【精品完整版】数字图像处理

1、武汉科技学院09届毕业设计论文、八前言图像对我们并不陌生。它是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界 而获得的。我们生活在一个信息时代，科学研究和统计表明，人类从外界获得的 信息约有75%来自视觉系统，也就是从图像中获得的。进入 21世纪的今天，信息 处理和信息交流越来越多，而图像可以直接或间接作用于人眼并而产生视知觉的 实体。图像信息是生活中接触最多的信息之一。因此，图像信息处理就显的尤其 重要，也因此，人们对于图像滤波器的设计越来越重视。滤波器的设计与滤波器 的的性能息息相关，所以应特别重视滤波器的性能分析。在图像处理中，往往存在干扰噪声而使图像变得模糊。因此，必须对图像中 的噪声进行

2、滤除，而使用的工具就是滤波器。滤波器是一种选频装置，可以使信 号中特定的频率成分通过，而极大的衰减其它频率成分。在图像处理中，利用滤 波器的这种选频作用，可以滤除图像中的噪声，尽可能地还原干净真实的画面。数字图像处理方法的研究源于两个主要应用领域：其一是为了便于人们分析 而对图像信息进行改进；其二是为了使机器自动理解而对图像数据进行存储、传 输及显示。本文有几个主要目的：（1）界定图像与数字图像处理的定义；（2）回 顾一下数字图像处理领域的历史起源及主要应用领域；（3）介绍滤波器的发展状况及基本知识；（4）比较低通和高通滤波器，理想与实际滤波器的区别；（5）概述一下图像处理中运用的降噪滤波器，

3、并分析几滤波器的特性；（6）在VC+环境下进行编程，运行程序，比较几种滤波器的图像处理能力；（7）列出一些图像处理及滤波器方面的参考文献。1图像和数字图像1.1图像与图像识别图像作为人类感知世界的视觉基础，是人类获取信息，表达信息和传递信息 的重要手段。研究表明，人类获取的视觉图像信息在人类接受的信息中的比重达 很高，“百闻不如一见”便是非常形象的例子。虽然图像一词在人们日常生活交流中的使用频率很高，大多数人也知道一幅图像是什么，但对图像却没有严格的定义。常见的几种描述是：图像是人或事物 的一个模仿或表示，一个生动的或图形化的描述：,；等等。“图”是物体透视 光或发射光的分布，“像”是人的视觉

4、系统对图的接收在大脑中形成的印象或认识。 图像是两者的结合，图像是客观景物通过某种系统的一种映射。照片、电影、电 视、图画等都属于图像的范围。图像是人们获取信息的一个重要来源。图像识别可能是以图像的主要特征为基础的。每个图像都有它的特征,如字母A有个尖，P有个圈、而 丫的中心有个锐角等。对图像识别时眼动的 研究表明，视线总是集中在图像的主要特征上，也就是集中在图像轮廓曲度 最大或轮廓方向突然改变的地方，这些地方的信息量最大。而且眼睛的扫描 路线也总是依次从一个特征转到另一个特征上。由此可见，在图像识别过程 中，知觉机制必须排除输入的多余信息，抽出关键的信息。同时，在大脑里必定有一个负责整合信息

5、的机制，它能把分阶段获得的信息整理成一个完整的知觉映象。人的图像识别能力是很强的。图像距离的改变或图像在感觉器官 上作用位置的改变，都会造成图像在视网膜上的大小和形状的改变。即使在 这种情况下，人们仍然可以认出他们过去知觉过的图像。甚至图像识别可以 不受感觉通道的限制2。例如，人可以用眼看字，当别人在他背上写字时， 他也可认出这个字来。1.2数字图像处理1.2.1数字图像处理概述及发展状况数字图像处理(Digital Image Processing )又称为计算机图像处理，它是 指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程o数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机

6、已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作 为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室(JPL)。他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等 方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制 出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万张照 片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字 图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，

7、如对火星、土星等星球 的探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得 的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。1972年英国EMI公司工程师Housfield 发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的 CT( Computer Tomograph)。1975年EMI公司又成功研制出全身 用的CT装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。1979年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。随着图 像处理技术的深入发展，从70年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高、更深层次发展。人们

8、已开 始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界， 这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人 力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其 后十多年的主导思想。1.2.2数字图像处理的特点及应用目前，数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。数字图 像处理占用的频带较宽。数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大。由 于图像是三维景物的二维投影，一幅图象本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出

9、 来的。因此，要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量，例 如双目图像或多视点图像。在理解三维景物时需要知识导引，这也是人工智 能中正在致力解决的知识工程问题。数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必 然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着科学技术的发展，数字图像处理技 术的应用领域也将随之不断扩大。数字图像处理技术未来应用领域主要有以下 七个方面：(1 )航天和航空技术方面的应用。数字图像处理技术在航天和航空技术方面的应用，除了上面介绍的JPL对月球、火星照片的处理之外，另一方面的应用是在飞机

10、遥感和卫星遥感技术中。(2 )生物医学工程方面的应用。数字图像处理在生物医学工程方面的应 用十分广泛，而且很有成效。除了CT技术之外，还有一类是对医用显微技术的处理分析，如染色体分析、癌细胞识别等。此外，在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处 理技术。(3 )通信工程方面的应用。当前通信的主要发展方向是声音、文字、图 像和数据结合的多媒体通信。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据 量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100M/S以上。要将这样高速率的数据 实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码 压

11、缩是这些技术成败的关键。(4 )工业和工程方面的应用。在工业和工程领域中图像处理技术有着广 泛的应用，如自动装配线中检测零件的质量、并对零件进行分类，印刷电路 板疵病检查，弹性力学照片的应力分析，流体力学图片的阻力和升力分析， 邮政信件的自动分拣，在一些有毒、放射性环境内识别工件及物体的形状和 排列状态，先进的设计和制造技术中采用工业视觉等等。(5 )军事公安方面的应用。在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的 精确末制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动 化指挥系统，飞机、坦克和军舰模拟训练系统等；公安业务图片的判读分析，指纹识别，人脸鉴别，不完整图片的复原，以及交通监控、事故分析等。目 前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别 都是图像处理技术成功应用的例子。(6 )文化艺术