計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)在圖像處理中的應(yīng)用

長(zhǎng)沙學(xué)院 閻巍

近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)融入到了生產(chǎn)生活中，而在互聯(lián)網(wǎng)的大范圍覆蓋下，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都相對(duì)較為廣泛。而針對(duì)圖像的處理，計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)在不斷發(fā)展的過(guò)程中也在不斷優(yōu)化對(duì)圖像的處理，尤其是在當(dāng)前各種圖像處理軟件的盛行情況下，計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)在圖像處理中的應(yīng)用具有一定的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文在計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)的簡(jiǎn)要概述基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從而在相關(guān)應(yīng)用中總結(jié)得出當(dāng)前計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)存在的優(yōu)勢(shì)，以此有效促進(jìn)計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)關(guān)于圖像的處理。

圖像是當(dāng)前我國(guó)信息技術(shù)、生命科學(xué)以及航空航天等重要技術(shù)中必不可少的一部分，這些技術(shù)的研究與應(yīng)用都離不開(kāi)圖像處理，因此，計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)也隨著我國(guó)不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步全面滲透到各個(gè)科技領(lǐng)域。當(dāng)前的數(shù)字圖像處理主要是利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，具有較高的精度，處理的內(nèi)容也相對(duì)較為豐富，可以在一定程度上通過(guò)計(jì)算機(jī)處理技術(shù)進(jìn)行一系列較為復(fù)雜的非線性處理，能夠進(jìn)一步優(yōu)化處理內(nèi)容，并且在處理速度上進(jìn)行優(yōu)化提升。圖像處理技術(shù)本就涉及到多個(gè)基礎(chǔ)理論知識(shí)，需要在一定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)以及數(shù)理基礎(chǔ)上進(jìn)行處理優(yōu)化。

1 計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)的介紹

1.1 計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)的概念

計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)主要是在一系列數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)針對(duì)圖像進(jìn)行的處理主要是在計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上將對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，以此有效幫助計(jì)算機(jī)快速進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理。在其計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)的應(yīng)用上進(jìn)行數(shù)字圖像的壓縮、平滑以及旋轉(zhuǎn)等相關(guān)操作。在傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理過(guò)程中，作為連續(xù)的圖像，可以被稱為模擬圖像。而數(shù)字圖像主要是依賴計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)一步進(jìn)行加工處理，在傳統(tǒng)圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換，以此將圖像在空間以及幅值的離散化情況下轉(zhuǎn)換數(shù)字化的圖像，從而進(jìn)行數(shù)字化圖像處理[1]。

當(dāng)前計(jì)算機(jī)針對(duì)圖像的數(shù)字處理技術(shù)主要包括了對(duì)點(diǎn)運(yùn)算、幾何處理、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原以及圖像形態(tài)學(xué)處理等。計(jì)算機(jī)利用數(shù)字處理硬件的圖像轉(zhuǎn)換對(duì)模擬圖像進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，從而提高相對(duì)圖像的可使用性。其中，點(diǎn)運(yùn)算主要是針對(duì)數(shù)字圖像的像素進(jìn)行相關(guān)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，例如利用加減乘除法進(jìn)行圖像像素的點(diǎn)運(yùn)算，可以重新進(jìn)行圖像素的計(jì)算，以此有效提高圖像的分辨率，實(shí)現(xiàn)圖像均衡的對(duì)應(yīng)目標(biāo)。而幾何處理則是根據(jù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即在對(duì)應(yīng)的圖像基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、縮小、放大以及旋轉(zhuǎn)等操作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的匹配以及對(duì)圖像進(jìn)行扭曲校正等操作。一般情況下幾何處理是當(dāng)前圖像處理中最為基礎(chǔ)的加工技術(shù)，尤其是縮放功能，是當(dāng)前各種圖像處理軟件中的基本處理方式。對(duì)于圖像的處理而言，圖像增強(qiáng)以及圖像復(fù)原則是較為管理的處理工序，圖像增強(qiáng)主要是在原有圖像信息的表達(dá)程度上進(jìn)行一定程度的削減，通常情況下利用直方圖增強(qiáng)方法或者是偽色彩增強(qiáng)方法。而圖像復(fù)原則是根據(jù)圖像的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步針對(duì)圖像進(jìn)行干擾剔除，盡可能將圖像的模糊性進(jìn)行復(fù)原，恢復(fù)其原來(lái)的圖像面貌，通常情況下利用噪聲復(fù)原方法。除此以外，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像的處理，還需要掌握一定的形態(tài)學(xué)處理，即在圖像形態(tài)學(xué)的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)圖像的細(xì)化分析，進(jìn)一步展現(xiàn)圖像的腐蝕效果。至于其他的圖像編碼、圖像重建等技術(shù)都是關(guān)于圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的根本特性，利用壓縮編碼實(shí)現(xiàn)圖像的壓縮而有效減小空間占比，利用CT技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像的重建，并且運(yùn)用模式識(shí)別對(duì)圖像進(jìn)行模糊識(shí)別以及結(jié)構(gòu)模式識(shí)別。

