数字图像处理的研究现状、内容和发展方向,数字图像处理论文

数字图像处理的研究现在状况、内容和发展方向,数字图像处理论文图像〔Image〕是客观对象的一种表示，是人类社会活动中最常用的一种信息载体，也是人们获取信息、表示出信息和传递信息最主要的手段。据统计，一个人获取的信息大约有75%来自视觉所接受的图像信息。图像根据图像记录方式的不同可分为两大类：模拟图像和数字图像。模拟图像能够通过某种物理量〔如光、电等〕的强弱变化来记录图像亮度信息，例如模拟电视图像；而数字图像则是用计算机存储的数据来记录图像上各点的亮度信息。随着科学技术的发展和计算机性能的提高，在不同领域中，对所获得的图像，需要利用图像处理技术来提取图像中的有效信息，对图像进行修复、复原及噪音处理等，以改善图像质量并对相关问题进行分析和预测。图像处理能够应用光学方式方法和数字方式方法，光学图像处理其操作不如数字灵敏，且容易受其他因素的影响，而数字图像处理的特点是再现性和通用性好，精度和灵敏性高，能弥补光学图像处理的缺乏。21世纪是一个充满信息的时代，数字图像处理已得到越来越多的应用，数字图像处理技术也越来越浸透到我们的日常生活、科学研究和社会生产当中。本文针对数字图像处理的研究现在状况、研究内容、基本技术及将来发展方向做了阐述。2数字图像处理的研究现在状况数字图像处理，即便用计算机对图像进行处理，是指经过空间采样和幅值量化后将图像信号转换成数字信号的经过，又称为计算机图像处理。数字图像处理技术源于20世纪20年代，当时通过海底电缆从英国伦敦传输了一幅照片到美国纽约，华而不实采用了数字压缩技术。数字图像处理作为一门学科大约构成于20世纪60年代初期，早期图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。初次获得宏大成功的是美国喷气推进实验室〔JPL〕，他们对航天探测器彷徨者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，并由计算机成功地绘制出月球外表地图，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，获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图等，为人类登月创举奠定了坚实的基础。在以后的宇航空间技术，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宏大的作用。1972年，利用图像重建，根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像的用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，即CT〔ComputerTomograph〕，由英国EMI公司工程师Housfield发明。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楚明晰的断层图像。1979年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖。随着图像处理技术的深切进入发展，从70年代中期开场，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层次、更深层次发展。近年来，人们已开场研究怎样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。图像理解固然在理论方式方法研究上已获得不小的进展，但它本身是一个比拟难的研究领域，存在不少困难，由于人类本身对自个的视觉经过还了解较少，因而计算机视觉是一个有待人们进一步探寻求索的新领域。3数字图像处理的研究内容从系统整体研究的角度来看，数字图像处理的研究内容主要包括图像的获取、图像的表示与描绘叙述、图像加强与图像复原、图像分割等。3.1图像的获取图像的获取〔capturing〕是指从现实世界中获得数字图像的经过，所使用的设备通称为图像获取设备。例如对印刷品、照片或照相底片等进行扫描输入，用数字相机或数字摄像机对选定的景物进行拍摄。图像获取的经过本质上是模拟信号的数字化经过，它的处理步骤大体分为四步：扫描分色取样量化。如此图1所示。通过上述方式方法所获取的数字图像称为取样图像〔SampledImage〕，它是静止图像〔StillImage〕的数字化表示形式，通常简称为图像〔Image〕。3.2图像的表示与描绘叙述图像的表示是指图像信息在计算机中的表示和存储方式。作为最简单的二值图像，可采用其几何特性描绘叙述物体的特性，一般图像的描绘叙述方式方法采用二维形状描绘叙述，它有边界描绘叙述和区域描绘叙述两类方式方法，对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描绘叙述。随着图像处理研究的深切进入发展，已经开场进行三维物体描绘叙述的研究，提出了体积描绘叙述、外表描绘叙述、广义圆柱体描绘叙述等方式方法。图像的表示与描绘叙述在整个数字图像处理经过中的作用如此图2所示。3.3图像加强与图像复原图像加强与复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清楚明晰度等。图像加强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。