關(guān)于圖像處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展的分析

安叢姝

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類社會的不斷進(jìn)步，圖像處理在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，圖像處理技術(shù)的使用也變得尤為重要。本文主要對圖像處理技術(shù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、數(shù)字圖像信息的特征及數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容進(jìn)行了分析。重點(diǎn)論述了圖像處理技術(shù)理論，展望了未來圖像處理理論與技術(shù)的研究熱點(diǎn)綜合分析了圖像處理技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：圖像處理技術(shù) 數(shù)字圖像處理 圖像特征

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（a）-0072-02

1 圖像信息技術(shù)簡介

隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們通過圖像信息來進(jìn)行科學(xué)研究、生產(chǎn)加工、交通及社會治安管理、軍工產(chǎn)業(yè)發(fā)展、臨床醫(yī)療研究、考古研究及天文研究等，為人類社會的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如，通過治安監(jiān)控及交通監(jiān)控，對危害社會安定的因素進(jìn)行消除；在工廠中通過圖像信息，管理工廠的正常運(yùn)作；在醫(yī)院里，通過各種成像技術(shù)形成圖像信息，對患者進(jìn)行正確的治療。從以上方面可以看出圖像信息在近代社會中是不可或缺的一部分。

2 數(shù)字圖像處理技術(shù)

2.1 數(shù)字圖像處理技術(shù)簡介

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，為增強(qiáng)圖像信息處理的實(shí)用性，有一種處理方式叫做數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing），它是通過電腦或者其他硬件數(shù)字化處理的圖像信息，其包括了圖像數(shù)字化，圖像的分割、復(fù)原、增強(qiáng)、變換、分析和描述等。例如，在考古過程中，在文物進(jìn)行掃描、拍照及建模，可以幫助學(xué)者進(jìn)行文物的考察；通過對衛(wèi)星圖像處理，對氣象、氣候、地質(zhì)等進(jìn)行深入研究。

在數(shù)字圖像處理技術(shù)飛速發(fā)展的時代，隨著不斷增強(qiáng)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，如何利用獲得的圖像信息也變得越來越重要，根據(jù)不同領(lǐng)域的需求，數(shù)字圖像處理技術(shù)多方面發(fā)展，以適應(yīng)時代發(fā)展。根據(jù)統(tǒng)計(jì)可以得出，數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)滲透到生物醫(yī)學(xué)工程、通信工程、工業(yè)、航空航天技術(shù)、文化藝術(shù)、軍事等各個領(lǐng)域，在人類社會的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。

圖像是人類獲得外界信息的主要來源之一，對于現(xiàn)代社會中涉及到人們生活、工作的圖像處理技術(shù)，說明了圖像處理技術(shù)已經(jīng)滲透到了人類社會的各個方面。同時，隨著人類活動范圍的不斷擴(kuò)展，應(yīng)用圖像處理技術(shù)的領(lǐng)域也越來越多，已經(jīng)對國計(jì)民生產(chǎn)生了不可低估的作用。

自1920年代起，數(shù)字圖像處理技術(shù)被發(fā)明并使用，首次使用是通過海底光纜，將采用數(shù)字壓縮技術(shù)壓縮的一幅數(shù)字照片從英國倫敦傳送到美國紐約。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，自1960年代起，數(shù)字圖像處理技術(shù)飛速發(fā)展，隨著數(shù)學(xué)、信息科學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，以及數(shù)字圖像處理技術(shù)數(shù)十年的理論完善和方法研究，已經(jīng)成為一門新興學(xué)科。為了得到人們需要的信息，將圖像進(jìn)行濾波、均衡、變換、壓縮、去噪等處理，即為數(shù)字信號處理技術(shù)。經(jīng)過學(xué)科技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)也包括了圖像信號的數(shù)字處理，它是一種將圖像作為圖像信號并進(jìn)行數(shù)字處理的技術(shù)。數(shù)字圖像處理技術(shù)在現(xiàn)在最常見的是以計(jì)算機(jī)為中心，使用計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行處理，其中包括各種輸入、輸出、存儲及顯示計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。

