數(shù)字圖像處理在光學(xué)相關(guān)識(shí)別中的應(yīng)用研究

孫喜超

【摘? 要】光學(xué)模式識(shí)別信息處理容量大，運(yùn)算速度快，但精度不高，存儲(chǔ)不靈活，不易判斷控制和分析。聯(lián)合變換相關(guān)器在光學(xué)圖像相關(guān)識(shí)別中得到廣泛的應(yīng)用。為了提高聯(lián)合變換相關(guān)器的性能，將數(shù)字圖像處理技術(shù)引入光學(xué)相關(guān)識(shí)別中，主要體現(xiàn)在對(duì)聯(lián)合圖像進(jìn)行預(yù)處理及對(duì)聯(lián)合功率譜的濾波處理。本文闡述國(guó)內(nèi)外常用的聯(lián)合圖像預(yù)處理算法和功率譜濾波算法，并對(duì)這些算法在光學(xué)相關(guān)識(shí)別中應(yīng)用效果進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字圖像處理;光學(xué)相關(guān)識(shí)別;應(yīng)用

一、數(shù)字圖像處理技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)的顯著特征在于，能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)的處理，數(shù)字圖像在經(jīng)過(guò)采樣-量化處理后轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)當(dāng)中，在經(jīng)過(guò)數(shù)字圖像處理之后，數(shù)據(jù)信息便會(huì)被分割、增強(qiáng)、復(fù)原，這一過(guò)程就是我們所說(shuō)的數(shù)字圖像處理過(guò)程。

由此可見(jiàn)，數(shù)字圖像處理是計(jì)算機(jī)軟硬件有效結(jié)合的一種技術(shù)，伴隨著先進(jìn)計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展及其各行業(yè)中廣泛運(yùn)用。在先進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，數(shù)字圖像處理技術(shù)在獲得大程度發(fā)展的同時(shí)，展現(xiàn)出以下幾方面的特點(diǎn)：

1.圖像處理的多樣性

數(shù)字圖像編寫算法及程序上存在一定差異，會(huì)造成最終的圖像處理結(jié)果也是有所不同的。

2.圖像處理精準(zhǔn)度較高

隨著數(shù)字圖像處理精準(zhǔn)度的不斷升高，圖像再現(xiàn)性質(zhì)量也得到了相應(yīng)的提升，數(shù)字圖像處理實(shí)則是利用多種計(jì)算方法對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行的相關(guān)編寫與計(jì)算，伴隨著先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，促使計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度得到了有效的保障，除此之外，多種計(jì)算方法的融合會(huì)獲得相近的計(jì)算結(jié)果，具有良好的再現(xiàn)性。

3.各學(xué)科技術(shù)的相互融合

數(shù)學(xué)與物理是數(shù)字圖像處理的基本性因素，除此之外，數(shù)字圖像處理技術(shù)是與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電視技術(shù)等緊密的聯(lián)系在一起。

4.大量的數(shù)據(jù)處理

圖像當(dāng)中涵蓋了大量的信息，其中包含：有用、無(wú)用等各類信息，我們可利用圖像處理技術(shù)將無(wú)用信息完全的進(jìn)行消除，從而獲得圖像當(dāng)中的有用信息數(shù)據(jù)。

二、數(shù)字圖像在光學(xué)相關(guān)識(shí)別中處理技術(shù)及處理過(guò)程

圖像是人類獲取信息、表達(dá)信息和傳遞信息的重要手段。利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行 去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等的理論、方法和技術(shù)稱為數(shù)字圖像處理。 數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程科學(xué)、地球科學(xué)等諸多方面的學(xué)者研究圖像的有效工具。數(shù)字圖像處理主要包括圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像編碼、圖像復(fù)原、圖像重建、圖像識(shí)別以及圖像理解等內(nèi)容。

1.圖像處理的基本操作

讀取和顯示圖像可以通過(guò)imread和imshow來(lái)實(shí)現(xiàn);圖像的輸出用imwrite函數(shù)就可以很方便的把圖像輸出到硬盤上;另外還可以imcrop、imrisize、 imrotate等來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的裁剪、縮放和旋轉(zhuǎn)等功能。

2.圖像類型的轉(zhuǎn)換

Matlab 支持多種圖像類型，但在某些圖像操作中，對(duì)圖像的類型有要求，所以要涉 及到對(duì)圖像類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。Matlab7.0圖像處理工具箱為我們提供了不同圖像類型相互轉(zhuǎn)換的大量函數(shù)，如mat2gray函數(shù)可以將矩陣轉(zhuǎn)換為灰度圖像，rgb2gray轉(zhuǎn)換RGB 圖像或顏色映像表為灰度圖像。在類型轉(zhuǎn)換的時(shí)候， 我們還經(jīng)常遇到數(shù)據(jù)類型不匹配的情況，針對(duì)這種情況，Matlab7.0工具箱中，也給我們提供了各種數(shù)據(jù)類型之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)，如double就是把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為雙精度類型的函數(shù)。

3.圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)的目的是為了改善圖像的視覺(jué)效果，提高圖像的清晰度和工藝的適應(yīng)性， 以及便于人與計(jì)算機(jī)的分析和處理，以滿足圖像復(fù)制或再現(xiàn)的要求。圖像增強(qiáng)的方法分為空域法和頻域法兩大類，空域法主要是對(duì)圖像中的各個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行操作;而頻域法是 在圖像的某個(gè)變換域內(nèi)對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行操作，并修改變換后的系數(shù)，如傅立葉變換、DCT變換等的系數(shù)，然后再進(jìn)行反變換，便可得到處理后的圖像。下面以空域增強(qiáng)法的幾種方法加以說(shuō)明。