1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的分類

關(guān)于計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像的處理技術(shù)，在一定程度上實(shí)際上包含了一系列的程序與技術(shù)，主要是針對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析處理，而在其處理過(guò)程中也是在分階段處理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)圖像的加工。即在前期進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖像旋轉(zhuǎn)、平移或者是裁剪等技術(shù)，中期進(jìn)行圖像的增強(qiáng)分割以及復(fù)原，最后再利用識(shí)別分析以及編碼壓縮等技術(shù)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)主要可以分為圖像去噪技術(shù)、圖像增強(qiáng)技術(shù)以及圖像壓縮技術(shù)等。圖像去噪技術(shù)主要是針對(duì)圖像采集過(guò)程中出現(xiàn)的一系列噪音，可能是固體本身存在的噪音，又或者是光量子的噪音。這些噪音在一定程度上都能夠影響到圖像的質(zhì)量，充分阻礙了當(dāng)前圖像處理技術(shù)人員的正常操作，因此，圖像去噪技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理過(guò)程中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，尤其是針對(duì)采集后的信息圖像，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行去噪處理。圖像增強(qiáng)技術(shù)針對(duì)的則是采集后需要進(jìn)行處理的圖像信息，在這類圖像的某些信息中往往存在重要信息與一部分不重要的信息，因此為了能夠有效突出關(guān)鍵信息，應(yīng)對(duì)部分次要信息進(jìn)行干擾的削減，圖像增強(qiáng)技術(shù)則可以廣泛應(yīng)用。圖像增強(qiáng)技術(shù)能夠進(jìn)一步優(yōu)化圖像的處理，改善原來(lái)圖像的畫(huà)質(zhì)，當(dāng)前在計(jì)算機(jī)的圖像處理技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，計(jì)算機(jī)針對(duì)圖像進(jìn)行的一系列增強(qiáng)包括了對(duì)比度的增強(qiáng)、偽色彩的增強(qiáng)以及圖像的銳化程度等。計(jì)算機(jī)的圖像增強(qiáng)技術(shù)并非是在原有的圖像上進(jìn)行信息的添加，而是進(jìn)一步突出了圖像某部分的特性，強(qiáng)調(diào)圖像的關(guān)鍵信息。而圖像壓縮技術(shù)則是在實(shí)際上對(duì)圖像進(jìn)行含數(shù)據(jù)在內(nèi)的壓縮。通常情況下，依靠圖像壓縮技術(shù)能夠充分提高數(shù)字圖像的清晰度和真實(shí)度，有效保障在圖像的傳播過(guò)程中，其對(duì)應(yīng)的圖像發(fā)生失真以及損失等情況[2]。

1.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用

針對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用，其主要是在圖像處理范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與生產(chǎn)生活愈發(fā)融合，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像的處理技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生活中。尤其是當(dāng)前人們并未能夠從日常生活中深切感受到計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的重要性，但其實(shí)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的處理體現(xiàn)在生活中的方方面面。在工業(yè)生產(chǎn)方面，利用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)能夠有效提高印刷產(chǎn)品以及對(duì)應(yīng)產(chǎn)品零部件的無(wú)損檢測(cè)。而在農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)方面的應(yīng)用，數(shù)字圖像處理技術(shù)能夠幫助農(nóng)業(yè)科技進(jìn)行三維機(jī)器的設(shè)計(jì)，為其相關(guān)的系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的圖像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。而針對(duì)圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，則主要包括了在臨床醫(yī)學(xué)中的X射線斷層掃描以及CT掃描、核磁共振掃描等技術(shù)，利用圖像處理技術(shù)能夠優(yōu)化超聲波圖像等的準(zhǔn)確性，保證醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展。與此同時(shí)，圖像處理技術(shù)還被遙感通信等領(lǐng)域涉及應(yīng)用，主要急用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)遙感技術(shù)中要求的圖像信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，在圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將高質(zhì)量的波段圖像傳送到氣象、軍事等各個(gè)部門(mén)，從而有效保證計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展。

