數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展研究

孫玉蘭

摘要：隨著多媒體信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的數(shù)字圖像處理技術(shù)也隨之不斷更新進(jìn)步和壯大，且越來越多的應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。該文將主要從圖形圖像處理技術(shù)的基本原理出發(fā)，重點(diǎn)對(duì)其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)做相關(guān)的分析研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像；處理技術(shù)；圖像分析；應(yīng)用與發(fā)展

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）26-6228-03

Abstract： With the rapid development of Multimedia IT， digital image processing technology has unique advantages also will continue to update the progress and grow， and more and more applications to various areas of social life and production.This article from the perspective of the basic principles of graphic image processing techniques departure.Focus on the graphics and image processing technology application status and development trend of research in different fields.

Key words： digital images； processing technology； image analysis；application and development

近年來，人類社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域都出現(xiàn)了數(shù)字圖像處理技術(shù)，尤其以航空航天、信息科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、三維立體藝術(shù)及工業(yè)領(lǐng)域最為普遍，各領(lǐng)域工作者已習(xí)慣用圖像的方式描述事物的特性與邏輯關(guān)系。隨著信息科技的發(fā)展，社會(huì)對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)的要求越來越高，各領(lǐng)域?qū)D像傳遞信息的質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格。提高數(shù)字圖像處理的及時(shí)性、直觀性、客觀性，使其走出一條發(fā)展之路，任重而道遠(yuǎn)。

1 數(shù)字圖像處理技術(shù)相關(guān)概述

1.1 數(shù)字圖像處理技術(shù)的概念與優(yōu)勢(shì)

數(shù)字圖像處理技術(shù)是指將一種圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)對(duì)而其進(jìn)行的圖像變換、編碼壓縮、增強(qiáng)和復(fù)原以及分割、特征提取等處理，而高精準(zhǔn)的還原到顯示器的過程，其中計(jì)算機(jī)是圖像處理的主要載體，因而又稱其為計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)。早在20世紀(jì)60年代，圖像處理技術(shù)便得到一定程度的應(yīng)用。

經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)代化的數(shù)字圖像處理技術(shù)已具備了如下優(yōu)勢(shì)：第一，再現(xiàn)性好。數(shù)字圖像處理技術(shù)不會(huì)因?qū)D像進(jìn)行的變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量退化，數(shù)字圖像能始終保持圖像的再現(xiàn)；第二，處理精度高。數(shù)字圖像處理技術(shù)通過計(jì)算機(jī)編寫各種算法而對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，保障了計(jì)算的精度；第三，適用面廣。數(shù)字圖像處理技術(shù)可以對(duì)電子顯微鏡圖像、航空照片、遙感圖像乃至天文望遠(yuǎn)鏡圖像等實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的處理，其使用范圍是一般圖像處理技術(shù)所達(dá)不到的；第四，靈活性強(qiáng)。數(shù)字圖像處理技術(shù)不僅能完成線性圖像處理，還能完成非常復(fù)雜的非線性圖像處理，其都可以通過數(shù)學(xué)公式和邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算得出，具有極強(qiáng)的靈活變通性。

1.2 數(shù)字圖像處理技術(shù)的主要處理技術(shù)分析

1.2.1 圖像變換

為了減少圖像在空間域中處理的計(jì)算量，數(shù)字圖像處理技術(shù)通過傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等圖像變換方法而對(duì)圖像進(jìn)行變換域處理，大大提高了圖像處理的效率。目前新研究的小波變換方法，其在時(shí)域和頻域中都具有良好的局部化特性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于數(shù)字圖像處理技術(shù)中。

1.2.2 圖像編碼壓縮

這一技術(shù)主要是為了減少圖像描述的數(shù)據(jù)量，以減少圖像傳輸、處理的時(shí)間和存儲(chǔ)容量。圖像編碼壓縮能絕對(duì)保證圖像信息的真實(shí)性，是數(shù)字圖像處理技術(shù)中較為成熟的技術(shù)。