（1）灰度增強(qiáng)

有多種方法可以實(shí)現(xiàn)圖像的灰度變換，其中最常用的就是直方圖變換的方法，即直方圖的均衡化。這種方法是一種使輸出圖像直方圖近似服從均勻分布的變換算法。Matlab7.0圖像處理工具箱中提供了圖像直方圖均衡化的具體函數(shù)histeq，同時(shí)我們可以用函數(shù)imhist函數(shù)來(lái)計(jì)算和顯示圖像的直方圖[4]。

（2）空域?yàn)V波增強(qiáng)

空域?yàn)V波按照空域?yàn)V波器的功能又可分為平滑濾波器和銳化濾波器。平滑濾波器 可以用低通濾波實(shí)現(xiàn)，目的在于模糊圖像或消除噪聲;銳化濾波器是用高通濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)，目的在于強(qiáng)調(diào)圖像被模糊的細(xì)節(jié)。

在Matlab中，各種濾波方法都是在空間域中通過(guò)不同的濾波算子實(shí)現(xiàn)，可用 fspecial函數(shù)來(lái)創(chuàng)建預(yù)定義的濾波算子，然后可以使用imfilter或filter2 函數(shù)調(diào)用創(chuàng)建好的濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波。

4.邊緣檢測(cè)

數(shù)字圖像的邊緣檢測(cè)是圖像分割、目標(biāo)區(qū)域識(shí)別、區(qū)域形狀提取等圖像分析領(lǐng)域 十分重要的基礎(chǔ)，也是圖像識(shí)別中提取圖像特征的一個(gè)重要屬性。邊緣檢測(cè)算子可以檢查每個(gè)像素的鄰域并對(duì)灰度變化率進(jìn)行量化，也包括對(duì)方向的確定，其中大多數(shù)是基于 方向?qū)?shù)掩模求卷積的方法。常用的Sobel算子，Prewitt算子，Roberts算子，Log算子等。Matlab7.0工具箱中提供的edge（函數(shù)可以進(jìn)行邊緣檢測(cè)，在其參數(shù)里面，可以根據(jù)需要選擇合適的算子及其參數(shù)。

三、數(shù)字圖像處理在光學(xué)相關(guān)識(shí)別中主要研究的內(nèi)容

1.圖像變換

由于圖像陣列很大，直接在空間域中進(jìn)行處理，涉及計(jì)算量很大。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理（如傅立葉變換可在頻域中進(jìn)行數(shù)字濾波處理）。目前新興研究的小波變換在時(shí)域和頻域中都具有良好的局部化特性，它在圖像處理中也有著廣泛而有效的應(yīng)用。

2.圖像編碼

壓縮圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特?cái)?shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時(shí)間和減少所占用的存儲(chǔ)器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。

3.圖像增強(qiáng)和復(fù)原

圖像增強(qiáng)的目的是為了提高圖像的質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。如強(qiáng)化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰，細(xì)節(jié)明顯;如強(qiáng)化低頻分量可減少圖像中噪聲影響。至于圖像復(fù)原，我們將在下邊作詳細(xì)討論。

四、數(shù)字圖像處理技術(shù)在光學(xué)相關(guān)識(shí)別中的未來(lái)發(fā)展

1.需進(jìn)一步強(qiáng)化軟件理論知識(shí)的探究，挖掘出全新的數(shù)字圖像處理方法，注重與其相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域成果的探究，憑借新思維、新方法在圖像處理中進(jìn)行有效的運(yùn)用;

2.圖像處理準(zhǔn)確性與處理速度非常重要。通過(guò)對(duì)氣象云圖、遙感進(jìn)行的深入淺析可以看出，大量的數(shù)據(jù)信息與處理速度二者之間存在很大的矛盾，是需要針對(duì)具體問(wèn)題來(lái)加以解決的;

3.深入探究數(shù)字圖像處理基本知識(shí)。需對(duì)數(shù)字圖像處理基本知識(shí)進(jìn)行深層次的學(xué)習(xí)與掌握，這樣才能夠使得圖像處理技術(shù)基本理論完善化;

4.注重邊緣學(xué)科的探究?？茖W(xué)的邊緣性探究是通過(guò)對(duì)與數(shù)字圖像處理技術(shù)有關(guān)學(xué)科進(jìn)行的探究，與數(shù)字圖像處理技術(shù)緊密聯(lián)系的學(xué)科包括：心理學(xué)、視覺(jué)學(xué)等。在通過(guò)深入探究后便能夠有更大的突破與創(chuàng)新，促使我國(guó)的數(shù)據(jù)圖像處理技術(shù)獲得更大的進(jìn)步;

5.標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。較大的數(shù)據(jù)量信息是數(shù)字圖像的顯著特征，可是，圖像信息處理中的檢索、交流中潛存很多的問(wèn)題，目前與計(jì)算機(jī)圖像處理相關(guān)的軟硬件是非常多的，同時(shí)并無(wú)一體化的平臺(tái)，這對(duì)于數(shù)字圖像處理工作的開(kāi)展造成了很大的障礙。

結(jié)語(yǔ)

將光學(xué)處理和數(shù)字處理結(jié)合起來(lái)，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，相輔相成。將數(shù)字圖像處理方法應(yīng)用在光學(xué)相關(guān)識(shí)別中能很大程度改善傳統(tǒng)光學(xué)相關(guān)識(shí)別器的性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]朱安琪.? 數(shù)字圖像處理與識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究[J]. 電子測(cè)試. 2016（09）

[2]鄭李強(qiáng). 數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2018（02）

[3]唐云龍，陳平. 智能交通中數(shù)字圖像處理技術(shù)的運(yùn)用[J]. 中國(guó)高新區(qū). 2018（01）