数字图像处理技术

数字图像处理技术

机器视觉技术

姓名：

学号：

专业：

数字图像处理技术

数字图像处理（Digital Image Processing）是将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理。起源于20世纪20年代，20世纪60年代-70年代随着计算机技术与数字电视技术的普及和发展而迅速发展。在80年代-90年代才形成独立的科学体系。早期数字图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。目前该技术已广泛用于科学研究、工农业生产、生物医学工程、航空航天、军事、工业、机器人产业、政府职能机关文化文艺等多领域。并在其中发挥着越来越大的作用，已成为一门引人注目、前景广阔的新型学科。

一、数字图像处理技术的起源

数字图像处理技术最早出项于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定的水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量。它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL）。他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了数字图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳的位置和月球的环境影响，由计算机成功的绘制出了月球表面地图，获取了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近万张图片进行了更为复杂的图像处理，由此获得了月球的地形图、彩色图以及全景镶嵌图、获得了非凡的成果为人类登月活动奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。

二、数字图像处理的过程

图像的数字化是通过取样和量化将一个以自然形态存在的图像变换为适于计算机处理的数字形式。用矩阵的形式来表示图像的各种信息。

图像的编码目的是在不改变图像的质量基础上压缩图像的信息量，以满足传输与存储的要求。编码多采用数字编码技术对图像逐点的进行加工。

图像增强的目的是将图像转换为更适合人和机器的分析的形式。常用的增强方法有：灰度等级直方图处理；干扰抵制；边缘锐化；伪彩色处理。

图像复原的目的与图像增强相同，其主要原则是为了消除或减少图像获取和传输过程中造成的图像的损伤和退化，这包括图像的模糊、图像的干扰和噪声等，尽可能的获得原来的真实图像。无论是图像增强还是图像的复原，都必须对整副图像的所有像素进行运算，出于图像像素的大数量考虑，其运算也十分的巨大。

图像的分割是将图像划分为一些不重叠的区域。每个区域是像素的一个连续集。利用图像的纹理特性，通过把像素分入特定的区域并寻求区域之间的边界来实现图像的分割。

图像的分析是从图像中抽取某些有用的度量、数据和信息，以的到某种数值结果。图像分析用图像分割方法抽取图像的特征然后对图像进行符号化的描述，这种描述不仅能对图像是否存在某一特定的对象进行回答，还能对图像内容进行详细的描述。

图像处理的各个内容是有联系的，一个实用的图像处理系统往往结合了几种图像处理技术才能得到需要的结果，而图像数字化则是讲一个图像变换为适合计算机处理的第一步。图像编码可用以传播和储存图像。图像增强和复原可以使图像处理的最后目的也可以为进一步的处理准备。通过图像分割得出的图像特征也可以作为最终的结果，也同样可以作为进一步图像分析的基础。

三、数字图像处理技术的优点

再现性好：数字图像处理不会应为图像的存储、传输或复制等一

系列动作而导致图像质量的退化。

处理精度高：目前计算机技术的发展使得任何一副模拟图像均可转化为任意大小的栈数组，这就以为着数字化精度可已满足大多数应用的要求。

灵活性高，适用面宽：数字处理不仅能完成线性的运算还能实现非线性的处理，图像可以来自多种信息源。这就使得数字图像处理技术可以用于各种图像处理的产业中。

四、数字图像处理技术的应用领域

（1）生物医学工程方面。数字图像处理在生物医学工程方面的应用十分广泛，而且很有成效。除了上面介绍的CT技术之外，还有一类是对医用显微图像的处理分析，如红细胞、白细胞分类，染色体分析，癌细胞识别等。此外，在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处理技术。

（2）通信工程方面当前通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的多媒体通信。具体地讲是将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上传输。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100Mbit/s 以上。要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的关键。除了已应用较广泛的熵编码、DPCM编码、变换编码外，目前国内外正在大力开发研究新的编码方法，如分行编码、自适应网络编码、小波变换图像压缩编码等。

（3）工业和工程方面。在工业和工程领域中图像处理技术有着广泛的应用，如自动装配线中检测零件的质量、并对零件进行分类，印刷电路板疵病检查，弹性力学照片的应力分析，流体力学图片的阻力和升力分析，邮政信件的自动分拣，在一些有毒、放射性环境内识别工件及物体的形状和排列状态，先进的设计和制造技术中采用工业视觉等等。

（4）军事公安方面。在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的

精确末制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统，飞机、坦克和军舰模拟训练系统等；公安业务图片的判读分析，指纹识别，人脸鉴别，不完整图片的复原，以及交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别都是图像处理技术成功应用的例子。

（5）文化艺术方面。目前这类应用有电视画面的数字编辑，动画的制作，电子图像游戏，纺织工艺品设计，服装设计与制作，发型设计，文物资料照片的复制和修复，运动员动作分析和评分等等，现在已逐渐形成一门新的艺术--计算机美术。

（6）机器人视觉。机器视觉作为智能机器人的重要感觉器官,主要进行三维景物理解和识别,是目前处于研究之中的开放课题。机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人,邮政、医院和家庭服务的智能机器人,装配线工件识别、定位,太空机器人的自动操作等。

（7）视频和多媒体系统。目前,电视制作系统广泛使用的图像处理、变换、合成,多媒体系统中静止图像和动态图像的采集、压缩、处理、存贮和传输等。

（8）科学可视化。图像处理和图形学紧密结合,形成了科学研究各个领域新型的研究工具。

（9）电子商务。在当前呼声甚高的电子商务中,图像处理技术也大有可为,如身份认证、产品防伪、水印技术等。

总之,图像处理技术应用领域相当广泛,已在国家安全、经济发展、日常生活中充当越来越重要的角色,对国计民生的作用不可低估。

五、数字图像处理技术的研究方向

自20世纪60年代第三代数字计算机问世以后，数字图像处理技术出现了空前的发展，在该领域中需要进一步研究的问题主要有如下五个方向：1）在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题；2）加强软件研究，开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法；3）加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展；4）加强理论研究，逐步形成处理科学自身的理论体；5）时刻注意图像处理领域的标准化问题。