關(guān)于計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的若干思考

陶姿邑（陜西中醫(yī)藥大學(xué),陜西　咸陽　712046）

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關(guān)于計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的若干思考

陶姿邑
（陜西中醫(yī)藥大學(xué),陜西咸陽712046）

摘 要:數(shù)字圖像處理是利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù)，早在上世紀(jì)中期便已出現(xiàn)。進(jìn)行數(shù)字圖像處理的方法包括對(duì)圖像質(zhì)量的增強(qiáng)、壓縮、復(fù)原、編碼等。本文針對(duì)數(shù)字圖像處理的相關(guān)概念及技術(shù)等進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)；數(shù)字圖像；思考；處理技術(shù)

0　引言

計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)覆蓋范圍廣，學(xué)科交叉性強(qiáng)，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)學(xué)科學(xué)、光物理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，在環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)牧業(yè)、國(guó)防軍事、多媒體等方面都有著十分廣泛的應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，以及離散數(shù)學(xué)等理論的完善中，計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

1　數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展概況

圖像處理技術(shù)最早應(yīng)用于提高圖像質(zhì)量，將低質(zhì)量的圖像經(jīng)過改善處理，輸出高質(zhì)量的圖像。上世紀(jì)20年代，第一次應(yīng)用于從英國(guó)到美國(guó)海底電纜傳輸圖片的質(zhì)量提高。數(shù)字圖像處理成為一門學(xué)科是在上世紀(jì)60年代。1962年，計(jì)算機(jī)圖形這一術(shù)語被首次提出，將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為一門獨(dú)立學(xué)科開始了研究。計(jì)算機(jī)圖形涉及到數(shù)字化轉(zhuǎn)換、幾何平移變形、實(shí)物模型構(gòu)建、色彩調(diào)度、色彩轉(zhuǎn)換以及曲線運(yùn)用等多個(gè)方面，所以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門具備研究性的領(lǐng)域。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理是一個(gè)相對(duì)年輕的學(xué)科，涉及范圍極其廣泛，比如圖形交互技術(shù)、圖形硬件、科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等等。

2　數(shù)字圖象處理的主要研究方向

（1）圖像變換。圖像變換包括圖像的拉伸、收縮、旋轉(zhuǎn)、扭曲等。圖像的變換一般不直接在空間域中進(jìn)行，而是進(jìn)行變換域處理，即對(duì)空間域處理的變換。包括傅里葉變換、沃爾什-阿達(dá)瑪變換等，這種處理方式降低了計(jì)算工作量，而且處理更加有效。

（2）圖像編碼。圖像編碼是利用編碼技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行壓縮的一種方法，通過壓縮算法，在盡可能保證圖像不失真的情況下減少圖像的比特?cái)?shù)，降低圖像的存儲(chǔ)占用空間，方便圖像的傳輸、處理等。在圖像壓縮技術(shù)中，最重要的就是編碼算法，常見的編碼算法包括預(yù)測(cè)編碼、變換域編碼等。

（3）圖像增強(qiáng)及復(fù)原技術(shù)。圖像增強(qiáng)及復(fù)原技術(shù)是數(shù)字圖像處理技術(shù)的最原始目的。通過圖像增強(qiáng)及復(fù)原，可以提高圖像的清晰度，增強(qiáng)圖像的質(zhì)量。比如對(duì)圖像的高頻分量進(jìn)行強(qiáng)化，突出物體的輪廓細(xì)節(jié)，或者對(duì)圖像的低頻分量進(jìn)行強(qiáng)化，降低圖像噪聲等。

（4）圖像分割。圖像分割技術(shù)也是數(shù)字圖像處理中非常重要的一項(xiàng)。圖像分割就是將具有特征意義的邊緣區(qū)域從圖像中進(jìn)行提取，以為進(jìn)行圖像的識(shí)別、分析提供條件。這項(xiàng)技術(shù)在人工智能領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，雖然已經(jīng)有所發(fā)展，但是缺少一種普適性的圖像分割方法，在人工智能發(fā)展迅速的今天，圖像分割也成為熱點(diǎn)研究問題之一。