1.2.3 圖像增強(qiáng)和復(fù)原

對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)和復(fù)原的操作，主要是為了提高圖像的質(zhì)量，使其清晰度更高。首先，圖像增強(qiáng)主要是突出圖像中需要突出的部分，例如，采用強(qiáng)化圖像高頻分量，使其圖像中物體輪廓更清晰，起突出強(qiáng)調(diào)作用。然而在圖像增強(qiáng)的操作中，容易導(dǎo)致圖像降質(zhì)，因而圖像復(fù)原操作可以恢復(fù)原有的圖像，但操作前要求了解圖像降質(zhì)的原因與過程，建立“降質(zhì)模型“，采用濾波方法恢復(fù)圖像。

1.2.4 圖像分割

簡(jiǎn)單的理解，圖像分割就是將圖像整體分割開來，保留需要的內(nèi)容。圖像分割技術(shù)是數(shù)字圖像處理中運(yùn)用的頻率最高的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際上，圖像分割的目的就是將圖像中有意義的邊緣、區(qū)域等特征部分提取出來，以方便進(jìn)行下一步的圖像識(shí)別與分析操作。然而，目前還未研究出一種普遍使用于各種圖像分割的有效方法，仍需要加以不斷的圖像分割研究創(chuàng)新。

1.2.5圖像描述與識(shí)別

首先，圖像描述是為了方便對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別和理解，較簡(jiǎn)單的二值圖像的描述方法主要是二維形狀描述法，其包含對(duì)圖像邊界和區(qū)域的不同描述。目前，三維物體描述方法正處于研究中，已提出體積、表面、廣義圓柱體描述等方法。其次，在圖像識(shí)別技術(shù)上，主要是對(duì)進(jìn)行預(yù)處理過的圖像進(jìn)行特征提取，并進(jìn)行分類，以便開展分析。

2 數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，其處理技術(shù)原理是相同的，只是針對(duì)不同領(lǐng)域不同的技術(shù)要求，數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用有其各自的特點(diǎn)。在數(shù)字圖像處理技術(shù)日益發(fā)展的今天，其應(yīng)用范圍大到高深的前沿科技領(lǐng)域（天文地理、工程測(cè)量等），小到人們的休閑娛樂生活領(lǐng)域（3D特效電影、動(dòng)畫制作等）。可以說，人類的生產(chǎn)、生活早已離不開數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)字圖像處理技術(shù)在航空航天技術(shù)方面的應(yīng)用，最普遍的是對(duì)月球和火星圖片的處理，通過對(duì)其照片細(xì)節(jié)的處理與分析，反映火星和月球的地貌。除此之外，數(shù)字圖像處理技術(shù)還在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。1983年，美國(guó)首次成功實(shí)現(xiàn)了在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，其發(fā)射的LANDSAT-4系列陸地衛(wèi)星，采用多波段掃描器（MSS），在900km的高空中以18天為周期對(duì)地球每一地區(qū)進(jìn)行掃描成像，圖像分辨率相當(dāng)于地面上40米左右。這些圖像在空中經(jīng)過數(shù)字化、編碼等處理后產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)并存入磁帶，當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時(shí)，再將數(shù)字信號(hào)高速傳送下來，由計(jì)算機(jī)處理中心進(jìn)行分析?？梢园l(fā)現(xiàn)，這些圖像成像、傳輸?shù)倪^程以及判讀分析等環(huán)節(jié)都需要采用許多的數(shù)字圖像處理技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)處理速度的提升，數(shù)字圖像處理技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展會(huì)更加迅猛。

2.2 生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)字圖像處理技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用也獲得了不錯(cuò)的成效。最典型的是，CT技術(shù)的出現(xiàn)為現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。隨著生物醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展，對(duì)人體微觀構(gòu)造的分析逐漸深入，數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)此也起到了巨大作用。數(shù)字圖像處理技術(shù)通過對(duì)顯微圖像的處理，能更準(zhǔn)確的分析染色體、識(shí)別癌細(xì)胞等。另外，越來越多的醫(yī)療儀器，如超聲波圖像處理、X光肺部圖像增晰、心電圖分析等無不都融入了對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用。

