圖像處理方法及其應(yīng)用淺析

叢書勤

摘 要：本文分析研究了圖像處理的主要研究內(nèi)容，對每一部分研究內(nèi)容中所使用的圖像處理方法進(jìn)行了原理和特征分析，進(jìn)而就圖像處理相關(guān)技術(shù)在現(xiàn)代社會中的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：圖像處理；原理分析；應(yīng)用領(lǐng)域

圖像包含豐富的信息，對圖像進(jìn)行處理可以將圖像中包含的信息轉(zhuǎn)化為可識別和使用的數(shù)字信息，計算機(jī)可以對這些數(shù)字信息進(jìn)行快速處理和分析，最終可以得到期望的結(jié)果或內(nèi)容。圖像處理具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代通信、生物醫(yī)療等。

1 數(shù)字圖像處理中所使用的技術(shù)和原理分析

在對圖像進(jìn)行處理時通常希望能夠濾除圖像中存在的噪聲。多數(shù)情況下，人們還希望能夠?qū)λP(guān)心的內(nèi)容進(jìn)行增強(qiáng)和分割，拋棄不關(guān)心的內(nèi)容或關(guān)聯(lián)度較低的內(nèi)容，以便于獲取最直接最相關(guān)的圖像信息。此外，圖像可能會因為質(zhì)量過低而無法被直接應(yīng)用，需要經(jīng)過處理恢復(fù)到可被應(yīng)用的程度，這也需要對圖像進(jìn)行處理。圖像處理主要研究內(nèi)容和方法有：

⑴圖像編碼壓縮和變換。圖像在構(gòu)建時需要占據(jù)較大的存儲空間，若對其進(jìn)行傳輸需要使用較寬的傳輸帶寬，為提高圖像傳輸速度，減少圖像的所占據(jù)的存儲空間，降低圖像處理需要的時間，增強(qiáng)圖像實時性等可以在允許范圍內(nèi)對圖像進(jìn)行重新編碼和壓縮。此外，對圖像進(jìn)行變換也可以降低圖像計算量，常用的、成熟的圖像變換方式為小波變換，小波變換是一種將圖像的空間域信息變換為變換域，并在變換域?qū)Σ煌瑢傩匀绺哳l分量、低頻分量、細(xì)節(jié)分量等進(jìn)行適當(dāng)取舍和集中的方法，該方法可以有效提取圖像的特定特征，降低圖像處理運算量。

⑵圖像分割。圖像中的所包含的信息不一定都是我們所需要的。實際應(yīng)用中，可能需要在應(yīng)用特點技術(shù)對圖像進(jìn)行識別和分析，進(jìn)而就具有某一特征的部分圖像進(jìn)行提取和分割。應(yīng)用于圖像分割的常用方法和手段有邊緣檢測、區(qū)域分割等。在圖像屬性差別較大的交界或區(qū)域會出現(xiàn)灰度的急劇變化和不連續(xù)，利用這種特性可以對圖像進(jìn)行有效分割，獲得所需部分。

⑶圖像增強(qiáng)和恢復(fù)。對圖像進(jìn)行增強(qiáng)主要用于消除圖像中存在的噪聲，增強(qiáng)有用部分圖像的質(zhì)量，提升圖像的辨識度等。對于某些過于模糊的圖像，其是無法被直接應(yīng)用和處理的，這就要求使用適當(dāng)?shù)膱D像處理方法對圖像進(jìn)行修復(fù)，盡量從受到污染或產(chǎn)生畸變的圖像中恢復(fù)和提取出所關(guān)心的圖像信息。

⑷圖像識別。圖像識別主要通過對圖像進(jìn)行預(yù)處理，提取出圖像中的特征信息，進(jìn)而根據(jù)該特征信息對圖像進(jìn)行分類和識別。常用的圖像識別技術(shù)有模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別、模糊模式識別等。

