數(shù)字圖像處理技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向

引言：人們?cè)谌粘Ｉ钪兄饕揽恳曈X(jué)來(lái)獲取信息。圖像作為一種簡(jiǎn)單直觀的獲取信息的途徑，廣泛應(yīng)用于人們的生活與工作中。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的的不斷加快，數(shù)字圖像處理技術(shù)也在不斷進(jìn)步。因此，對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)探討是十分必要的。筆者在研究數(shù)字圖像處理技術(shù)的方法和特點(diǎn)等方面的同時(shí)，針對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀及其未來(lái)方向進(jìn)行了相關(guān)探究。

圖像是用來(lái)描述物體具體信息的方式，數(shù)字圖像即將其所攜帶的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式來(lái)表達(dá)其含義。進(jìn)行圖像處理即對(duì)圖像進(jìn)行改動(dòng)使其更符合人們的視覺(jué)需求與心理需求。由于數(shù)字圖像用途廣泛且不斷擴(kuò)大，對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行探討是十分必須的，它對(duì)人們的生活有著巨大的影響。

一、數(shù)字圖像處理技術(shù)

數(shù)字圖像處理又稱(chēng)為計(jì)算機(jī)圖像處理。數(shù)字圖像處理技術(shù)運(yùn)用一些技術(shù)手段，將圖像所表達(dá)的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，這個(gè)過(guò)程主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行的。在1920年最初應(yīng)用的時(shí)候，是對(duì)宇宙飛船傳回相關(guān)圖片進(jìn)行相關(guān)處理。目前它的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到農(nóng)業(yè)技術(shù)、軍事科學(xué)、工業(yè)監(jiān)測(cè)等行業(yè)中，對(duì)人們的生活有著非常重要的影響。

（一）數(shù)字圖像處理技術(shù)的研究?jī)?nèi)容

首先是圖像的變換。圖像的陣列比較大，如果對(duì)其直接處理，則需要計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容比較多。所以要進(jìn)行圖像變換來(lái)減少其計(jì)算量。變換方式主要為將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理。這種變換方法不僅可靠，而且大大減少了計(jì)算量。其次是對(duì)圖像進(jìn)行編碼和壓縮。圖像編碼壓縮技術(shù)能夠?qū)D像攜帶的數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)臏p少，以便于減少其所占空間。這種處理技術(shù)不僅能夠縮短處理圖像所用時(shí)間，還能夠減少其所占容量，大大縮短了傳輸圖像所用時(shí)間。圖像壓縮技術(shù)能夠在避免圖像失真和適當(dāng)失真的兩種情況下進(jìn)行。而編碼的應(yīng)用比較廣泛，壓縮技術(shù)中最重要的方法。第三，對(duì)圖像效果進(jìn)行增強(qiáng)和復(fù)原。為了提升圖像的質(zhì)量、增強(qiáng)其表達(dá)效果，就要對(duì)圖像進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)處理。比如減去噪音或是使圖像清晰度增強(qiáng)等都是對(duì)圖像的效果進(jìn)行了相關(guān)處理。第四，進(jìn)行圖像的分割。圖像分割即把圖像中比較有利用價(jià)值的部分提取出。這種技術(shù)是數(shù)字圖像處理技術(shù)的關(guān)鍵。其中，圖像的邊緣和區(qū)域等都是圖像中有意義的部分。目前，我國(guó)的圖像分割技術(shù)還在不斷的開(kāi)發(fā)中，一直是一項(xiàng)研究熱門(mén)技術(shù)。第五，對(duì)圖像進(jìn)行描述。為了更好的辨別圖像并對(duì)其加以深入的理解和領(lǐng)悟，利用一定的方式來(lái)對(duì)圖像本身進(jìn)行相關(guān)描述是十分必要的。二值圖像是比較簡(jiǎn)單的圖像描述方法，但是現(xiàn)在最流行的描述方法為二維形狀的描述。最后為圖像的識(shí)別。圖像識(shí)別又叫做圖像分類(lèi)，它主要負(fù)責(zé)對(duì)圖像進(jìn)行提前的處理來(lái)將其分類(lèi)。模式識(shí)別是對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別的時(shí)候常用的方法。

（二）數(shù)字圖像處理技術(shù)的特點(diǎn)

首先，數(shù)字圖像處理技術(shù)的再現(xiàn)性能好。在圖片經(jīng)歷過(guò)數(shù)字圖像處理之后，即使對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)存或是復(fù)制等操作也不會(huì)改變圖片本身的質(zhì)量，而且能夠使圖像完整的再現(xiàn)。而相比之下，模擬圖像處理技術(shù)會(huì)對(duì)圖片造成一定的損傷。其次，數(shù)字圖像處理技術(shù)的適用范圍廣泛。圖像可的來(lái)源可以是遙感圖像、天文圖像等，甚至是波普?qǐng)D像也可以。數(shù)字圖像處理技術(shù)能夠針對(duì)不同的圖像來(lái)源進(jìn)行不同的操作，并使其質(zhì)量不受破壞。第三，應(yīng)用比較靈活。數(shù)字圖像處理不僅能完成線(xiàn)性運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性處理。大大填補(bǔ)了光學(xué)處理的不足。

