計算機(jī)智能化圖像識別技術(shù)的探討

郝雅潔 李富忠

摘 要：隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展與進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)也越來越高端，圖像識別處理技術(shù)在日常生活中被廣泛應(yīng)用，識別需求也隨生活水平的提高不斷更新變化，所以識別技術(shù)也需要提高，以符合人們的需求。文中介紹了圖像識別技術(shù)的概念、發(fā)展歷程、發(fā)展現(xiàn)狀，討論技術(shù)特點、圖像識別的過程和一些需要用到的圖像處理技術(shù)的簡要概述、技術(shù)問題以及解決途徑，最后介紹圖像識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域范圍。計算機(jī)圖像識別技術(shù)已經(jīng)深深融入到人們的日常生活中了，無處不在，如智能客戶端的掃碼付錢，為人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。未來此技術(shù)還將更加智能化，更好地為大眾服務(wù)。

關(guān)鍵詞：計算機(jī);智能化;圖像識別技術(shù);圖像處理技術(shù);掃碼付錢;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP391.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2019）08-00-03

0 引 言

隨著社會與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，計算機(jī)圖像識別技術(shù)也越來越智能化，能夠很大程度地滿足人們對圖像的個性化需求。圖像識別技術(shù)將計算機(jī)技術(shù)、識別處理技術(shù)、智能化結(jié)合在一起，將輸入的圖像圖形信息轉(zhuǎn)換為計算機(jī)數(shù)字信號，對這些多源數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，轉(zhuǎn)化成具有特征的信息，進(jìn)行分類匹配，得到最終的效果，這樣的方式顯著提升了圖像的處理速度和質(zhì)量[1]。計算機(jī)數(shù)字信號有抗干擾、信息量小、易存儲并能夠長期存儲的優(yōu)點，使得圖像識別容易被執(zhí)行操作[2]。計算機(jī)圖像識別技術(shù)歷經(jīng)了幾個階段的發(fā)展演變，早期只能對簡單的數(shù)字、文字信息進(jìn)行識別處理，后來漸漸發(fā)展為可以對簡單的圖形圖像數(shù)字化信息進(jìn)行識別處理，以及現(xiàn)在的稍復(fù)雜的二維圖像甚至三維立體圖像[3]?，F(xiàn)今的圖像識別系統(tǒng)大致可分為三種形式：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、結(jié)構(gòu)以及統(tǒng)計，如圖1所示?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)形式的圖像識別是一種新型的應(yīng)用廣泛的識別技術(shù)，將傳統(tǒng)的圖像識別技術(shù)與先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相結(jié)合，大大提升了識別率[4]。

計算機(jī)圖像識別處理與人類對圖像的感知識別是類似的，然而計算機(jī)識別能力更強(qiáng)，能處理的信息量更大?？梢杂脕磉M(jìn)行條形碼識別、人臉面部識別、指紋識別、身份認(rèn)證、模型匹配等，一定程度上保障了人們?nèi)粘Ｉ畹陌踩浴：唵斡謴V泛的圖像識別應(yīng)用于智能手機(jī)方面，指紋識別、面部識別簡化了人們解鎖屏幕之前的繁瑣操作，大大縮短了解鎖時間，提升了使用效率?，F(xiàn)在的高端識別技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)當(dāng)對象物體的位置、角度和距離等無論發(fā)生怎樣的改變，計算機(jī)都能識別其本質(zhì)的特點，對圖像的最終判斷不會產(chǎn)生影響[5]。例如蘋果公司新推出的iPhone X手機(jī)的面部識別功能，無論是在黑夜，還是用戶戴眼鏡、臉上有疤痕等面部有些變化，其都能識別出并進(jìn)行解鎖。學(xué)校、機(jī)關(guān)政府等使用的掃臉打卡機(jī)器同樣也使用到了此技術(shù)。

1 技術(shù)特征點

圖像本身可能會帶有大量的數(shù)據(jù)信息，在識別過程中還需要對圖像的信息進(jìn)行比對分析，這就需要對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，信息量很龐大。圖像的最小單位是像素，一幅圖像是由眾多的像素組成，并且各像素之間有著緊密的關(guān)系。像素對應(yīng)圖像的信息，在一定程度上反映出圖像的內(nèi)容。像素與像素間、像素與圖像間的關(guān)聯(lián)性是很強(qiáng)的，在識別過程中有著重要的作用[6]。

對圖像進(jìn)行識別，首先要將圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)槎S數(shù)組，即計算機(jī)可識別的數(shù)字信號，這樣任意精度間的轉(zhuǎn)換就需要高精度的數(shù)字化智能處理技術(shù)[7]。智能化的計算機(jī)圖像識別提升了圖像信息的精準(zhǔn)度，識別結(jié)果更加接近于真實性，使得圖像受環(huán)境噪聲的影響較小，提升了抗干擾性[8]。隨著科技的進(jìn)步，圖像識別技術(shù)也更加的靈活，在圖像的轉(zhuǎn)換處理上方便快捷，識別率精確很多。圖像識別處理大都為了滿足人們的生產(chǎn)生活需求，人為地進(jìn)行控制分析處理，有時會加入個人喜好情感等因素，依個人要求改變最后的識別結(jié)果[9]。