2 圖像處理的應(yīng)用

⑴工業(yè)自動化。在工業(yè)生產(chǎn)中，通常需要對生產(chǎn)產(chǎn)品或者裝配配件進(jìn)行識別、檢測或處理等，應(yīng)用圖像處理技術(shù)可以在無損的前提下實現(xiàn)上述功能。如利用圖像采集系統(tǒng)對生產(chǎn)流水線上生產(chǎn)出來的產(chǎn)品進(jìn)行圖像采集，利用邊緣檢測、圖像識別等技術(shù)在圖像中抽取產(chǎn)品的屬性特征，按照這種屬性特征構(gòu)建產(chǎn)品信息庫，進(jìn)而利用該信息庫指導(dǎo)判斷所生產(chǎn)的產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)，甚至協(xié)助流水線生產(chǎn)機(jī)器人或機(jī)械手確定生產(chǎn)動作，完成工業(yè)生產(chǎn)的自動化。

⑵公共交通監(jiān)測。我國當(dāng)前時期的社會發(fā)展水平得到了大幅度提高，交通已經(jīng)成為制約和影響城市發(fā)展的主要因素之一。在公用交通控制中，若僅僅依靠人力，是無法完成預(yù)期要求的，而圖像處理技術(shù)的應(yīng)用則很好的解決了這個問題。在公共交通中的節(jié)點或重點區(qū)域布置交通自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的核心部分為數(shù)字圖像采集和處理。通過對數(shù)字圖像分析可以對公共交通中的違章行為和交通順暢狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和自動處理，可以在最短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)和記錄交通事故和違章事件，提升現(xiàn)代化水平。

以電子眼系統(tǒng)為例。在公共交通中的交叉路口布置電子眼系統(tǒng)，該系統(tǒng)會對交叉路口的交通信息進(jìn)行圖像采集，若出現(xiàn)違章行為，如闖紅燈等，系統(tǒng)會自動拍攝車輛違章畫面并將該畫面進(jìn)行打包壓縮等處理發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心接收到圖片后首先對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱D像恢復(fù)和增強(qiáng)，進(jìn)而利用圖像識別等圖像處理技術(shù)自動獲取違章車輛的車牌號等信息，這樣就可以大大降低工作人員的工作壓力。

⑶現(xiàn)代數(shù)字通信?，F(xiàn)代通信逐漸向多媒體方向發(fā)展，而多媒體數(shù)據(jù)流中圖像占據(jù)了絕大部分帶寬和存儲空間，對系統(tǒng)的要求較為苛刻。對現(xiàn)代通信中傳輸?shù)膱D像進(jìn)行處理，在不影響使用質(zhì)量的前提下壓縮圖像空間，降低圖像傳輸帶寬也是圖像處理的重點應(yīng)用方向之一。

如在高清彩色電視信號傳輸中，若不對圖像進(jìn)行編碼或壓縮，則需要超過100M/s的傳輸速率和超高的傳輸帶寬，這在當(dāng)前通信技術(shù)中是很難應(yīng)用實現(xiàn)的，為將這種數(shù)據(jù)實時傳輸出去，又不對其他電視信號造成影響就需要對圖像進(jìn)行編碼和壓縮，這種編碼和壓縮要保證可以降低圖像信息傳輸?shù)谋忍亓康耐瑫r還能夠?qū)D像進(jìn)行無損或低損恢復(fù)。

⑷生物醫(yī)學(xué)。在生物醫(yī)學(xué)方面會涉及大量的圖像，特別是臨床醫(yī)學(xué)中需要對具體病癥或身體部位等做成像處理，以便于準(zhǔn)確分析病情，確定治療方案等。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)有CT技術(shù)、顯微圖像處理相關(guān)技術(shù)如癌細(xì)胞識別技術(shù)等、超聲波圖像處理技術(shù)、心電圖分析技術(shù)等，這些技術(shù)都是以圖像處理相關(guān)技術(shù)作為核心技術(shù)。

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