2 圖像處理的數(shù)字處理技術(shù)分析

2.1 數(shù)字圖像處理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)當(dāng)前我國(guó)數(shù)字圖像處理技術(shù)中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用情況，由于計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理的過(guò)程依賴于程序進(jìn)行，其處理系統(tǒng)具有一定的結(jié)構(gòu)，主要包括有圖像采集、圖像存儲(chǔ)、圖像顯示以及圖像處理等模塊。關(guān)于圖像的采集模塊。主要是利用各種方式得到對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)信息，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取和模數(shù)轉(zhuǎn)換等，一般情況下可以通過(guò)超聲波成像等獲取到相關(guān)圖像。與此同時(shí)，圖像的處理模塊主要是對(duì)模擬圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字矩陣，再通過(guò)其他不同的處理算法對(duì)矩陣進(jìn)行分析處理，以此達(dá)到理想中的處理效果。而圖像顯示模塊則是通過(guò)當(dāng)前計(jì)算機(jī)的顯示設(shè)備或者是對(duì)應(yīng)的打印設(shè)備準(zhǔn)備輸出圖像，利用彩色打印機(jī)或者彩色等離子顯示器等進(jìn)行圖像的顯示。這就是計(jì)算機(jī)關(guān)于數(shù)字圖像處理的一整個(gè)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的執(zhí)行性和準(zhǔn)確性。

2.2 數(shù)字圖像處理分析

針對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖像處理技術(shù)，其邊緣檢測(cè)實(shí)際上是對(duì)圖像的邊緣化進(jìn)行明暗、色彩以及紋理等的處理。邊緣通常情況下指的是物體的輪廓或者是物體不同的表面之間存在的交界在圖像中的對(duì)應(yīng)反應(yīng)，而在計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像的處理過(guò)程中，對(duì)于圖像邊緣的檢測(cè)通常以不同的灰度、色彩等特性區(qū)域來(lái)進(jìn)行劃分。邊緣作為圖像處理過(guò)程中較為關(guān)鍵的對(duì)象，在一般情況下發(fā)生于灰度突然變化的部分（如圖1所示），與此同時(shí)，圖像的邊緣實(shí)際上是有一定寬度的，并且其灰度常常較為緩慢地發(fā)生變化（如圖1所示）。而在圖像的采集過(guò)程中，由于常受到部分噪音的干擾，邊緣的檢測(cè)在通常情況下也會(huì)受到一定的影響，其邊緣較經(jīng)常模糊不清。兩邊對(duì)應(yīng)灰度相同或者是相近（如圖1所示），其對(duì)應(yīng)的邊緣檢測(cè)方法也大不相同[3]。

圖1 邊緣和灰度值模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of edge and gray value model

計(jì)算機(jī)處理數(shù)字圖像的過(guò)程中，除了要對(duì)邊緣進(jìn)行檢測(cè)外，還應(yīng)對(duì)濾波進(jìn)行處理。通常情況下，在圖像輸入計(jì)算機(jī)的過(guò)程中，周?chē)h(huán)境以及對(duì)應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換器都會(huì)對(duì)其圖像產(chǎn)生一定的噪聲干擾，進(jìn)而導(dǎo)致圖像在輸入過(guò)程中產(chǎn)生部分失真的現(xiàn)象。為了有效消除當(dāng)前的失真情況，并且有效避免噪聲的相關(guān)干擾，則將對(duì)圖像進(jìn)行一定程度上的正規(guī)化處理，即將圖像的失真情況進(jìn)行校正，并且在模糊識(shí)別的基礎(chǔ)上去掉模糊的成分，幫助圖像恢復(fù)原貌。對(duì)于圖像的噪聲成分消除操作，是圖像的濾波操作。主要是為了有效對(duì)圖像進(jìn)行特征識(shí)別模式，進(jìn)一步符合計(jì)算機(jī)的適應(yīng)度要求，消除數(shù)字圖像中混雜的各種噪聲。當(dāng)前的濾波操作技術(shù)要求應(yīng)在嚴(yán)格保證原圖像輪廓邊緣等重要信息的基礎(chǔ)上盡可能大地使圖像清晰化，提高視覺(jué)效果。

