數(shù)字圖像處理技術的應用與發(fā)展.doc

鄭州航空工業(yè)管理學院2013 - 2014 學年第 2 學期信息管理前沿講座（雙語I）課程論文 題 目 數(shù)字圖像處理技術的應用與發(fā)展 專業(yè) 信息管理與信息系統(tǒng) 班級 1304972 姓 名 學號 任課教師 職稱 副教授 二一四 年 五 月 三十 日數(shù)字圖像處理技術的應用與發(fā)展數(shù)字圖像處理技術的應用與發(fā)展130497227王瓊菲摘要數(shù)字圖像處理是將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機對其進行處理的過程。文章簡述了數(shù)字圖像處理技術的主要特點和優(yōu)點、以及數(shù)字圖像處理的過程、數(shù)字圖像處理技術的應用、數(shù)字圖像處理技術的研究方向和內(nèi)容，并根據(jù)最新進展，闡述了數(shù)字圖像處理技術5個主要研究方面的最新熱點，最后總結了數(shù)字圖像處理技術領域中面臨的主要發(fā)展領域和未來發(fā)展方向。關鍵詞數(shù)字圖像處理，采集，識別，應用Application and Development of the Digital Image Processing Technology130497227 Wang QiongfeiAbstract Digital image processing is to process the image signal into digital signal and processed by computer to its。 This paper briefly introduces the digital image processing technology, and the main characteristics and advantages of digital image processing, the application of digital image processing technology, the digital image processing technology research direction and content, and according to the latest advances in digital image processing technology, introduces 5 new hot main research aspects, summarizes the main development faces in the field of technology in the field of digital image processing and the development direction in the future。Key words Digital image processing, Collection, Identification, ApplicationI數(shù)字圖像處理技術的應用與發(fā)展目 錄1 引言12 數(shù)字圖像處理的概念13數(shù)字圖像處理技術的相關理論13.1數(shù)字圖像處理技術的主要特點13.2數(shù)字圖像處理的優(yōu)點23.3數(shù)字圖像處理技術的處理過程24 數(shù)字圖像處理主要研究的內(nèi)容35 數(shù)字圖像處理技術的應用領域35.1航天和航空技術方面35.2生物醫(yī)學工程方面45.3通信工程方面45.4工業(yè)和工程方面45.5軍事公安方面45.6文化藝術方面55.7機器人視覺55.8視頻和多媒體系統(tǒng)55.9科學可視化55.10電子商務56 圖像處理技術未來發(fā)展57 結語6參考文獻6II信息管理前沿講座課程論文1 引言數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing)又稱為計算機圖像處理，它是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機對其進行處理的過程。本文就數(shù)字圖像的優(yōu)點、數(shù)字圖像的特點、數(shù)字圖像的識別、數(shù)字圖像處理的應用、數(shù)字圖像的研究內(nèi)容等，作了進一步的研究和探討。2 數(shù)字圖像處理的概念數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing)將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機對其進行處理，目前已廣泛地應用于科學研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)學工程、航空航天、軍事、工業(yè)檢測、機器人視覺、公安司法、軍事制導、文化藝術等，已成為一門引人注目、前景遠大的新型學科，發(fā)揮著越來越大的作用。3數(shù)字圖像處理技術的相關理論3.1數(shù)字圖像處理技術的主要特點（1）目前數(shù)字圖像處理的信息大多是二維信息，處理信息量很大，因此對計算機的計算速度、存儲容量等要求較高。（2）數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬，與語言信息相比，占用的頻帶要大幾個數(shù)量級。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)上，技術難度較大，成本也高，這就對頻帶壓縮技術提出了更高的要求。