2 技術(shù)實現(xiàn)過程

計算機(jī)圖像識別的過程與人腦識別圖像的過程是類似的。首先將要識別的圖像對象輸入到計算機(jī)中，之后對其進(jìn)行預(yù)處理和壓縮處理，對圖像的關(guān)鍵特征進(jìn)行提取，之后進(jìn)行分類，最后根據(jù)要求對圖像進(jìn)行匹配[6]。圖像識別過程如圖2所示。

圖中圖像預(yù)處理過程是最為關(guān)鍵的也是最復(fù)雜困難的一個環(huán)節(jié)，會將圖像中一些不重要的數(shù)據(jù)信息去除，對圖像識別效果影響最大[10]。圖像預(yù)處理包括對圖像進(jìn)行灰度化處理、二值化處理、平滑去噪及輪廓提取等操作?；叶然幚頃D像中的各像素點的灰度值根據(jù)需求，經(jīng)某一灰度化公式處理后得到成像效果[11]。二值化處理比較簡單，只需將圖像中像素點的灰度值均設(shè)置為0或255即可，最后圖像呈現(xiàn)的效果即為黑與白[12]。去噪處理是將圖像中的一些噪聲及沒用的干擾信息去除，突出需要的圖像內(nèi)容，從而使人們能直觀清晰地看到需求信息。輪廓提取是突出目標(biāo)圖像對象的邊緣輪廓信息，使人們可以僅從圖像中的形狀邊緣特征就看出圖像的信息內(nèi)容。

對圖像進(jìn)行壓縮處理，將圖像多余的信息進(jìn)行壓縮或刪減，可以減少圖像的占用空間，能夠更好的傳輸和存儲，但并不會影響圖像的可識別性。壓縮代碼及形式需根據(jù)實際情況來選擇[9]。提取圖像的關(guān)鍵特征是系統(tǒng)根據(jù)圖像的主要特征點進(jìn)行處理提取，如圖像的顏色特征、形狀特征、紋理特征及空間特征等。

3 存在問題及解決途徑

雖然我國智能化的圖像識別技術(shù)取得了迅速發(fā)展，識別效果不錯，但是我國對這項技術(shù)仍處于起步發(fā)展階段，還存在諸多的不足之處，識別技術(shù)存在一些瓶頸問題?，F(xiàn)如今的技術(shù)只能對簡單的圖像進(jìn)行識別處理，效果還比較好;然而當(dāng)圖像一旦變得復(fù)雜，數(shù)據(jù)信息多的時候，計算量以及計算時間都會變大，識別率也會下降[13]。圖像識別技術(shù)如圖3所示。

技術(shù)受限主要是由于以下幾方面的原因。我國的計算機(jī)軟硬件設(shè)備技術(shù)相對比較落后，當(dāng)識別復(fù)雜的圖像時，任務(wù)量較大，計算機(jī)運(yùn)行處理速度跟不上，無法及時地識別處理圖像，降低了識別精度和效率[14]。同時也會造成我國的研究成果少于國外具有發(fā)達(dá)水平計算機(jī)軟硬件國家的研究成果。我國智能識別的圖像大多還是二維圖像，并且有時圖像的質(zhì)量不是很高，模糊或是有雜質(zhì)，或受人為因素的任意性干擾限制，都會影響圖像的識別效率。

基于以上問題，大家還需要對其進(jìn)行優(yōu)化提高，加大研究投入計算機(jī)軟硬件設(shè)備的開發(fā)，多運(yùn)用高性能的計算機(jī)來支撐識別處理圖像。并且將工作重心從二維圖像逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿S圖像，未來甚至?xí)l(fā)展為多維[15]。優(yōu)化完善識別技術(shù)，降低圖像質(zhì)量及環(huán)境噪聲對識別處理的影響，從而提升識別精度和分辨率。

4 應(yīng)用領(lǐng)域

如今圖像識別技術(shù)隨著高端先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)漸漸深入到人們的生活中，應(yīng)用范圍領(lǐng)域廣泛，如交通領(lǐng)域、建筑工程領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、文學(xué)藝術(shù)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域等，被不斷推廣[2]，并且具有著較高的應(yīng)用價值與作用，靈活便捷智能的特點使其應(yīng)用普遍，十分有必要在各行業(yè)進(jìn)行普及發(fā)展。

