計(jì)算機(jī)圖像處理的應(yīng)用與發(fā)展探究

王文文

【摘? 要】隨著圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像處理技術(shù)已在智能交通、醫(yī)藥醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)中得到應(yīng)用。圖像處理技術(shù)可以與其他學(xué)科進(jìn)行相互交叉聯(lián)系，多學(xué)科交叉促使計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)新突破，更新算法使計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)大。

【Abstract】With the continuous development of image processing technology， image processing technology has been applied in intelligent transportation， medicine and medical science， industry and agriculture. Image processing technology can intersect and link with other disciplines， and the multidisciplinary intersection promotes the achievement of new breakthroughs in computer image processing technology and the updated algorithm expands the application range of computer image processing technology.

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī);圖像處理;應(yīng)用

【Keywords】computer; image processing; application

【中圖分類號(hào)】TP391.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）02-0190-02

1 計(jì)算機(jī)圖像處理的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別技術(shù)指在分析和處理圖像的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和分類。人工智能方向研究中一般均具有圖像識(shí)別功能，通過將數(shù)據(jù)對(duì)象按照一定的特征對(duì)對(duì)象進(jìn)行分組的聚類方法和通過降維找到數(shù)據(jù)的共同點(diǎn)減少數(shù)據(jù)集的變量。對(duì)圖像進(jìn)行分類并識(shí)別目標(biāo)，常用的算法有K-means、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、YOLO算法等。

1.2 圖像分割技術(shù)

圖像分割技術(shù)在圖像分析與處理、目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域均有應(yīng)用且必不可少，根據(jù)圖像各區(qū)域特征的不同進(jìn)行分析，提供定性和定量的分析結(jié)果。針對(duì)圖像目標(biāo)識(shí)別及目標(biāo)分類，圖像分割起到關(guān)鍵作用。

1.3 圖像增強(qiáng)技術(shù)

圖像增強(qiáng)主要是針對(duì)原有圖像畫質(zhì)差、目標(biāo)對(duì)象與背景對(duì)比不清晰等問題的圖像處理，使用偽色彩增強(qiáng)法、直方圖增強(qiáng)法增強(qiáng)圖像中的需求信息與必要信息，促進(jìn)目標(biāo)對(duì)象解釋工作與目標(biāo)區(qū)域分類工作的順利完成。

1.4 圖像壓縮和編碼技術(shù)

為了減少圖片占用存儲(chǔ)空間，使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量得到有效控制，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼、小波變換編碼等圖像壓縮技術(shù)，刪除無用信息與冗余信息，提高圖像的應(yīng)用效果。

1.5 圖像復(fù)原技術(shù)

針對(duì)圖像受到外界不良因素影響時(shí)所采用的應(yīng)急處理技術(shù)，一般通過使用同態(tài)濾波操作和維納濾波操作技術(shù)提升已經(jīng)退化的圖像質(zhì)量，去掉圖像的模糊與噪聲干擾。

2 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的基本應(yīng)用

2.1 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為：農(nóng)作物選種，種子是農(nóng)作物的來源，種子質(zhì)量的檢驗(yàn)對(duì)于農(nóng)作物成活率以及后期優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物的生產(chǎn)管理具有基礎(chǔ)性的意義[1];在種植階段應(yīng)用圖像處理技術(shù)，可生產(chǎn)檢測中輔助實(shí)時(shí)高效地檢測播種作業(yè)，有效避免人工播種的耗時(shí)耗力;利用農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人采摘水果，如櫻桃采摘，圖像處理技術(shù)就會(huì)把程序默認(rèn)為紅色，所有的櫻桃都會(huì)被采摘機(jī)器人采摘以及品質(zhì)分級(jí)識(shí)別等，節(jié)省人力物力，創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益;通過圖像處理技術(shù)科學(xué)快速準(zhǔn)確地識(shí)別發(fā)生蟲害情況，減少人工蟲害識(shí)別作業(yè)的時(shí)間成本。

