數字圖像處理技術在計算機中的應用

摘要：數字圖像處理(digital image processing)技術起源于20世紀20年代，當時受條件的限制一直沒有取得較大發(fā)展，直到20世紀60年代后電子技術、計算機技術有了相當的發(fā)展，數字圖像處理技術才進入了高速發(fā)展時期。經過幾十年的發(fā)展，數字圖像處理技術目前已廣泛應用于工業(yè)、微生物領域、醫(yī)學、航空航天以及國防等許多重要領域，而且多年來一直得到世界各科技強國的廣泛關注，即使在某些國家大幅裁減軍費的同時，仍在不斷加大圖像處理在SAR(Synthetic Aperture Radar 合成孔徑雷達)成像、遙感遙測等方面的研究力度。

關鍵詞：數字圖像；計算機；處理技術

1 典型的數字圖像處理順序

數字圖像處理有著廣泛的應用，例如衛(wèi)星和其他航空設備獲得的遙感圖像處理、商用圖像的傳輸和存儲、醫(yī)學圖像處理、雷達、聲納和聲學圖像處理、機器人專家以及工業(yè)自動化檢測等。衛(wèi)星獲得的圖像在追蹤地球資源方面非常有用，包括地形映射、農作物預測、城市擴張和天氣狀況、洪水和火災控制以及許多其他環(huán)境方面的應用。空間圖像的應用包括對通過外層空間探測器獲得的圖像中目標的識別和分析等。圖像傳輸和存儲方面的應用是隨著廣播電視、電話會議、傳真圖像（打印出的文檔和圖形）傳輸等，在辦公自動化、計算機網絡通信、基于安全監(jiān)控系統的閉路電視和軍事通信等領域出現的。在醫(yī)學方面的應用主要圍繞胸透X射線、血管熒光膠片記錄、軸向X射線斷層攝影的圖像，以及其他用各種射線、核磁共振（NMR）和超聲掃描獲得的圖像進行處理。這些圖像可以用于病人的病情監(jiān)測，或者用于腫瘤及其他病變的檢測。雷達和聲納圖像用于各種目標的探測和識別，或者用于航天飛行器或導彈系統的導航和機動系統。換句話說，無論是人或機器，還是其他任何實體，接收到二維或更高維數據后，就要進行圖像處理的操作過程。

2 圖像表示和建模

圖像表示問題關心的是如何描述每個圖像元素（也叫像素，pixel或pel）所表示的量。一幅圖像可以表示場景中物體的亮度（例如普通相機拍攝的照片）、身體組織的吸收特性（X-射線成像）、目標的雷達橫截面（雷達成像）、區(qū)域的溫度曲線圖（紅外成像）或是某一地域的重力場（地球物理成像）。就一般而言，任何帶有信息的二維函數都可以被看作一幅圖像。圖像模型對這個函數的特性給出邏輯的或是定量的描述。用于衡量圖像質量與處理技術性能的保真度或是可理解性準則是圖像表示中一個重要因素。

3圖像增強

圖像增強的目標是為后續(xù)的圖像分析或圖像顯示而著重強調特定的圖像特征，如對比度和邊緣增強、偽彩色增強、噪聲濾除、銳化和放大。圖像增強在特征抽取、圖像分析和視覺信息顯示中很有用。增強過程本身不會增加數據中原有的信息內容，僅僅是強調特定的圖像特征。增強算法通常是交互式的并且取決于具體應用。

對比度拉伸作為一種圖像增強技術是通過一種預先確定的變換把每個灰度級映射到另外一個灰度級。例如，直方圖均衡化方法將輸入的灰度級進行映射，使輸出灰度級的分布是均勻的。這是一種很有效的低對比度圖像增強方法。增強技術還包括：局部鄰域運算（如卷積）、變換運算（離散傅里葉變換）、其他運算（如偽彩色增強，即將一幅灰度圖像通過對不同特征分配不同的顏色而映射為一幅彩色圖像）。

4圖像復原

圖像復原是去除或最小化一幅圖像中已知退化的處理。圖像復原包括對由于傳感器或環(huán)境的限制導致的退化圖像消除模糊、噪聲濾除，以及對傳感器造成的幾何失真或非線性進行校正。圖中給出了圖像復原的一種典型情況。一個點光源的圖像由于成像系統的噪聲而造成了模糊和退化。如果成像系統是線性的，則一個目標的圖像可以表示成

其中?濁(x，y)是加性噪聲函數，f(?琢，?茁)是目標，g(x，y)是圖像，h(x，y，?琢，?茁)稱為點擴散函數（PSF）。一個典型的圖像復原問題是給定PSF、模糊圖像和噪聲過程的統計性質，找出f(?琢，?茁)的一個估計值。

5成像系統造成的模糊

圖像復原就是在給定有噪聲的模糊圖像情況下找出輸入圖像f (x， y)的一個估計常用于圖像復原的濾波理論中的一個重要結果是維納濾波。這個濾波器根據觀察值給出了目標的最佳線性均方估計。它可以在頻率域中通過快速酉變換來實現，在空域中由類似卡爾曼（Kalman）濾波的二維遞歸技術，或由FIR非遞歸濾波器來實現。它也可以實現為一個準遞歸濾波器，這個濾波器在一個維度中采用酉變換，在其他維度中采用遞歸濾波器。

6 圖像分析

圖像分析是根據一幅圖像的定量度量生成對它的描述。最簡單的圖像分析任務形式包括：讀雜貨店中商品的標識，在一條裝配線上將不同零件分開，或度量一幅醫(yī)學圖像中血細胞的尺寸和方向。更高級的圖像分析系統可以度量定量的信息并用于產生一個復雜的決策，例如在辨識一個目標后控制機器人的胳膊去移動它，或者根據在飛行軌道上得到的圖像來駕駛飛行器。

7 由投影重建圖像

由投影重建圖像是圖像復原中的一類特殊問題，它用若干個一維投影對二維（或更高維）的物體進行重建。每一投影都是通過投射平行的X-射線束（或其他穿透性的放射線束）穿過目標而獲得。從許多不同的角度觀察物體就可以得到平面投影。重建算法推算出物體中一個軸向的薄切片的圖像，從而使人們可以得到以往只能經過大范圍外科手術才能實現的對人體內部的觀察。這些技術在醫(yī)學成像（CT掃描儀）、天文學、雷達成像、地質探測及組裝部件的無損測試等方面十分重要。

8 圖像數據壓縮

與視覺信息相關的數據量十分龐大，以至于需要極大的存儲容量。盡管一些存儲媒體的容量是足夠大的，但其存取速度通常和容量成反比。典型的電視圖像產生的數據率超過每秒一千萬字節(jié)。還有些圖像源可以產生更高的數據率。這些數據的存儲和/或傳輸需要很大的容量和/或帶寬，這將是非常昂貴的。圖像數據壓縮技術就是在沒有任何可感知信息損失的情況下，減少存儲或傳輸圖像所需的比特數。

參考文獻

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作者簡介：鄭金芳（1979，6－），女，2004.8鄭州經貿職業(yè)學院計算機系從事教學至今。研究方向：計算機軟件、數據庫；袁雪霞 1978出生、本科 講師 鄭州經貿職業(yè)學院計算機系。