數字圖像處理技術綜述

文德仲

摘 要：數字圖像處理是指將圖像信號通過一定的離散處理轉換成數字信號并利用計算機對其進行處理的過程。早期的圖像處理是改善圖像的質量，讓人們能看到更為直觀的圖像顯示。該文詳細論述了數字圖形處理技術的發展歷史、技術分類及其主要應用范圍。

關鍵詞：數字 圖像處理 應用

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0022-02

數字圖像處理技術發展是十分迅速的，從早期的電報打印機打印的粗糙圖片，到圖像信號可以遠距離傳輸并清晰顯示出來，到現在數字圖像處理技術可以觀看到人體內部組織結構等等，在技術發展的同時，在人們生活中的作用也越來越顯著。

1 數字圖像處理技術的主要分類

數字圖像處理的技術基本可以分為兩大類：分別是模擬圖像處理和數字圖像處理.模擬圖像處理內容主要包括光學圖像處理和電子圖像處理。如人們平常拍照、攝像頭監控和電視信號處理等都屬于模擬圖像處理。模擬圖像處理的優點是處理速度快，系統占用運行內存小，圖像實時性強， 能夠在處理的同時進行其他圖像的處理，其缺點是處理精度較差，處理功能比較單一，沒什么智能判斷能力和非線性處理的能力。

數字圖像處理技術是目前主流的處理技術，其功能的實現一般需要計算機軟件的支持，所以一般也稱之為計算機圖像處理。數字圖像處理有很多優勢，如處理內容方面，處理精度方面，處理靈活性等等都是模擬圖像處理所比不上的，而且可以進行復雜的非線性處理，改變處理功能只需要進行不同功能模塊的重新編碼和參數變換，但其處理速度慢，尤其是在進行復雜的圖像處理時更要占用更高的內存。

2 數字圖像處理技術的主要內容

2.1 圖像的顯示

圖像顯示是數字圖像處理技術中最基本也是最重要的一門技術，對于計算機來說，獲取信息的最直觀的方式就是圖像的觀看，任何其他圖像處理技術都需要先顯示圖像，然后在圖像做后續操作，如對圖像進行特效顯示，包括圖像的掃描，圖像的移動，分條柵欄，馬賽克效果，百葉窗效果等，所以圖像顯示的原理和基本方法是數字圖像處理技術中所必須掌握的[1]。

計算機顯示圖像并不是直接打開圖像并顯示在電腦熒幕上，當大家想要打開一幅圖像時，計算機首先得調用電腦自帶的調色板，一幅位圖里面包含了圖像顏色信息表，當載入位圖，并且準備打開位圖的時候，系統會先將位圖自身的顏色信息表即調色板載入系統調色板，然后顯示硬件調用系統調色板就可以顯示位圖原來的顏色了。

2.2 圖像的幾何處理

為了滿足視覺的不同需要，人們需要對圖像的顯示進行不同的處理，以求給人帶來最適合的視覺效果，其方法包括坐標變換，圖像的放大，縮小，旋轉、移動等。

2.3 圖像的變換域處理

數字圖像處理經常要用到線性系統，在圖像處理中使用空間作為參數來描述，通常用二維系統進行表示，輸入函數f（x，y）表示原始圖像，輸出函數g（x，y）表示經處理后的圖像，線性系統可以看作是輸入函數和輸出函數之間的一種映射w，反映了各種線性圖像的處理方法，關系公式如下：

當將圖像有空間域變換到頻域時，一般要用到線性正交變換，線性正交變換算法主要包括傅立葉變換離散小波變換，離散余弦變換等。

2.4 圖像的銳化處理

許多圖像里面的有用信息比較不顯眼，這時需要對圖像進行增強顯示，抑制其中不重要的信息，突出顯示其中重要的信息，讓兩個部分有鮮明的對比，能讓用戶有更加直觀的視覺信息，可以提高有用信息的接收率。

