圖像處理技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用探索

甘 赟

（?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院 海南 ?？?517000）

1 引言

圖像處理技術(shù)工作原理主要是把圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)備，對(duì)數(shù)字信息實(shí)時(shí)處理，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)有100余年的歷史。圖像處理技術(shù)一般分為兩大類：模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理。模擬圖像處理包括光學(xué)處理和電子處理，如照相、遙感圖像處理、電視信號(hào)處理等。數(shù)字圖像處理一般都用計(jì)算機(jī)處理或?qū)崟r(shí)的硬件處理，其優(yōu)點(diǎn)是處理精度高，處理內(nèi)容豐富，可進(jìn)行復(fù)雜的非線性處理，有靈活的變通能力。所運(yùn)用到的處理技術(shù)，主要包括幾何處理技術(shù)、圖像增強(qiáng)處理技術(shù)、參數(shù)處理技術(shù)、圖像復(fù)原處理技術(shù)、圖像編碼處理技術(shù)、圖像重建處理技術(shù)以及圖像識(shí)別處理技術(shù)。圖像處理技術(shù)得到較為廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，涉及領(lǐng)域眾多，可以顯著提升工作的質(zhì)量與效果。

2 圖像處理技術(shù)概述

2.1 圖像處理技術(shù)定義

圖像處理技術(shù)主要是把模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，而后應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將數(shù)字信號(hào)精準(zhǔn)處理，對(duì)數(shù)字圖像開展平移、壓縮、增強(qiáng)以及平滑的操作方法和技術(shù)。在計(jì)算機(jī)中，按照顏色和灰度的多少可以將圖像分為二值圖像、灰度圖像、索引圖像和真彩色RGB圖像4種基本類型。大多數(shù)圖像處理軟件都支持這4種類型的圖像。

2.2 圖像處理技術(shù)分支

依照運(yùn)用的領(lǐng)域有所不同，圖像處理技術(shù)可以劃分出較多分支，關(guān)鍵分支包含[1]：（1）圖像的數(shù)字化運(yùn)用量化和采樣的模式，把模擬圖像逐漸變?yōu)檫\(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)備處理的數(shù)字類別。（2）圖像復(fù)原和增強(qiáng)，關(guān)鍵目的在于正常圖像內(nèi)可用性信息將造成的干擾消弱，促使圖像變得更為清晰，把其轉(zhuǎn)變成為更適宜的分析模式。（3）圖像編碼在保存條件之下，需要在圖像實(shí)施編碼處理，從而對(duì)圖像的信息進(jìn)行壓縮，以便于對(duì)圖像進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。（4）圖像的重建關(guān)鍵是應(yīng)用采集來(lái)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)圖像進(jìn)行重建。圖像重建關(guān)鍵字包含傅立葉反射投影法、代數(shù)法以及卷積反投影法。（5）模式識(shí)別。識(shí)別作用于針對(duì)圖像進(jìn)行處理的首要目的，例如人臉識(shí)別、智能識(shí)別等各類識(shí)別模式?，F(xiàn)階段，模式識(shí)別方式主要包含句法結(jié)構(gòu)模式、統(tǒng)計(jì)識(shí)別模式以及模糊識(shí)別模式。

3 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用

3.1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)工作發(fā)展的背景之下，較多的領(lǐng)域上都運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，例如，對(duì)莊稼進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)病蟲害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控等。在對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行加工和處理的時(shí)候，使用計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)圖像技術(shù)進(jìn)行處理后，才能對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的采摘或農(nóng)產(chǎn)品加工實(shí)施自動(dòng)化和智能化的操作，從而顯著降低人力資源的運(yùn)用，節(jié)約成本，降低人力資源施工壓力[2]。例如，可以運(yùn)用機(jī)器人進(jìn)行采摘。國(guó)外已經(jīng)研究出較多的采摘機(jī)器人，例如，葡萄采摘類機(jī)器人、蔬菜采摘類機(jī)器人等。我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史悠久，在自動(dòng)化生產(chǎn)、計(jì)算機(jī)圖像處理等方面的研究起步相對(duì)較晚，但是可以看出發(fā)展的速度相對(duì)較快。近幾年，我國(guó)對(duì)計(jì)算機(jī)處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)采摘中的應(yīng)用展開深入廣泛的研究，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)更好地發(fā)展。