（3）數(shù)字圖像中各個像素是不獨立的，其相關性大。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。由于圖像是三維景物的二維投影，一幅圖像本身不具備復現(xiàn)三維景物的全部幾何信息的能力，很顯然三維景物背后部分信息在二維圖像畫面上是反映不出來的。因此，要分析和理解三維景物必須作合適的假定或附加新的測量。在理解三維景物時需要知識導引，這也是人工智能中正在致力解決的知識工程問題。（4）數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評價的，因此受人的因素影響較大。由于人的視覺系統(tǒng)很復雜，受環(huán)境條件、視覺性能、人的情緒愛好以及知識狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評價還有待進一步深入的研究。另一方面，計算機視覺是模仿人的視覺，人的感知機理必然影響著計算機視覺的研究，這些都是心理學和神經(jīng)心理學正在著力研究的課題。1（4）數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評價的，因此受人的因素影響較大。由于人的視覺系統(tǒng)很復雜，受環(huán)境條件、視覺性能、人的情緒愛好以及知識狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評價還有待進一步深入的研究。另一方面，計算機視覺是模仿人的視覺，人的感知機理必然影響著計算機視覺的研究，這些都是心理學和神經(jīng)心理學正在著力研究的課題。3.2數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(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，它不會因圖像的存儲、傳輸或復制等一系列變換操作而導致圖像質(zhì)量的退化，只要圖像在數(shù)字化時準確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過程始終能保持圖像的再現(xiàn)。(2)處理精度高。按目前的技術，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，現(xiàn)代掃描儀可以把每個像素的灰度等級量化為16位甚至更高，這意味著圖像的數(shù)字化精度可以達到滿足任一應用需求。(3)適用面寬。圖像可以來自多種信息源，從圖像反映的客觀實體尺度看，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鏡圖像。這些來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)組表示的灰度圖像組合而成，因而均可用計算機來處理。(4)靈活性高。數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運算，而且能實現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學公式或邏輯關來表達的一切運算均可用數(shù)字圖像處理實現(xiàn)。3.3數(shù)字圖像處理技術的處理過程（1）圖像的獲取首先從圖像的獲取，即成像的角度來看：要進行圖像處理首先要獲取圖像，從成像的傳感器看，有一般的電視攝象機可獲取一般可見光圖像信號；有紅外攝像機，專門攝取紅外圖像其在軍事上有很高的實用價值；有聲波成像，利用物質(zhì)聲學參數(shù)對聲波傳播的影響，可獲取不透明的物體內(nèi)部結構信息和圖像；有x光成像，利用物體對x光的穿透性不同，獲得物體內(nèi)部形狀信息；有射線成像，利用同位素中粒子的成像獲取人體器官功能的信息，檢測人體器官功能正常與否；還有核磁共振成像，利用不同物質(zhì)核磁共振的曲線變化，獲取人體器官變化的信息等等。（2）圖像的增強與復原獲取到的圖像，往往帶有各種畸變和干擾。（3）多媒體系統(tǒng)中的數(shù)字圖像技術。近年來，在各國大量興起的多媒體技術和系統(tǒng)的研究熱潮中，主要是要將動態(tài)的圖像、圖形、聲音、文字等多種信息和計算機結合在一起綜合使用，以使得計算機的人機關系得以全面改善。4 數(shù)字圖像處理主要研究的內(nèi)容（1）圖像變換由于圖像陣列很大，直接在空間域中進行處理，涉及計算量很大。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅里葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理（如傅立葉變換可在頻域中進行數(shù)字濾波處理）。（2）圖像編碼壓縮圖像編碼壓縮技術可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特數(shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時間和減少所占用的存儲器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進行。編碼是壓縮技術中最重要的方法，它在圖像處理技術中是發(fā)展最早且比較成熟的技術。（3）圖像增強和復原圖像增強和復原的目的是為了提高圖像的質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。（4）圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關鍵技術之一。圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進一步進行圖像識別、分析和理解的基礎。（5） 圖像描述是圖像識別和理解的必要前提。作為最簡單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。（6）圖像分類（識別）屬于模式識別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預處理（增強、復原、壓縮）后，進行圖像分割和特征提取，從而進行判決分類5 數(shù)字圖像處理技術的應用領域5.1航天和航空技術方面航天和航空技術方面的應用是在飛機遙感和衛(wèi)星遙感技術中。許多國家每天派出很多偵察飛機對地球上有興趣的地區(qū)進行大量的空中攝影。對由此得來的照片進行處理分析，以前需要雇用幾千人，而現(xiàn)在改用配備有高級計算機的圖像處理系統(tǒng)來判讀分析，既節(jié)省人力，又加快了速度，還可以從照片中提取人工所不能發(fā)現(xiàn)的大量有用情報。如LANDSAT系列陸地衛(wèi)星，采用多波段掃描器（MSS），在900km高空對地球每一個地區(qū)以18天為一周期進行掃描成像，其圖像分辨率大致相當于地面上十幾米或100米左右（如1983年發(fā)射的LANDSAT-4，分辨率為30m）。這些圖像在空中先處理（數(shù)字化，編碼）成數(shù)字信號存入磁帶中，在衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時，再高速傳送下來，然后由處理中心分析判讀。這些圖像無論是在成像、存儲、傳輸過程中，還是在判讀分析中，都必須采用很多數(shù)字圖像處理方法?，F(xiàn)在世界各國都在利用陸地衛(wèi)星所獲取的圖像進行資源調(diào)查（如森林調(diào)查、海洋泥沙和漁業(yè)調(diào)查、水資源調(diào)查等），災害檢測（如病蟲害檢測、水火檢測、環(huán)境污染檢測等），資源勘察（如石油勘查、礦產(chǎn)量探測、大型工程地理位置勘探分析等），農(nóng)業(yè)規(guī)劃（如土壤營養(yǎng)、水份和農(nóng)作物生長、產(chǎn)量的估算等），城市規(guī)劃（如地質(zhì)結構、水源及環(huán)境分析等）。我國也陸續(xù)開展了以上諸方面的一些實際應用，并獲得了良好的效果。在氣象預報和對太空其它星球研究方面，數(shù)字圖像處理技術也發(fā)揮了相當大的作用。5.2生物醫(yī)學工程方面數(shù)字圖像處理在生物醫(yī)學工程方面的應用十分廣泛，而且很有成效，就是在對醫(yī)用顯微圖像的處理分析，如紅細胞、白細胞分類，染色體分析，癌細胞識別等。5.3通信工程方面當前通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結合的多媒體通信。5.4工業(yè)和工程方面在工業(yè)和工程領域中圖像處理技術有著廣泛的應用，如自動裝配線中檢測零件的質(zhì)量、并對零件進行分類，印刷電路板疵病檢查，彈性力學照片的應力分析，流體力學圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動分揀，在一些有毒、放射性環(huán)境內(nèi)識別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)，先進的設計和制造技術中采用工業(yè)視覺等等。5.5軍事公安方面在軍事方面圖像處理和識別主要用于導彈的精確末制導，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲和顯示的軍事自動化指揮系統(tǒng)，飛機、坦克和軍艦模擬訓練系統(tǒng)等；公安業(yè)務圖片的判讀分析，指紋識別，人臉鑒別，不完整圖片的復原，以及交通監(jiān)控、事故分析等。目前已投入運行的高速公路不停車自動收費系統(tǒng)中的車輛和車牌的自動識別都是圖像處理技術成功應用的例子。5.6文化藝術方面目前這類應用有電視畫面的數(shù)字編輯，動畫的制作，電子圖像游戲，紡織工藝品設計，服裝設計與制作，發(fā)型設計，文物資料照片的復制和修復，運動員動作分析和評分等等，現(xiàn)在已逐漸形成一門新的藝術-計算機美術。5.7機器人視覺機器視覺作為智能機器人的重要感覺器官，主要進行三維景物理解和識別，是目前處于研究之中的開放課題。機器視覺主要用于軍事偵察、危險環(huán)境的自主機器人，郵政、醫(yī)院和家庭服務的智能機器人，裝配線工件識別、定位，太空機器人的自動操作等。5.8視頻和多媒體系統(tǒng)目前，電視制作系統(tǒng)廣泛使用的圖像處理、變換、合成，多媒體系統(tǒng)中靜止圖像和動態(tài)圖像的采集、壓縮、處理、存貯和傳輸?shù)取?.9科學可視化圖像處理和圖形學緊密結合，形成了科學研究各個領域新型的研究工具。5.10電子商務在當前呼聲甚高的電子商務中，圖像處理技術也大有可為，如身份認證、產(chǎn)品防偽、水印技術等。 6 圖像處理技術未來發(fā)展主要體現(xiàn)在在以下4個方面:朝高速、高分辨率、立體化、多媒體、智能化和標準化方向發(fā)展。具體表現(xiàn):（1）提高硬件速度。這不僅僅要提高計算機的速度，而且A/D和D/A的速度要實時化。（2）提高分辨率。主要是提高采集分辨率和顯示分辨率，其主要困難是顯像管的制造和圖像圖形刷新存取速度。（3）立體化。圖像是二維信息，信息量更大的三維圖像將隨意計算圖形學及虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展將得到廣泛應用