最后，關(guān)于計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)在圖像處理中的應(yīng)用，更為重要的是對(duì)圖像進(jìn)行的像素細(xì)分工作，目前我國(guó)的圖像測(cè)量系統(tǒng)主要由照明系統(tǒng)、光學(xué)成像系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)等組成。而對(duì)于相關(guān)數(shù)字圖像的處理，應(yīng)進(jìn)一步要求對(duì)系統(tǒng)的精度進(jìn)行充分分析研究，目前的圖像測(cè)量系統(tǒng)精度受到較多因素的影響，因此越來(lái)越多的人關(guān)注到圖像測(cè)量軟件的算法問(wèn)題。尤其是針對(duì)邊緣檢測(cè)的算法，其對(duì)圖像精度的確定要求較為嚴(yán)格。伴隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)生產(chǎn)的不斷發(fā)展與提高，數(shù)字圖像的處理技術(shù)也在不斷優(yōu)化發(fā)展，其中關(guān)于邊緣檢測(cè)的精度以及對(duì)應(yīng)的分辨率的檢測(cè)主要是利用邊緣鄰域灰度分布的矩來(lái)進(jìn)行擬合邊緣的估計(jì)。針對(duì)當(dāng)前二維空間中的理想邊緣模型（如圖2所示），對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像邊緣像素的處理，主要是利用二維空間的灰度矩來(lái)有效確定邊緣的位置，其方法較為簡(jiǎn)單便捷，也具有一定的精確度，能夠適用于任意尺寸的窗口，精度也不受圖像恢復(fù)數(shù)據(jù)加性或者乘性的影響[4]。

圖2 二維理性邊緣模型圖Fig.2 2D rational edge model diagram

2.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)在圖像處理中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)實(shí)際上旨在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，而應(yīng)用于圖像處理則需要將對(duì)應(yīng)的圖像與數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換應(yīng)用，繼而在計(jì)算機(jī)相關(guān)算法的運(yùn)用過(guò)程中充分提高數(shù)字圖像處理技術(shù)的加工應(yīng)用。計(jì)算機(jī)的加工基礎(chǔ)主要建立在一定程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，而圖像處理旨在對(duì)圖像進(jìn)行加工，而圖像信號(hào)在計(jì)算機(jī)的處理過(guò)程中具有一定的局限性，因此通常情況下都將圖像信息與數(shù)字信息進(jìn)行合理轉(zhuǎn)換。以此提高計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)的充分把握與處理。數(shù)字圖像處理技術(shù)主要利用計(jì)算機(jī)的相關(guān)技術(shù)軟件進(jìn)行分析處理，能夠應(yīng)用計(jì)算機(jī)的對(duì)應(yīng)算法進(jìn)行圖像的測(cè)量、增強(qiáng)以及繪制，尤其是針對(duì)當(dāng)前信息技術(shù)不斷發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì)，關(guān)于圖像信息處理技術(shù)的發(fā)展能夠從多個(gè)方面進(jìn)行深入研究。例如，在計(jì)算機(jī)圖像的灰度處理過(guò)程中，能夠在算法基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)灰度圖像的代開(kāi)，初始化對(duì)應(yīng)的DIB對(duì)象，同時(shí)創(chuàng)建相關(guān)的內(nèi)存緩沖區(qū)，并且載入對(duì)應(yīng)的DIB對(duì)象，接著進(jìn)行原始圖像的灰度值統(tǒng)計(jì)分析，有效將當(dāng)前的圖像的原始灰度值映射到新的灰度值上，進(jìn)而產(chǎn)生新的圖像，以此達(dá)到對(duì)圖像的有效處理。計(jì)算機(jī)在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用較為廣泛，也大大提高了圖像的處理效果[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

關(guān)于目前計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)在圖像處理中的應(yīng)用，其所涉及的研究方面較為廣泛，基于計(jì)算機(jī)處理技術(shù)下的圖像處理涉及到了當(dāng)前生產(chǎn)生活中的方方面面。而圖像處理技術(shù)不僅只是做好圖像的優(yōu)化，還應(yīng)在一定程度上提高信息處理的準(zhǔn)確性，在速度優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)圖像的快速處理。計(jì)算機(jī)憑借自身準(zhǔn)確快速的優(yōu)勢(shì)不斷提高其在圖像處理技術(shù)中的地位，在目前的現(xiàn)代化發(fā)展社會(huì)中發(fā)揮著重大作用。計(jì)算機(jī)數(shù)字處理在圖像處理技術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行分析研究，從而有效提高圖像處理的快速性和準(zhǔn)確性，以此推動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)在圖像處理中的發(fā)展。

引用

[1] 張婧.計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖形圖像處理中的應(yīng)用與關(guān)鍵技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021(9):122-123.

[2] 陳巖巖.計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖形圖像處理中的應(yīng)用[J].湖北開(kāi)放職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2019,32(15):111-112.

[3] 文晶.計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖形圖像處理中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新, 2019(2):87-88.

[4] 黃碧云.計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)在視覺(jué)傳達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2019,37(6):107-108.

[5] 鄧鵬飛.計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖像處理中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用,2012,15(16):76+84.