數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展.doc

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院2013 - 2014 學(xué)年第 2 學(xué)期信息管理前沿講座（雙語(yǔ)I）課程論文 題 目 數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 專業(yè) 信息管理與信息系統(tǒng) 班級(jí) 1304972 姓 名 學(xué)號(hào) 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(shù)的應(yīng)用與發(fā)展數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展130497227王瓊菲摘要數(shù)字圖像處理是將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程。文章簡(jiǎn)述了數(shù)字圖像處理技術(shù)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)、以及數(shù)字圖像處理的過(guò)程、數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用、數(shù)字圖像處理技術(shù)的研究方向和內(nèi)容，并根據(jù)最新進(jìn)展，闡述了數(shù)字圖像處理技術(shù)5個(gè)主要研究方面的最新熱點(diǎn)，最后總結(jié)了數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域中面臨的主要發(fā)展領(lǐng)域和未來(lái)發(fā)展方向。關(guān)鍵詞數(shù)字圖像處理，采集，識(shí)別，應(yīng)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(shù)的應(yīng)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(shù)的相關(guān)理論13.1數(shù)字圖像處理技術(shù)的主要特點(diǎn)13.2數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)23.3數(shù)字圖像處理技術(shù)的處理過(guò)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(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域35.1航天和航空技術(shù)方面35.2生物醫(yī)學(xué)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(shù)方面55.7機(jī)器人視覺(jué)55.8視頻和多媒體系統(tǒng)55.9科學(xué)可視化55.10電子商務(wù)56 圖像處理技術(shù)未來(lái)發(fā)展57 結(jié)語(yǔ)6參考文獻(xiàn)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(jì)算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程。本文就數(shù)字圖像的優(yōu)點(diǎn)、數(shù)字圖像的特點(diǎn)、數(shù)字圖像的識(shí)別、數(shù)字圖像處理的應(yīng)用、數(shù)字圖像的研究?jī)?nèi)容等，作了進(jìn)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理，目前已廣泛地應(yīng)用于科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)工程、航空航天、軍事、工業(yè)檢測(cè)、機(jī)器人視覺(jué)、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等，已成為一門(mén)引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。3數(shù)字圖像處理技術(shù)的相關(guān)理論3.1數(shù)字圖像處理技術(shù)的主要特點(diǎn)（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(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、存儲(chǔ)容量等要求較高。（2）數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬，與語(yǔ)言信息相比，占用的頻帶要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。所以在成像、傳輸、存儲(chǔ)、處理、顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上，技術(shù)難度較大，成本也高，這就對(duì)頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要求。（3）數(shù)字圖像中各個(gè)像素是不獨(dú)立的，其相關(guān)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(fù)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(huà)面上是反映不出來(lái)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(cè)量。在理解三維景物時(shí)需要知識(shí)導(dǎo)引，這也是人工智能中正在致力解決的知識(shí)工程問(wèn)題。（4）數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評(píng)價(jià)的，因此受人的因素影響較大。由于人的視覺(jué)系統(tǒng)很復(fù)雜，受環(huán)境條件、視覺(jué)性能、人的情緒愛(ài)好以及知識(shí)狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)還有待進(jìn)一步深入的研究。另一方面，計(jì)算機(jī)視覺(jué)是模仿人的視覺(jué)，人的感知機(jī)理必然影響著計(jì)算機(jī)視覺(jué)的研究，這些都是心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)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(píng)價(jià)的，因此受人的因素影響較大。由于人的視覺(jué)系統(tǒng)很復(fù)雜，受環(huán)境條件、視覺(jué)性能、人的情緒愛(ài)好以及知識(shí)狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)還有待進(jìn)一步深入的研究。另一方面，計(jì)算機(jī)視覺(jué)是模仿人的視覺(jué)，人的感知機(jī)理必然影響著計(jì)算機(jī)視覺(jué)的研究，這些都是心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)正在著力研究的課題。3.2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，現(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。(3)適用面寬。圖像可以來(lái)自多種信息源，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)組表示的灰度圖像組合而成，因而均可用計(jì)算機(jī)來(lái)處理。(4)靈活性高。數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)來(lái)表達(dá)的一切運(yùn)算均可用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)。