而圖像復原的目的也是為了增強圖像的顯示效果，它跟圖像增強的區別在于：圖像增強是采用各種技術來增強圖像的視覺效果，不去考慮之前的圖像是因為什么原因需要增強。因此，圖像增強是以圖像符合人們的視覺觀為主，不用管增強之后和原圖是不是有比較大的區別。圖像復原處理跟圖像增強處理完全不同，它需要知道圖像復原前的算法，并且根據已經退化的圖像得到逆算法將圖像復原，然后才能對圖像進行增強處理。

2.5 JPEG圖像的壓縮編碼

其核心思想就是在滿足一定質量的情況下減少圖像占用的內存，因為圖像中有許多與大家想要信息無關的區域或冗余信息，這些信息不僅占用內存，而且傳輸過程中需要更多的帶寬，所以，對圖像進行編碼壓縮能盡可能節約帶寬資源，提高傳輸速度，給圖像顯示帶來更好的體驗。圖像壓縮編碼方法很多，從信息論方面看主要可以分為兩大類：冗余度壓縮方法和信息度壓縮方法。

2.6 圖像的灰度變換

圖像的灰度變換處理是圖像增強處理技術中單個一種非常基礎、直接的空間域處理方法，灰度處理是指根據某種目標條件按一定變換關系逐點改變原圖中每個像素灰度值的方法，目的是為了改變圖像質量，讓圖像顯示效果更加清晰，如攝像頭在室內光照不強時會導致圖像顯示不清晰，灰度過于集中。灰度變換處理方法主要包括線性變換和非線性變換。

圖像處理內容包括很多方面，以上所舉只是一部分，專業的數字圖像處理技術是遠遠不止這些方面的，隨著計算機技術發展越來越快，數字圖像處理技術的復雜程度只會越來越深，所以，在數字圖像處理技術這一門博大精深的課程中，擇一而精也是一個很好學習態度[2]。

3 數字圖像處理的應用

數字圖像處理技術在各行各業應用都不可或缺，它已經從剛開始的高科技領域逐步滲透到人們的日常生活中，例如天氣預報信息收集、醫院身體各方面檢測、銀行自助提款機、全國各地的大小超市商品編碼、道路交通監控、重要部門的監控報警系統、可視電話視頻傳輸技術、互聯網媒體信息傳輸等等。

3.1 遙感航天中的應用

天文、太空星體的探測及分析，數字圖像處理可以根據拍攝到的星體輪廓等進行智能分析。軍事偵察、定位、指揮等，如現在的衛星地圖，手機定位系統；地質、地形、地圖的普查及繪制，如網上和手機上和司機普遍使用的電子地圖和導航儀；地下礦藏的偵察，地質勘查儀等通過超聲波檢測地質層，然后用數字圖像處理的方法把地質層構成顯示出來；環境污染的監控，有物理監控和自動化智能監控等；氣象、天氣預報的合成分析。

3.2 生物醫學中的應用

顯示圖像處理，平常我們所使用的CT照，B超等技術；DNA顯示分析；生物進化的圖像分析；專家系統如手術規劃；內臟大小、形狀、活動及異常檢出分析；癌細胞的識別。

3.3 工業應用

產品無損檢測、焊縫及內部缺陷檢測；流水線零件自動檢測識別；生產過程的監控；交通管理、機場監控；支票、簽名辨偽及識別；機器人視覺系統的應用。

3.4 軍事公安領域中的應用

罪犯臉型的合成；指紋自動識別；巡航導彈主動識別；手跡、印章的鑒定識別；遙控飛行器的引導；雷達的目標偵察。

數字圖像處理短短幾十年得到了飛躍式的發展，技術的精進帶來的是我們生活中、科技中。教育中、醫學中的各種技術的發展，人們的生活質量在一天天提高，工廠和生產等的工作效率也是突飛猛進，這些都離不開智能化，自動化的數字圖像處理技術，在未來的不久，數字技術將給我們帶來更為巨大的改變。

參考文獻

[1] 楊淑瑩.VC++圖像處理程序設計[M].2版.北京交通大學出版社，2005.

[2] 李蘭友，王學彬.Visual C++圖像處理程序設計實例[M].北京：國防工業出版社，2003：156-174.