關(guān)于計(jì)算機(jī)圖像處理與分析研究

王鑠　梁帥　王立明

[摘要]撰文主要介紹了圖像處理的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)圖像處理智能化的理論研究、智能高效的算法和并行處理硬件系統(tǒng)等幾個(gè)有關(guān)智能處理的問(wèn)題進(jìn)行了綜訴和評(píng)論。無(wú)論從分析現(xiàn)代自身發(fā)展的能力或是對(duì)現(xiàn)代的對(duì)數(shù)字所處理的信號(hào)等有關(guān)問(wèn)題，并列舉與科技圖像的測(cè)量技術(shù)以及各種高科技的發(fā)展模式來(lái)看智能處理的圖像都具有跨時(shí)代的及其重要的意義，其也是當(dāng)今時(shí)代企業(yè)日后發(fā)展的重要方向與趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]圖像的處理 發(fā)展趨勢(shì) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 分析

一、圖像處理與分析技術(shù)

由于計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算速度的不斷提高和成本的下降，圖像處理和分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面尤其是作物領(lǐng)域已變得越來(lái)越重要。大量研究表明，利用計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)可很大的提高測(cè)量分析的精度和效率，更改以往作物研究中難于定量化的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信息采集的智能化和自動(dòng)化。圖像處理主要就在圖像之間進(jìn)行的變換。假如說(shuō)圖像處理是一個(gè)從圖像到圖像的過(guò)程，則圖像分析是一個(gè)從圖像到數(shù)據(jù)的能力。主要是對(duì)其中的圖像所需要分析的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和量定，而我們所獲取的客觀信息進(jìn)行對(duì)圖像的重新描述。然而圖像的處理與技術(shù)分析將會(huì)隨著計(jì)算機(jī)成熟和發(fā)展工程中而迅速發(fā)展起來(lái)的一個(gè)重要應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

二、圖形圖像數(shù)字處理技術(shù)

數(shù)字圖像處理是30年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一門技術(shù)，由于對(duì)圖像處理的要求還在不斷增加，圖像的應(yīng)用領(lǐng)域還在繼續(xù)的擴(kuò)大，因而對(duì)圖像處理的課題的理論在世界的變化中也處于變化，我們需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充和完善。而本文章主要是對(duì)圖像處理的中所產(chǎn)生的數(shù)學(xué)問(wèn)題，學(xué)習(xí)并研究圖像的基本處理中涉及到的數(shù)學(xué)問(wèn)題，讓大家可以更好的學(xué)習(xí)掌握?qǐng)D像的微處理技術(shù)。

（一）數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)

（1）再現(xiàn)性好。數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于，它不會(huì)因圖像的存儲(chǔ)、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。只要圖像在數(shù)字化時(shí)準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過(guò)程始終能保持圖像的再現(xiàn)。

（2）處理精度高。按目前的技術(shù)，幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組，這主要取決于圖像數(shù)字化設(shè)備的能力?，F(xiàn)代掃描儀可以把每個(gè)像素的灰度等級(jí)量化為16位甚至更高，這意味著圖像的數(shù)字化精度可以達(dá)到滿足任一應(yīng)用需求。對(duì)計(jì)算機(jī)而言，不論數(shù)組大小，也不論每個(gè)像素的位數(shù)多少，其處理程序幾乎是一樣的。換言之，從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實(shí)現(xiàn)的，只要在處理時(shí)改變程序中的數(shù)組參數(shù)就可以了?；叵胍幌聢D像的模擬處理，為了要把處理精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，就要大幅度地改進(jìn)處理裝置，這在經(jīng)濟(jì)上是極不合算的。

（3）適用面寬。圖像可以來(lái)自多種信息源，它們可以是可見(jiàn)光圖像，也可以是不可見(jiàn)的波譜圖像（例如x射線圖像、射線圖像、超聲波圖像或紅外圖像等）。從圖像反映的客觀實(shí)體尺度看，可以小到電子顯微鏡圖像，大到航空照片、遙感圖像甚至天文望遠(yuǎn)鏡圖像。這些來(lái)自不同信息源的圖像只要被變換為數(shù)字編碼形式后，均是用二維數(shù)組表示的灰度圖像（彩色圖像也是由灰度圖像組合成的，例如RGB圖像由紅、綠、藍(lán)三個(gè)灰度圖像組合而成）組合而成，因而均可用計(jì)算機(jī)來(lái)處理。即只要針對(duì)不同的圖像信息源，采取相應(yīng)的圖像信息采集措施，圖像的數(shù)字處理方法適用于任何一種圖像。小波重構(gòu)的數(shù)據(jù)傳遞示意圖如圖所示：