2.2 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

圖像處理技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像可視化技術(shù)中，構(gòu)建出人體不可見的器官三維幾何模型，輔助醫(yī)生作出更加精準(zhǔn)的診斷。針對(duì)惡性腫瘤治療，圖像處理技術(shù)輔助醫(yī)生制定術(shù)前規(guī)劃，了解病變基本形狀及空間位置，在放射治療過程中，避免射線照射到腫瘤周邊的重要組織，減少對(duì)正常組織的傷害。利用數(shù)據(jù)接口和互聯(lián)網(wǎng)與醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳播，滿足異地會(huì)診需求，提高醫(yī)院圖像信息化管理水平[2]。

2.3 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在交通方面的應(yīng)用

智能交通系統(tǒng)在我國起步較晚，最初進(jìn)行一些基礎(chǔ)性研究工作，主要涉及道路交通管理的優(yōu)化、交通信息的采集、車輛動(dòng)態(tài)識(shí)別等。近年來，我國在智能交通系統(tǒng)的研究進(jìn)入快速發(fā)展的階段。

利用安裝在紅綠燈下的道路攝像監(jiān)控系統(tǒng)拍攝違法車輛，識(shí)別道路交通違法行為，規(guī)范司機(jī)行為、減少交通事故、提高道路通行效率，為安全駕駛提供保障。國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)此問題進(jìn)行了大量研究并取得一定成果。檢測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是車輛違章檢測系統(tǒng)中的關(guān)鍵，根據(jù)車輛行駛規(guī)律將車輛從背景中分離，根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況判斷對(duì)其是否執(zhí)行后續(xù)操作，如是否違法變道、掉頭與闖紅綠燈等。將圖像分割為兩大區(qū)域：含運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和不含運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。通過調(diào)整目標(biāo)對(duì)象的相關(guān)屬性，如背景顏色、亮度、清晰度等識(shí)別運(yùn)動(dòng)前景和背景。根據(jù)車輛引擎蓋和車底陰影，利用區(qū)域前景及簡單標(biāo)定獲得目標(biāo)對(duì)象的定位識(shí)別，將對(duì)象進(jìn)行框選，利用圖像分割等特征獲取目標(biāo)對(duì)象的二維坐標(biāo)及長度與寬度。國內(nèi)學(xué)者提出了一種基于LabWindows/CVI的車輛違章檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用地感線圈檢測技術(shù)檢測車輛是否違章，通過某些硬件傳感器檢測收集車輛違章的電信號(hào)，并判斷該車輛行為是否違章，在一定程度上減輕人工作業(yè)壓力。

國內(nèi)外學(xué)者在智能交通違章識(shí)別算法研究上有了一定成果，如利用邊緣檢測和雙極性融合的車道邊緣檢測算法，解決車道線提取過程中車道線被車輛遮擋的影響。針對(duì)駕駛員安全帶佩戴情況的識(shí)別，使用基于邊緣檢測圖像的投影直方圖對(duì)車輛和駕駛員進(jìn)行定位，利用直線濾波模板對(duì)駕駛員的邊緣檢測圖進(jìn)行濾波，并對(duì)Hough變換檢測的直線圖像進(jìn)行分析。此外，可以通過膚色的最大似然度對(duì)皮膚進(jìn)行特征提取，利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而檢測駕駛員駕車打電話的情況。

在公共交通系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)中應(yīng)用智能交通系統(tǒng)，對(duì)圖像信息進(jìn)行收集、提取和分割能夠完整準(zhǔn)確快速識(shí)別車牌與車輛信息。

將圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在道路橋梁裂縫檢測中，替代以往的人工檢測，可以提高檢測效率，減少交通干擾。瀝青路面表面以下形成的隱蔽裂縫是形成路面損壞的主要原因，傳統(tǒng)路面病害主要是由于車輛超載引起的坑槽、裂縫等，降低行車的安全性和舒適性。傳統(tǒng)人工檢測的方式效率低、誤差大。目前，國內(nèi)在該領(lǐng)域研究較多，主要涉及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、YOLO算法、K-means等深度學(xué)習(xí)模型，在裂縫圖像背景復(fù)雜的情況下及時(shí)對(duì)裂縫圖像展開有性分析和裂縫識(shí)別。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)被廣泛應(yīng)用在路面病害識(shí)別中。傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)的缺點(diǎn)是人工提取圖像特征，無法實(shí)現(xiàn)路面圖片端到端的智能識(shí)別。為克服該問題，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)進(jìn)行特征學(xué)習(xí)[3]。近年來，深度學(xué)習(xí)方法逐漸被引入道路領(lǐng)域并取得較多成果。Zhang等基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推出Crack.NET裂縫識(shí)別網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三維瀝青路面的像素級(jí)裂縫檢測。沙愛民等利用三個(gè)CNN模型完成路面病害識(shí)別、路面裂縫特征提取和坑槽特征提取，計(jì)算準(zhǔn)確度較高。

