浅析数字图像处理技术特点及其应用

浅析数字图像处理技术特点及其应用摘要:在计算机出现之前，模拟图像处理占主导地位。随着计算机的发展，数字图像处理发展速度越来越快。本文对数字图像处理主要研究内容、数字图像处理技术特点及其应用领域进行相关探讨。关键词:数字图像处理技术；精度高；再现性；智能化0引言图像处理是指对图像信息进行加工,从而满足人类的心理、视觉或者应用需求的一种行为。图像处理方法一般有数字法和光学法两种,其中数字法的优势很明显,因此,已经被应用到了很多领域中,相信随着科学技术的发展,其应用空间将会更加广泛。数字图像处理技术其实就是利用各种数字硬件与计算机,对图像信息通过转换而得到的电信号进行相应的数学运算，例如图像去噪、图像分割、提取特征、图像增强、图像复原等,以便提高图像的实用性。与人类对视觉机理着迷的历史相比，它是一门相对年轻的学科。尽管目前一般采用顺序处理的计算机，对大数据量的图像处理速度不如光学方法快，但是其处理的精度高，实现多功能的、高度复杂的运算求解非常灵活方便。在其短短的历史中，它却成功地应用于几乎所有与成像有关的领域，并正在发挥相当重要的作用。1数字图像处理技术的主要内容数字图像处理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，以提高图像的实用性，从而达到人们所要求的预期结果。自20世纪60年代以来，由于数字技术和微电子技术的迅猛发展给数字图像处理提供了先进的技术手段，数字图像处理也就从信息处理、自动控制系统论、计算机科学、数据通信、电视技术等学科中脱颖而出，成为研究“图像信息的获取、传输、存储、变换、显示、理解与综合利用”的一门崭新学科。数字图像处理主要研究的内容有以下几个方面：（1）图像的数字化是指将模拟图像经过离散化之后,得到用数字表示的图像。主要包括图像的采样与量化。采样是将在空间上连续分布的图像转换成为离散的采样点集的操作；量化是将各个采样点所含的明暗信息离散化后,用数字来表示。（2）图像变换由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理。目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。（3）图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性，一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展，已经开始进行三维物体描述的研究，提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。（4）图像增强是通过去除噪声和干扰来加强图像的有用信息,从而提高图像的使用价值。它可以改善人眼对原始图像的视觉效果,使观察者从中获得更加清晰、便于理解的信息。（5）图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。图像分类常采用经典的模式识别方法，有统计模式分类和句法（结构）模式分类，近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。（6）图像的复原是把退化、模糊了的图像进行复原。造成图像模糊的原因有很多,常见的有运动模糊、离焦模糊等。（7）图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。（8）图像的分割是将图像中的边缘、部分区域等有意义的特征部分提取出来,是进一步进行图像识别和分析的基础。图像的特征提取包括图像中的形状特征、纹理特征、颜色特征等。2数字图像处理技术的特点同模拟图像处理相比，数字图像处理有很多优点。主要表现在：（1）精度高对于一幅图像而言，不管是对4bit还是8bit和其他比特图像的处理，对计算机程序来说几乎是一样的。增加图像像素数使处理图像变大，只需改变数组的参数，而处理方法不变。所以从原理上不管处理多高精度的图像都是可能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必须对处理装置进行大幅度改进。（2）再现性好模拟图像处理与数字图像处理最大的不同在于,它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。而在模拟图像处理过程中，就会因为各种因素干扰而无法保持图像的再现性。（3）通用性、灵活性高不管是可视图像还是X线照片、红外热成像、超声波图像等不可见光成像，尽管这些图像成像体系中的设备规模和精度各不相同，但当把图像信号直接进行A/D变换，或记录成照片再数字化，对于计算机来说都能用二维数组表示，不管什么样的图像都可以用同样的方法进行处理，这就是数字图像处理的通用性。数字图像处理技术不只可以完成线性运算,而且可以实现非线性的处理,即只要是能够用逻辑关系或数学公式来进行表达的所有运算都可以通过数字图像处理来实现。所以灵活性很高。（4）信息压缩潜力大由于数字图像中各个像素不是相互独立的,相关性大。所以，在图像处理中信息压缩的潜力比较大。3数字图像处理技术的应用数字图像处理和计算机、多媒体、智能机器人、专家系统等技术的发展紧密相关。近年来计算机识别、理解图像的技术发展很快，图像处理的目的除了直接供人观看外，还进一步发展了与计算机视觉有关的应用，如邮件自动分检、车辆自动驾驶等。下面仅罗列了一些典型应用实例，而实际应用范围更广。（1）在生物医学中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。对医用显微图像的处理分析，如红细胞、白细胞分类，染色体分析，癌细胞识别等。此外，医用超声成像、X光造影成像、X光断影成像、核磁共振断层成像为基础的医学图像处理技术已经在疾病诊断中发挥重要作用。以图像重叠技术进行无损伤也应用在工业无损伤和检验中。智能化的材料分析有助于人类深入了解材料的微观性质,促进新型功能材料的诞生。（2）遥感航天中的应用军事侦察、定位、导航、指挥等应用；多光谱卫星图像分析；地形、地图、国土普查；地质、矿藏勘探；森林资源探查、分类、防火；水利资源探查，洪水泛滥监测；海洋、渔业方面如温度、渔群的监测、预报；农业方面如谷物估产、病虫害调查；自然灾害、环境污染的监测；气象、天气预报图的合成分析预报；天文、太空星体的探测及分析；交通、空中管理、铁路选线等。（3）工业和工程领域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。其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机器人，将会给工农业生产带来新的激励，目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。（4）军事公安领域中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。（5）其他应用图像的远距离通信；多媒体计算机系统及应用；电视画面的数字编辑；动画的制作；电子图像游戏；纺织工艺品设计；服装设计与制作；发型设计；文物资料照片的复制和修复；运动员动作分析和评分等等。4结束语总之，随着科学技术的快速发展以及人类需求的不断增长，图像处理技术无论是在理论上还是在实践上，均会取得很大的发展，其应用领域必将越来越广泛。