（1）圖像的編碼壓縮圖像文件是編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量等，用來(lái)節(jié)省了圖像的傳輸、處理的時(shí)間所占用的存儲(chǔ)器容量。壓縮可以在不失真的前提下來(lái)獲得，其也可以在允許失真的條件下進(jìn)行。編碼是壓縮技術(shù)當(dāng)中最最重要的方法，它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。

（2）首先，對(duì)于圖像的分割技術(shù)將會(huì)給圖像帶來(lái)某種特殊的意義所表現(xiàn)出來(lái)的具有甄別能力。從而對(duì)圖像的線條、顏色所進(jìn)行處理，并需要進(jìn)一步對(duì)圖像的分割技術(shù)進(jìn)行了解，圖像的分割技術(shù)目前也是大眾中非常流行的解決圖像問(wèn)題的方法。因此，對(duì)于圖像的研究我們還要不斷地進(jìn)行深入的了解。圖像的描述是對(duì)于圖像所進(jìn)行的甄別和理解作為前提。作為最簡(jiǎn)單的二值方法，我們利用它來(lái)描述物品的特性。

（3）圖像在生成和傳輸過(guò)程中常受到各種噪聲的干擾和影響，使圖像質(zhì)量下降。為了抑制噪聲改善圖像質(zhì)量，必須對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，可以在空域或頻域中進(jìn)行。

數(shù)字圖像的平滑技術(shù)分為兩大類：1）全局處理，即對(duì)噪聲圖像地整體域大的塊進(jìn)行校正以得到平滑的圖像。缺點(diǎn)：計(jì)算量大。2）局部算子，僅對(duì)某一像素的局部小鄰域的一些像素加以運(yùn)算。優(yōu)點(diǎn)計(jì)算率高。

（二）圖像數(shù)字化

人類感知外界信息80%以上是通過(guò)視覺(jué)觀察到的，而圖像就是人們所獲取的一個(gè)重要的方面，人們眼睛所獲取的圖像在大腦中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用，準(zhǔn)確的圖像也是人們獲取彼此信息的來(lái)源。其伴隨著人們所生活的各個(gè)領(lǐng)域。圖像處理雖然也可以用模擬技術(shù)或者光學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但目前主要在我國(guó)還是大多數(shù)還是通過(guò)利用計(jì)算機(jī)的一些功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)圖像的處理，我們能曉得其背后的重要意思，圖像也在日常的生活中越來(lái)了越廣泛。對(duì)數(shù)字圖像的處理目前來(lái)說(shuō)還是一個(gè)開(kāi)始，其主要是在對(duì)形態(tài)數(shù)學(xué)、立體學(xué)、集合論等方面。因此，圖像處理一般是指數(shù)字圖像處理。

計(jì)算機(jī)圖像處理之前的圖像數(shù)字化的基本步驟，是把真實(shí)的圖像轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)使用的存儲(chǔ)格式。數(shù)字化過(guò)程分為量化和采樣處理兩個(gè)步驟。量化的結(jié)果是圖像能夠容納的顏色總數(shù)。采樣的結(jié)果就是通常所說(shuō)的圖像分辨率。量化是指要使用多大范圍的數(shù)值來(lái)表示圖像采樣之后的每一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)數(shù)值范圍包括了圖像上所能使用的顏色總數(shù)。

三、圖像測(cè)量技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和電子成像器件的成熟，圖像測(cè)量日益受到人們重視，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。圖像測(cè)量技術(shù)是以近代光學(xué)為基礎(chǔ)，融光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理、圖像處理技術(shù)等科學(xué)技術(shù)為一體的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，并在軍事、醫(yī)學(xué)、資源分析、測(cè)繪等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，取得了巨大成功。由于算法改進(jìn)和計(jì)算機(jī)性能的提高，使開(kāi)發(fā)基于圖像處理的啤酒瓶快速檢測(cè)技術(shù)成為可能。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，圖像與圖像技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，除了傳統(tǒng)的廣告、包裝宣傳，網(wǎng)站設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用。也在航空事業(yè)、機(jī)電事業(yè)、國(guó)家的安全部門、政司法科、國(guó)家的武器研發(fā)，新型導(dǎo)彈的定位，還伴有新型科學(xué)藥物的研發(fā)、在工業(yè)上企業(yè)是非常重要的一門學(xué)科、伴隨著計(jì)算機(jī)的技術(shù)與人工智能電子的研發(fā)智能圖像的作用將會(huì)占據(jù)很大的部分其今后的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)好，越來(lái)越廣。