基于深度學(xué)習(xí)的算法模型往往含有大量參數(shù)，較大樣本量的數(shù)據(jù)集更加有利于訓(xùn)練學(xué)習(xí)，從而構(gòu)建出更可靠的模型。當(dāng)前，該領(lǐng)域研究者能獲得的路面圖像數(shù)據(jù)集樣本數(shù)量一般比較有限。針對(duì)數(shù)量較小、數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)集，經(jīng)常采用數(shù)據(jù)增強(qiáng)的方法對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行擴(kuò)充。

2.4 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在化學(xué)工業(yè)方面的應(yīng)用

當(dāng)前，碳纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，并日益成為建筑和路面施工的重要工程材料。CFRC具有許多功能特性，包括用于路面除冰的電加熱、建筑物的電磁波屏蔽以及建筑物健康監(jiān)測等。

目前，針對(duì)SEM圖像中CF分布評(píng)估的研究工作已經(jīng)采取多種方法，如K值聚類、支持向量機(jī)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些方法雖然在一定程度上是有效的，但是準(zhǔn)確性和效率上都有局限性。與傳統(tǒng)方法相比，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像分割和目標(biāo)識(shí)別方面取得成功。利用CNN對(duì)圖像進(jìn)行分割，并進(jìn)行多尺度特征編碼，CNN模型在圖像和視頻中提取汽車、行人等方面的性能是合理的。鑒于此，國內(nèi)外學(xué)者將CNN應(yīng)用在瀝青路面和水泥砂漿裂縫的提取方面，CNN擁有處理現(xiàn)實(shí)環(huán)境中復(fù)雜背景的能力。CNN模型能很好地從各種背景中提取某些對(duì)象。在實(shí)際處理圖片過程中，CNN模型具有分析不同尺度下SEM圖像的能力，CNN模型不僅能在SEM圖像中識(shí)別定位CF簇還能夠在圖像中分割出CF簇。

利用卷積網(wǎng)絡(luò)分割掃描電鏡圖像中的碳纖維混凝土，定量表征碳纖維分布。通過建立不同尺度碳纖維的SEM圖像數(shù)據(jù)庫，測試訓(xùn)練編碼解碼網(wǎng)絡(luò)，最終憑借碳纖維的分布，并利用分割結(jié)果分析碳纖維的分布與碳纖維混凝土屬性之間的關(guān)系。CNN具有自動(dòng)化特征，這意味著它在圖像中自動(dòng)提取低、中、高級(jí)特征方面非常強(qiáng)大;CNN具有魯棒性特征，對(duì)目標(biāo)的平移和變形具有良好的容忍度。CNN的這兩個(gè)屬性足以支撐CNN實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別處理功能。

3 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，智能化的生活時(shí)代已經(jīng)到來，隨著5G時(shí)代的到來，圖像、視頻資源越來越多，圖像處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，多學(xué)科交叉、融合已成為趨勢。多學(xué)科交叉促使計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)突破、創(chuàng)新，使計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)大范圍使用。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、交通及工業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步及5G時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)發(fā)揮著不可或缺的作用，計(jì)算機(jī)技術(shù)將成為必不可少的一項(xiàng)技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李玉榮.計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展趨勢探討[J].無線互聯(lián)科技，2015（09）：104-105.

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【3】魏海斌，武少威，張啟帆，等.基于圖像處理的瀝青路面裂縫識(shí)別算法研究[J].中外公路，2020，40（04）：73-78.