2.3 通信工程領(lǐng)域的應(yīng)用

在現(xiàn)代社會(huì)中，通信技術(shù)已經(jīng)向著聲像、文字、數(shù)據(jù)綜合的多媒體通信方向發(fā)展。圖像作為通信傳輸中最直觀的交流工具被大量使用，然而，由于圖像的數(shù)據(jù)量較大、占用空間較大，在直接傳輸?shù)倪^程中容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)受阻，影響效率。因而，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)中的編碼壓縮技術(shù)，壓縮圖片信息的比特量，保證其正常傳輸效率至關(guān)重要。目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)中的熵編碼、DPCM編碼、變換編碼已得到廣泛的應(yīng)用，分行編碼、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼等新的圖像編碼壓縮方法也正處于大力開發(fā)階段。

2.4 工業(yè)和工程領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其領(lǐng)域中應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)的范圍極為廣泛，無論在機(jī)械制造業(yè)、模具加工業(yè)還是軟件研發(fā)業(yè)、工程測(cè)量業(yè)等都離不開數(shù)字圖像處理技術(shù)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，目前人們學(xué)習(xí)和工作中普遍用到的UG、PROE等三維CAD軟件，其中都應(yīng)用到了數(shù)字圖像處理技術(shù)；再如，針對(duì)工業(yè)產(chǎn)品人工檢測(cè)的漏洞問題，數(shù)字圖像處理技術(shù)通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行有效甄別檢測(cè)，即可判斷產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良；另外，數(shù)字圖像處理技術(shù)還結(jié)合視覺、聽覺、觸覺理論和人工智能技術(shù)，研發(fā)出智能機(jī)器人，機(jī)器視覺作為智能機(jī)器人的重要感覺器官在目前的三維景物理解和識(shí)別、軍事偵察等方面應(yīng)用廣泛，很大程度上位工業(yè)的生產(chǎn)注入了新的活力。

2.5 文化藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

在不斷豐富物質(zhì)文明與精神文明社會(huì)中，文化藝術(shù)產(chǎn)業(yè)在不斷的發(fā)生變化與創(chuàng)新發(fā)展。在現(xiàn)代文化藝術(shù)領(lǐng)域中，人們?cè)谛蓍e之余對(duì)照片進(jìn)行的Photoshop處理、對(duì)人工繪畫的處理、對(duì)動(dòng)畫的制作等都是對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用；設(shè)計(jì)師們?cè)诠ぷ髦羞M(jìn)行裝潢設(shè)計(jì)、發(fā)型設(shè)計(jì)、三維特效渲染等都是對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用；此外，數(shù)字圖像處理技術(shù)在文化藝術(shù)領(lǐng)域中的強(qiáng)大作用的發(fā)揮還體現(xiàn)在3D特效的電影的制作上，通過對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)的高效綜合利用，3D電影能帶給人強(qiáng)大的視覺沖擊力與真實(shí)感，尤其在當(dāng)代年輕人群體中，3D特效電影廣受追捧。

3 數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

基于目前數(shù)字圖像處理技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀及其為社會(huì)生產(chǎn)生活的發(fā)揮的重要作用，在信息科技的不斷更新發(fā)展的背景下，數(shù)字圖像處理技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)大致可以如下三方面內(nèi)容：第一，未來數(shù)字圖像處理技術(shù)會(huì)向著高速、高分辨率、實(shí)時(shí)圖像處理、三維成像或多維成像、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展；第二，未來數(shù)字圖像處理技術(shù)更加強(qiáng)調(diào)操作的高效快捷，因而會(huì)將圖像處理技術(shù)的諸多功能集中化，向圖像處理技術(shù)集中化趨勢(shì)發(fā)展；第三，隨著理論的不斷更新，未來的數(shù)字圖像處理技術(shù)研究方法也將不斷更新，向著新理論新思潮方向發(fā)展。

4 結(jié)束語

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)的地位及作用更加突顯出來，數(shù)字圖像處理技術(shù)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)。然而，與西方先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)數(shù)字圖像處理技術(shù)的水平還比較低，其應(yīng)用領(lǐng)域還有待擴(kuò)展。在人工智能技術(shù)發(fā)展的背景下，數(shù)字圖像處理技術(shù)仍需要不斷的加強(qiáng)研究創(chuàng)新，向著未來數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)邁進(jìn)，為未來的國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)揮更大的作用。

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