3.2 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

圖像處理技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)行業(yè)中的應(yīng)用也較為廣泛，其具有精準(zhǔn)性、無(wú)創(chuàng)性以及直觀性的特征，受到臨床醫(yī)學(xué)的廣泛歡迎，例如，X射線斷層掃描、CT掃描和B超圖像、彩超圖像、同位素圖像、顯微鏡圖像以及核磁共振圖像。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理，具有較高的臨床意義，能夠做出精準(zhǔn)判斷，可以促進(jìn)臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展。圖像處理技術(shù)的發(fā)展，對(duì)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有積極的推動(dòng)作用[3]。

3.3 生活領(lǐng)域

圖像處理技術(shù)應(yīng)用在生活領(lǐng)域上較為常見，現(xiàn)階段的電視、LED顯示屏以及視頻等。例如，在對(duì)電視劇進(jìn)行拍攝之后，需要進(jìn)行后期加特效和剪輯等，從而呈現(xiàn)出鮮明和精彩的視頻畫面，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取和信息處理能力較為驚人，可以對(duì)圖像的色調(diào)、剪裁進(jìn)行改善。圖像處理技術(shù)可以在較大程度上保障圖像的完整性與真實(shí)性。

3.4 交通領(lǐng)域

圖像處理技術(shù)應(yīng)用在交通行業(yè)中，主要是在各個(gè)路口中設(shè)置的攝像頭，可以稱作為交通監(jiān)控系統(tǒng)，主要是運(yùn)用圖像處理技術(shù)開展工作。運(yùn)用該系統(tǒng)，可以對(duì)交通違法行為進(jìn)行檢測(cè)，將該類行為動(dòng)態(tài)化保護(hù)，以便于交通管理人員對(duì)交通進(jìn)行管理。例如，若是交通事故出現(xiàn)，當(dāng)事人推脫責(zé)任時(shí)，就需要對(duì)系統(tǒng)中存有的視頻錄像，對(duì)交通責(zé)任進(jìn)行判定，還可以運(yùn)用監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)存在超速的車輛實(shí)施懲罰[4]。

3.5 航天與航空領(lǐng)域

現(xiàn)階段，世界范圍內(nèi)的各個(gè)國(guó)家都積極運(yùn)用陸地衛(wèi)星獲取圖像。將圖像處理技術(shù)運(yùn)用在航天以及航空技術(shù)層面上，具有較為廣闊的前景，很多國(guó)家每天都會(huì)派出大量的偵察機(jī)對(duì)地球上的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行空中攝影。然后，對(duì)拍攝出的照片實(shí)時(shí)分析與處理，運(yùn)用高配置的計(jì)算機(jī)設(shè)備圖像處理系統(tǒng)，對(duì)圖像進(jìn)行細(xì)致和全面的判讀與分析，不但可以降低人力資源的運(yùn)用，還可以提升處理和分析的速度，同時(shí)可以在圖片內(nèi)提取獲得人工沒(méi)有辦法發(fā)現(xiàn)的較多有用性情報(bào)。所拍攝出的圖像，在成像層面、存儲(chǔ)層面、傳輸層面或者判讀層面上，都需要運(yùn)用圖像處理技術(shù)[5]。

3.6 工業(yè)與工程領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域上應(yīng)用較為廣泛，將其運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)的流水線中，對(duì)產(chǎn)品與部件設(shè)施無(wú)損檢測(cè)是圖像處理技術(shù)的關(guān)鍵性應(yīng)用領(lǐng)域之一，其關(guān)鍵是對(duì)產(chǎn)品是否合格以及產(chǎn)品的生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)等。圖像處理技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，有關(guān)人員需要重視對(duì)圖像處理技術(shù)的深入研究，從而更好地服務(wù)社會(huì)[6]。該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)以及工程領(lǐng)域中運(yùn)用，可以運(yùn)用在自動(dòng)裝配線內(nèi)零件的質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)零部件實(shí)施分類；對(duì)印刷電路板的瑕疵和弊病進(jìn)行檢查；對(duì)彈力學(xué)的照片實(shí)施細(xì)致分析等。