例如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清楚明晰，细节明显；而强化低频分量则可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般来讲应根据降质经过建立降质模型，再采用某种滤波方式方法，恢复或重建原来的图像。扩展比照度是最常用的图像加强技术之一。假设有一幅图像，成像光阴照缺乏，使得整幅图像偏暗，或者成像光阴照过强，使得整幅图像偏亮，这些情况就称为低比照度，即颜色都挤在一起没有拉开。采用比照度加强的方式方法，把感兴趣的颜色范围拉开，使得该范围内的像素亮的越亮，暗的越暗，进而使图像的颜色更符合人的需要。当设置不同的比照度及亮度时，会有不用的显示效果，如此图3、图4所示。3.4图像分割图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分，如此图像中的边缘、区域等提取出来，这是进一步进行图像辨别、分析和理解的基础。固然当前已研究出不少边缘提取、区域分割的方式方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方式方法。因而，对图像分割的研究还在不断深切进入之中，是当前图像处理中研究的热门之一。4数字图像处理的基本技术数字图像处理的基本技术主要包括图像质量改善、图像分析、图像重建和图像数据压缩等。4.1图像质量改善图像质量改善是尽量把图像上的畸变及噪声信息去掉，使图像更清楚明晰，以便准确目视判读和解释图像信息。详细技术措施大致包括四类：〔1〕锐化技术，是突出图像上的各类边缘处的灰度处理，增大比照度使图像轮廓纹理更清楚明晰；〔2〕平滑技术，是一种抑制噪声而到达改善图像质量的措施；〔3〕复原技术，是根据引起图像质量下降的原因此采取的一种恢复图像本来面目的处理措施；〔4〕校正技术，采取几何校正措施，去掉图像上的几何失真。4.2图像分析图像分析一般是指利用数学模型并结合图像处理的技术来分析底层特征和上层构造，进而提取具有一定智能性的信息。图像分析的目的是提取图像中的有用信息，常用技术有边缘与线条的检测、图像区域分割、形状特征提取与测量、图像纹理分析、图像匹配与融合等。图像分析研究的领域一般包括：基于内容的图像检索、人脸辨别、表情辨别、光学字符辨别、手写体辨别、医学图像分析、视频对象提取等。4.3图像重建图像重建是成熟的实用图像处理技术，是指根据场景的投影数据获取场景中物质分布的信息。普遍应用于医学领域中，它主要包括CT中投影图像的三维重建，和应用于测量左、右视图图像，生成立体图像的技术。4.4图像数据压缩图像数据压缩是针对图像经数字化后所产生的图像数据信息量非常大的特点，尤其彩色动态图像的数据量更是大得惊人，为了对这些图像进行传输和预览，需要减少图像的存储容量，以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩能够在不失真的前提下获得，可以以在允许失真的条件下进行。常用的有静态图像的有损压缩和无损压缩技术，如WinZip、WinRAR、各种图像格式转换等；也有动态图像的压缩处理技术，如MPEG、H.264、AVS、网络流媒体技术等。编码是压缩技术中最重要的方式方法，它在图像处理技术中是发展最早且比拟成熟的技术。5数字图像处理的发展方向当下，数字图像处理面临的主要任务是研究新的处理方式方法，构造新的处理系统，开拓更广泛的应用领域。数字图像处理技术将来发展大致可归纳为下面几类。〔1〕图像处理的发展将围绕HDTV〔高清楚明晰度电视〕的研制，开展实时图像处理的理论及技术研究，向高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化和标准化方向发展。〔2〕图像、图形相结合，朝着三维成像或多维成像的方向发展。〔3〕硬件芯片研究，把图像处理的诸多功能固化在芯片上，使之更便于应用。〔4〕新理论与新算法研究，在图像处理领域，最近几年来，引入了一些新的理论并提出了一些新的算法，如小波分析〔Wavelet〕、分形几何〔Frac-tal〕、形态学〔Morphology〕、遗传算法〔GA，GeneticAlgorithms〕、人工神经网络〔ArtificialNeuralNetworks〕等。这些理论及建立在其上的算法，将会成为今后图像处理理论与技术的研究热门。数字图像处理经过初创期、发展期、普及期及广泛应用几个阶段，如今已是各个学科竞相研究并在各个领域广泛应用的一门科学。随着科学技术的进步以及人类需求的不断增长，图像处理科学无论是在理论上还是实践上，均会获得更大的发展。6小结图像是人类获取和交换信息的主要来源，图像处理的应用领域必然牵涉到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大，数字图像处理技术已经广泛深切进入地应用于国计民生息息相关的各个领域。本文主要讨论了数字图像处理的研究现在状况、研究内容、所使用的基本技术及将来的发展趋势。对于数字图像处理的一些棘手的问题，例如优化处理算法、提高处理速度等，以实现图形图像的智能生成、辨别和处理，将是将来需要进一步研究的问题。以下为参考文献[1]张弘.数字图像处理与分析[M]．北京：机械工业出版社，2008.[2]贺东霞，李竹林，王静．浅谈数字图像处理的