二、數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

自數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展以來(lái)，它主要應(yīng)用于以下幾方面：

（一）傳統(tǒng)應(yīng)用的缺陷

數(shù)字圖像處理技術(shù)自1960年起伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和VLS（I Very Large Scale Integration）的發(fā)展而產(chǎn)生、發(fā)展和不斷成熟起來(lái)的一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域。

在傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)字圖像處理技術(shù)主要應(yīng)用于通信、遙感等方面。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

首先是沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在評(píng)價(jià)數(shù)字圖像處理技術(shù)的優(yōu)劣時(shí)，往往只根據(jù)視覺(jué)的效果來(lái)對(duì)各種處理模型做了評(píng)判，而沒(méi)有更加精細(xì)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。比如在邊界精確程度、計(jì)算復(fù)雜度、模型通用性和自動(dòng)化程度 4 個(gè)方面上還缺乏一定的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。其次，沒(méi)有足夠的先驗(yàn)知識(shí)去支撐處理系統(tǒng)。第三，過(guò)度的依賴(lài)Trimap。Trimap是把圖片的像素進(jìn)行歸化類(lèi)別的一種方法。它將圖片的像素分為以下幾類(lèi)：確定的前景、確定的背景和未知的區(qū)域。在最終提取邊界方面很大程度上依賴(lài)于 Trimap。而未知區(qū)域的像素收到前兩者的影響。

（二）互聯(lián)網(wǎng)圖像系統(tǒng)的缺陷

互聯(lián)網(wǎng)圖像系統(tǒng)主要存在以下幾點(diǎn)不足：第一，圖像過(guò)大而網(wǎng)絡(luò)寬帶較窄。由于互聯(lián)網(wǎng)中存在著很多信息量較大的圖像，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)圖像的管理工作量相應(yīng)的有了增加。第二，信息安全和版權(quán)保護(hù)問(wèn)題仍需改善。第三，復(fù)雜的檢索問(wèn)題。

三、數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展方向

由于圖像是人們辨別信息和獲取信息的最簡(jiǎn)便與直觀的方式，對(duì)圖像進(jìn)行處理的相應(yīng)技術(shù)滲透到了人們生活中的很多方面。由于國(guó)家科技水平的不斷提升，數(shù)字圖像處理技術(shù)也有了飛躍的發(fā)展。在未來(lái)的技術(shù)應(yīng)用中主要涉及到以下幾個(gè)方面：

（一）傳統(tǒng)技術(shù)的改善

自二十世紀(jì)起，數(shù)字圖像處理技術(shù)就涉及到了航天、生物科學(xué)等領(lǐng)域。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)在這些方面的應(yīng)用也會(huì)有許多的改善。

第一，在航天技術(shù)領(lǐng)域中，數(shù)字圖像處理技術(shù)先將圖片在空中進(jìn)行編碼，使圖像攜帶的信息變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。當(dāng)衛(wèi)星出現(xiàn)在空中的時(shí)候，由處理中心將通過(guò)快速傳送而來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解讀與分析。目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、資源環(huán)境的勘測(cè)和城市規(guī)劃中都有了很廣泛的應(yīng)用。第二，在生物工程中，數(shù)字圖像技術(shù)不僅應(yīng)用于CT技術(shù)，在X光技術(shù)中也將會(huì)有很廣泛的應(yīng)用。

（二）互聯(lián)網(wǎng)圖像系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用

在未來(lái)的技術(shù)發(fā)展中，數(shù)字圖像處理技術(shù)將會(huì)朝著更加高速、高分辨率、立體化、多媒體、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

首先，互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)高分辨率的圖片傳輸迅速化。其次，F(xiàn)lashPix技術(shù)的廣泛應(yīng)用將會(huì)緩解互聯(lián)網(wǎng)傳輸大圖像時(shí)所遇到的問(wèn)題。第三，數(shù)字水印技術(shù)的逐步發(fā)展將會(huì)使圖像版權(quán)的保護(hù)和圖片信息的安全性有了更高的保障。第四，基于內(nèi)容的圖像檢索方法 CBIR。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，草圖和圖片樣本的檢索技術(shù)及其相互的結(jié)合能夠在一定程度上解決圖像檢索所遇到的問(wèn)題。

（三）新理論和新算法

近些年來(lái)，我國(guó)逐步發(fā)展了許多新理論和新算法。例如，分形幾何、小波分析、形態(tài)學(xué)、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這些新算法中分形幾何的應(yīng)用比較廣泛，主要體現(xiàn)在圖片的處理和物化生等學(xué)科方面。

四、結(jié)語(yǔ)

數(shù)字圖像處理技術(shù)的廣泛為國(guó)家科學(xué)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展創(chuàng)造了巨大的財(cái)富。只要不斷發(fā)展和探索，它必將更加完善。

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（作者單位：惠州農(nóng)業(yè)學(xué)校）