4.1 交通領(lǐng)域

要想富，先修路。隨著各城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通設(shè)施也在不斷發(fā)展改變，道路四通八達(dá)，建設(shè)面積越來越大，路況也越來越復(fù)雜，并且人們生活水平不斷提高，各家各戶都擁有了私家車，不論是節(jié)假日還是工作日都會駕車出行，這就給道路交通帶來了不小的壓力。為了保證人們能高效地駕車出行，計算機(jī)圖像識別技術(shù)在交通設(shè)施領(lǐng)域方面就起到了很大的作用，它可以同時對路況信息和車輛信息進(jìn)行檢測。各大城市都不斷地修道路，所以司機(jī)在駕駛時也會有很多道路不熟悉，無法準(zhǔn)時準(zhǔn)確地到達(dá)目的地。而圖像識別技術(shù)會為駕駛員提供實時可靠準(zhǔn)確的路況信息，為駕駛員指引方向，保障了道路、車輛以及駕駛員的雙重安全[13]。圖像識別除了對道路檢測外還可以進(jìn)行車輛檢測，通過車輛分割技術(shù)對車輛進(jìn)行跟蹤與識別，檢測車速與車流量，判斷車輛是否有超速違規(guī)等現(xiàn)象，利于交通事故的處理，以及能有效地保障道路通暢運(yùn)行。

4.2 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

身體是革命的本錢，擁有一個健康的身體才是無限財富的保證。如今人們對自己的健康問題越發(fā)重視了，我國醫(yī)療事業(yè)也飛速發(fā)展，醫(yī)療器械設(shè)備融入了計算機(jī)圖像識別技術(shù)，越來越智能化。醫(yī)生可以直接通過設(shè)備對病人進(jìn)行拍片觀察診斷，針對性治療，清晰直觀，準(zhǔn)確又高效。例如應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)的手機(jī)導(dǎo)航技術(shù)、CT技術(shù)、核磁共振以及B超、彩超等，醫(yī)生與患者可以通過圖像清晰直觀地看到病情狀況，以此提出有針對性的治療方案，提高醫(yī)學(xué)技術(shù)[16]。

4.3 安防領(lǐng)域

天網(wǎng)恢恢，疏而不漏。人民安居樂業(yè)是保障國家繁榮昌盛的關(guān)鍵所在，如今科技的進(jìn)步使得視頻監(jiān)控普及運(yùn)用，能夠遍布各個角落，如天眼一般監(jiān)控著每個地方的一舉一動，讓黑惡勢力無藏身之處，極大地保障了民生安全。安防設(shè)施的建設(shè)也日益嚴(yán)格，由傳統(tǒng)的人工視頻調(diào)查分析轉(zhuǎn)為智能化的計算機(jī)圖像識別技術(shù)分析，避免了人工可能引起的疏漏誤差，更加精準(zhǔn)嚴(yán)格[17]?，F(xiàn)在的視頻監(jiān)控分布廣雜，人工分析處理視頻信息不僅耗費(fèi)大量的時間，還會耗費(fèi)大量的人力物力，而且人為因素會造成很多信息的遺漏，速度慢、效率

低[18]。將視頻監(jiān)控自動化，通過計算機(jī)采集圖像，提取識別信息，將圖像中的信息數(shù)據(jù)一體化，精準(zhǔn)度更高，大大降低了人工操作的工作量、工作時間，提高了效率。監(jiān)控視頻信息還可以作為事故鑒定的有效依據(jù)。

4.4 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

民以食為天。自古以來農(nóng)業(yè)在我國就有著舉足輕重的地位，糧食產(chǎn)量對經(jīng)濟(jì)有較大的影響，所以提高產(chǎn)量是我國農(nóng)業(yè)研究人員的研究關(guān)鍵。高科技不光應(yīng)用在人們的日常生活中，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也同樣引入了高科技，智慧農(nóng)業(yè)也不再是什么新鮮詞匯，智能化農(nóng)業(yè)引入計算機(jī)圖像識別技術(shù)，可以實時觀測到植物的生長狀況，植物葉片的病蟲害研究，對植物進(jìn)行實時全景監(jiān)控，還可以進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)檢。對研究植物表型，影響植物生長因素以及研發(fā)植物新品種有科學(xué)指導(dǎo)意義[19]。

4.5 文藝領(lǐng)域

圖像識別技術(shù)在文藝領(lǐng)域主要應(yīng)用于對圖像、聲音方面的識別處理，呈現(xiàn)出藝術(shù)性。通過智能化識別系統(tǒng)自動將無用信息過濾掉，保證信息的有效性，匹配性。還可以依據(jù)美學(xué)原理對圖像進(jìn)行色彩調(diào)整，增強(qiáng)其藝術(shù)感，從而為人們呈現(xiàn)出更加美好的畫面，如日?？吹降?D電影、3D電視等所呈現(xiàn)出的震撼場景，超強(qiáng)的視覺效果給人們帶來一場場視覺盛宴[19]，讓人們身臨其境。

5 結(jié) 語

智能化的計算機(jī)圖像識別技術(shù)提取出圖像中有用有價值的信息給人們，以便更好地服務(wù)人們的生產(chǎn)、生活。其應(yīng)用價值非常廣泛，在提升人民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時還能保障財產(chǎn)的安全，發(fā)展前景廣闊。然而還需要繼續(xù)研究提升識別精度，不斷地創(chuàng)新完善技術(shù)，使其更加多維化、智能化，為促進(jìn)我國社會的智能化與可持續(xù)化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

注：本文通訊作者為李富忠。

參 考 文 獻(xiàn)

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