方面的應用：印刷電路板的檢查，快遞郵件的識別分揀，生產線中零件的質檢分類，數控智能焊接的控制圖像的生成等。

7.文化藝術方面的應用：視頻的編輯處理，動畫及游戲的制作，平面廣告的設計，造型設計，體育中運動員的動作分析等。

四、總結

本文從圖像的定義談起，歸納介紹了圖像去噪、圖像壓縮、圖像美化、圖像識別、圖像重建等圖像處理技術，并對楚翔處理技術的應用領域做了分析。隨著計算機多媒體技術的發展，圖像處理技術的應用范圍將會越來越廣泛，結合圖像設計與制作，我們要充分應用圖像處理技術，繼續促進計算機設計與制作的發展。