（5）圖像描述。進(jìn)行圖像識(shí)別的重要前提就是圖像描述。一般來說，圖像描述主要包括兩類區(qū)域描述方法：利用外部特征的邊界描述和利用內(nèi)部特征的區(qū)域描述。這是二維描述的方法，在三維技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，體積描述、表面描述等方法也已經(jīng)被提出。

（6）圖像識(shí)別。圖像識(shí)別是人工智能中重要的研究方向，屬于模式識(shí)別。在對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)行圖像分割，提取相應(yīng)特征，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖片分類。在經(jīng)過訓(xùn)練集訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，能夠?qū)D片進(jìn)行正確的分類。

3　數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）太空探索。太空探索需要進(jìn)行大量的照片拍攝，然而這些照片在傳回時(shí)并不想我們?cè)谛侣劽襟w上見到的那樣清晰、多彩。照片在經(jīng)過數(shù)字圖像處理之后，才能夠進(jìn)行精確的分析。

（2）衛(wèi)星勘測(cè)。目前，世界各國(guó)都發(fā)射了大量衛(wèi)星進(jìn)行大氣監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)探測(cè)、石油探測(cè)、水資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，這些技術(shù)取得良好效果的基礎(chǔ)在于數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

（3）生物醫(yī)學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程中對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)的依賴性也很大，如進(jìn)行CT顯像、顯微圖像分析、超聲波圖像處理、立體定向放射治療等眾多方面都離不開數(shù)字圖像處理技術(shù)。

（4）軍事公安。在軍事上，數(shù)字圖像技術(shù)主要應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、軍事偵察以及模擬訓(xùn)練等方面。在公安業(yè)務(wù)上，主要應(yīng)用于交通牌照識(shí)別、指紋分析、圖片復(fù)原等。

（5）通信互聯(lián)?；ヂ?lián)網(wǎng)的高速發(fā)展也離不開數(shù)字圖像處理技術(shù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)通信時(shí)，最難以處理的數(shù)據(jù)便是圖像數(shù)據(jù)，因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)量十分巨大，要實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)傳輸（如直播），必須借助圖像的壓縮編碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。高效的編碼方式能夠在保證圖像傳輸流暢的同時(shí)，質(zhì)量不會(huì)降低。

（6）新興領(lǐng)域。機(jī)器人作為新興智能領(lǐng)域的代表，受到圖像處理技術(shù)的影響也十分巨大。通過數(shù)字圖像處理技術(shù)，可以給與機(jī)器人視覺分析，從而進(jìn)行機(jī)器人的自動(dòng)化操作。

4　數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展方向

數(shù)字圖像處理是目前計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中十分活躍的研究方向，雖然這一領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速，但仍有以下幾個(gè)方面是需要進(jìn)一步加強(qiáng)的。

（1）加強(qiáng)學(xué)科交叉聯(lián)合研究。數(shù)字圖像處理的理論涉及面廣、應(yīng)用面廣，必須聯(lián)合相關(guān)學(xué)科共同開發(fā)，才能夠取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。

（2）提高計(jì)算精度和性能。數(shù)字圖像處理技術(shù)中，一個(gè)十分矛盾的問題就是計(jì)算精度和處理速度之間如何平衡。圖像處理需要經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，運(yùn)算量遠(yuǎn)大于文本處理，所以需要在提高運(yùn)算精度的同時(shí)提高運(yùn)算的速度。

（3）不斷提出新的圖像處理方法，強(qiáng)化理論研究。數(shù)字圖像處理在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域還是一個(gè)年輕的學(xué)科，還有許多理論值得探索、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，逐步形成自己的理論體系。

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作者簡(jiǎn)介：陶姿邑（1985-），女，陜西咸陽人,本科,工程師,研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.142