3.7 軍事公安領(lǐng)域

軍事公安領(lǐng)域中的圖像處理技術(shù)，主要是用在對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別和指導(dǎo)過(guò)程中，對(duì)各類偵查出的圖片進(jìn)行判讀，具有較強(qiáng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)圖像傳輸以及顯示功能，還可以將各項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用在坦克、飛機(jī)以及軍艦?zāi)M訓(xùn)練系統(tǒng)內(nèi)[7]。而公安部門主要是對(duì)圖像進(jìn)行判讀與分析，開展人臉識(shí)別指紋識(shí)別以及不完整圖像復(fù)原等工作，還可以運(yùn)用在交通監(jiān)控以及事故分析環(huán)節(jié)內(nèi)。

3.8 文化藝術(shù)領(lǐng)域

在藝術(shù)創(chuàng)作的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員繪制和修改圖像的過(guò)程是十分漫長(zhǎng)的。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，大大地提高了藝術(shù)創(chuàng)作的效率和質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員借助該技術(shù)，將設(shè)計(jì)概念以數(shù)字化的形式展現(xiàn)出來(lái)。在后期作品的修復(fù)工作中，通過(guò)圖像處理技術(shù)中對(duì)作品的瑕疵進(jìn)行修復(fù)，提升藝術(shù)作品的質(zhì)量和美感。

4 制約其發(fā)展的因素

4.1 處理信息量較大

隨著網(wǎng)絡(luò)普及和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，圖像、視頻以及其他可視的信息被認(rèn)為是表達(dá)信息最有效的方式，所以圖像的數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而如何快速而且有效地處理圖像信息是研究的焦點(diǎn)。圖像的各像素點(diǎn)逐點(diǎn)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，占用的存儲(chǔ)空間大。該項(xiàng)技術(shù)所處理的數(shù)據(jù)信息一般都為二維信息，需要處理的信息量相對(duì)較大。這就要求計(jì)算機(jī)計(jì)算速度以及存儲(chǔ)容量相對(duì)較高。頻帶相對(duì)較寬和語(yǔ)言信息相比較之下，圖片信息的頻帶需要超出語(yǔ)言信息頻帶的幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

4.2 各像素相關(guān)性大

數(shù)字圖像信息中的每一個(gè)像素并不是獨(dú)立存在的，其具有較大的關(guān)聯(lián)性，在圖畫之上經(jīng)常會(huì)有很多相同像素或接近的灰度。從電視畫面上分析來(lái)看，同一行內(nèi)相鄰較近的像素，或者是相鄰兩行像素其存在的關(guān)系系數(shù)可以達(dá)到0.9左右[8]?？梢钥闯鰣D像處理類的信息，壓縮潛力是較大的。壓縮就是盡可能地去掉各種冗余，保留真正有用的信息。圖像中冗余信息，包括信息的冗余，如空間冗余、信息熵冗余、視覺(jué)冗余等。在同等通信容量下，將圖像壓縮后再傳輸，可使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量變小，也就可以減輕信道的負(fù)擔(dān)。

4.3 無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維景圖全部集合信息的復(fù)現(xiàn)

因?yàn)閳D像作為三維鏡圖中的二維投影，一幅照片自身并不具有處理三維景物的能力?？梢钥闯鋈S景象部分信息不能夠在二維圖像畫面中反映出，對(duì)此，需要對(duì)三維景物進(jìn)行理解和分析，必須要做出假定，亦或是加入新的測(cè)繪量。

4.4 受人為因素的影響較大

在對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理之后，一般都需要人工進(jìn)行評(píng)價(jià)和觀測(cè)，所以會(huì)受到較大的人為因素影響。因?yàn)槿艘曈X(jué)系統(tǒng)較為復(fù)雜，將會(huì)受到視覺(jué)性的條件、環(huán)境以及興趣愛(ài)好的影響，這就需要對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行深入評(píng)價(jià)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)作為模仿人視覺(jué)的一種人感觀機(jī)理，會(huì)受計(jì)算機(jī)視覺(jué)的影響，需要更加深入的研究。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，圖像處理技術(shù)是新型技術(shù)之一，在應(yīng)用層面上需要不斷提升。圖像處理技術(shù)精準(zhǔn)度、分辨率較高、速度比較快，受到廣泛的重視，在較多領(lǐng)域中具有不可替代的作用。未來(lái)該項(xiàng)技術(shù)若更廣泛地應(yīng)用于各領(lǐng)域中，還需要相關(guān)人員不斷進(jìn)行探究與運(yùn)用。