2.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

通過回顧圖像處理技術(shù)的發(fā)展歷程，可以分為初始期、發(fā)展期、普及期和應(yīng)用期。自1960年代起，圖像處理多采用中、大型機(jī)器對圖像進(jìn)行像素型光柵掃描顯示，此階段被稱為初始期，在這一時期，圖像處理設(shè)備昂貴、圖像儲存成本高，因此應(yīng)用面窄。進(jìn)入1970年代的發(fā)展期，此時已經(jīng)大量采用中、小型機(jī)對圖像進(jìn)行處理，處理方式也改用光柵掃描，隨著衛(wèi)星遙感圖像和CT技術(shù)的出現(xiàn)，很好地推動了圖像處理技術(shù)的發(fā)展。隨著1980年代普及期的到來，此時圖像處理任務(wù)已經(jīng)可以交給微機(jī)進(jìn)行處理，同時超大型集成電路的出現(xiàn)使設(shè)備造價(jià)進(jìn)一步降低，處理速度也大大提高，極大地促進(jìn)了圖像處理技術(shù)的普及和應(yīng)用。圖像處理技術(shù)的應(yīng)用期是自1990年代開始的，此時圖像處理的信息量巨大，要求不斷提高的處理速度。同時根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，圖像處理技術(shù)發(fā)展出不同的分支結(jié)構(gòu)，如醫(yī)學(xué)圖像處理、人工智能、遙感圖像處理等領(lǐng)域。近幾年以來，圖像處理技術(shù)引入了新的理論和算法，如分形幾何（Fractal）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Networks）等，今后這些新的理論將會成為圖像處理技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

2.3 數(shù)字圖像信息的特征

（1）信息量大。相比語音文件，數(shù)字圖像文件處理需要占用較寬的頻帶，頻帶越寬，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度就越大，成本也就隨之升高

（2）數(shù)字圖像中各個像素之間相關(guān)性很大。數(shù)字圖像中各個像素都不是獨(dú)立的，如一幅電視畫面中，很多相鄰的兩個像素或相鄰兩行間的像素，很大可能具有相同和相近灰度，因此圖像壓縮的潛力很大。

（3）數(shù)字圖像處理系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣。經(jīng)過多年技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、考古、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域。

2.4 數(shù)字圖像處理技術(shù)的主要內(nèi)容

數(shù)字圖像處理技術(shù)主要研究的內(nèi)容有如下5個方面。

（1）圖像變換。通過一系列變換處理技術(shù)，如離散余弦變換、沃爾什變換、傅里葉變換等，用變換域處理替換空間域處理方式，這樣對于陣列很大的圖像處理能夠極大地提高計(jì)算效率，減少計(jì)算量。

（2）圖像編碼壓縮。為方便圖像處理、傳播及減少占用的容量，在不失真的前提下利用編碼對圖像進(jìn)行壓縮，減少描述圖像的比特?cái)?shù)。同時，在圖像處理技術(shù)中，編碼壓縮技術(shù)也是發(fā)展比較早且手段較為成熟的技術(shù)。

（3）圖像的增強(qiáng)與復(fù)原。為了提高圖像的質(zhì)量需要用到圖像增強(qiáng)技術(shù)，例如，將圖像中所感興趣的部分突出，同時提高圖像的清晰度并去除噪聲。為使圖像中物體輪廓更加清晰，可將圖像的高頻分量強(qiáng)化；為使圖像中的噪聲影響減少，可將圖像的低頻分量強(qiáng)化。圖像的復(fù)原是在根據(jù)降質(zhì)過程建立“降質(zhì)模型”的基礎(chǔ)上，用濾波處理的方法，將原來的圖像重建或恢復(fù)，此過程需要深入了解圖像降質(zhì)的根本原因。

（4）圖像的分割。有時，想進(jìn)一步對圖像進(jìn)行識別、分析和理解，需要將圖像中有意義的部分特征提取出來，這就用到了圖像分割技術(shù)。該技術(shù)的研究是目前最熱的圖像處理技術(shù)研究之一，并作為數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵技術(shù)被大家所熟知。

（5）圖像的分類（識別）。在圖像分類法中，句法（結(jié)構(gòu)）模式識別和統(tǒng)計(jì)模式分類作為經(jīng)典早已廣泛應(yīng)用。近年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式和模糊模式識別等技術(shù)的出現(xiàn)，新發(fā)展起來的分類法在圖像識別的領(lǐng)域中也越來越受到大家的重視。

3 圖像處理技術(shù)展望

科技發(fā)展不斷向前，計(jì)算機(jī)處理能力不斷增強(qiáng)。與此同時，圖像處理技術(shù)的發(fā)展也變得日新月異。在當(dāng)今各學(xué)科間頻繁的技術(shù)交流中，彼此互相滲透、交叉，具有信息獲取及信息利用等方面優(yōu)勢的圖像處理技術(shù)將占有愈發(fā)重要的位置。

隨著越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛重視起圖像處理技術(shù)，作為一門引人矚目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科，該技術(shù)取得了重大的開拓性成就。同時圖像處理技術(shù)的發(fā)展仍需不斷前行，在突破處理速度的極限時提高處理精度，也是當(dāng)今一大難關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 嚴(yán)敬文.數(shù)字圖像處理（MATLAB版）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2] 于萬波.基于MATLAB的圖像處理[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[3] 張德豐.數(shù)字圖像處理（MATLAB版）[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[4] 王易煒，張金鵬，王龍.基于MATLAB版的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及其在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[M].航空兵器，2011（4）：43-47.