3.3數(shù)字圖像處理技術(shù)的處理過(guò)程（1）圖像的獲取首先從圖像的獲取，即成像的角度來(lái)看：要進(jìn)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(jī)可獲取一般可見(jiàn)光圖像信號(hào)；有紅外攝像機(jī)，專門(mén)攝取紅外圖像其在軍事上有很高的實(shí)用價(jià)值；有聲波成像，利用物質(zhì)聲學(xué)參數(shù)對(duì)聲波傳播的影響，可獲取不透明的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息和圖像；有x光成像，利用物體對(duì)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(cè)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(qiáng)與復(fù)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(shù)。近年來(lái)，在各國(guó)大量興起的多媒體技術(shù)和系統(tǒng)的研究熱潮中，主要是要將動(dòng)態(tài)的圖像、圖形、聲音、文字等多種信息和計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起綜合使用，以使得計(jì)算機(jī)的人機(jī)關(guān)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(jìn)行處理，涉及計(jì)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(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計(jì)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(jìn)行數(shù)字濾波處理）。（2）圖像編碼壓縮圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特?cái)?shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時(shí)間和減少所占用的存儲(chǔ)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(jìn)行。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，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)。（3）圖像增強(qiáng)和復(fù)原圖像增強(qiáng)和復(fù)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(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來(lái)，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。（5） 圖像描述是圖像識(shí)別和理解的必要前提。作為最簡(jiǎn)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(shí)別）屬于模式識(shí)別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過(guò)某些預(yù)處理（增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類5 數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域5.1航天和航空技術(shù)方面航天和航空技術(shù)方面的應(yīng)用是在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。許多國(guó)家每天派出很多偵察飛機(jī)對(duì)地球上有興趣的地區(qū)進(jìn)行大量的空中攝影。對(duì)由此得來(lái)的照片進(jìn)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(jí)計(jì)算機(jī)的圖像處理系統(tǒng)來(lái)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(bào)。如LANDSAT系列陸地衛(wèi)星，采用多波段掃描器（MSS），在900km高空對(duì)地球每一個(gè)地區(qū)以18天為一周期進(jìn)行掃描成像，其圖像分辨率大致相當(dāng)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(hào)存入磁帶中，在衛(wèi)星經(jīng)過(guò)地面站上空時(shí)，再高速傳送下來(lái)，然后由處理中心分析判讀。這些圖像無(wú)論是在成像、存儲(chǔ)、傳輸過(guò)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(guó)都在利用陸地衛(wèi)星所獲取的圖像進(jìn)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(zāi)害檢測(cè)（如病蟲(chóng)害檢測(cè)、水火檢測(cè)、環(huán)境污染檢測(cè)等），資源勘察（如石油勘查、礦產(chǎn)量探測(cè)、大型工程地理位置勘探分析等），農(nóng)業(yè)規(guī)劃（如土壤營(yíng)養(yǎng)、水份和農(nóng)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量的估算等），城市規(guī)劃（如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水源及環(huán)境分析等）。我國(guó)也陸續(xù)開(kāi)展了以上諸方面的一些實(shí)際應(yīng)用，并獲得了良好的效果。在氣象預(yù)報(bào)和對(duì)太空其它星球研究方面，數(shù)字圖像處理技術(shù)也發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。5.2生物醫(yī)學(xué)工程方面數(shù)字圖像處理在生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用十分廣泛，而且很有成效，就是在對(duì)醫(yī)用顯微圖像的處理分析，如紅細(xì)胞、白細(xì)胞分類，染色體分析，癌細(xì)胞識(shí)別等。5.3通信工程方面當(dāng)前通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)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(lǐng)域中圖像處理技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)裝配線中檢測(cè)零件的質(zhì)量、并對(duì)零件進(jìn)行分類，印刷電路板疵病檢查，彈性力學(xué)照片的應(yīng)力分析，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動(dòng)分揀，在一些有毒、放射性環(huán)境內(nèi)識(shí)別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)，先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中采用工業(yè)視覺(jué)等等。5.5軍事公安方面在軍事方面圖像處理和識(shí)別主要用于導(dǎo)彈的精確末制導(dǎo)，各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲(chǔ)和顯示的軍事自動(dòng)化指揮系統(tǒng)，飛機(jī)、坦克和軍艦?zāi)M訓(xùn)練系統(tǒng)等；公安業(yè)務(wù)圖片的判讀分析，指紋識(shí)別，人臉鑒別，不完整圖片的復(fù)原，以及交通監(jiān)控、事故分析等。目前已投入運(yùn)行的高速公路不停車(chē)自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中的車(chē)輛和車(chē)牌的自動(dòng)識(shí)別都是圖像處理技術(shù)成功應(yīng)用的例子。5.6文化藝術(shù)方面目前這類應(yīng)用有電視畫(huà)面的數(shù)字編輯，動(dòng)畫(huà)的制作，電子圖像游戲，紡織工藝品設(shè)計(jì)，服裝設(shè)計(jì)與制作，發(fā)型設(shè)計(jì)，文物資料照片的復(fù)制和修復(fù)，運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作分析和評(píng)分等等，現(xiàn)在已逐漸形成一門(mén)新的藝術(shù)-計(jì)算機(jī)美術(shù)。5.7機(jī)器人視覺(jué)機(jī)器視覺(jué)作為智能機(jī)器人的重要感覺(jué)器官，主要進(jìn)行三維景物理解和識(shí)別，是目前處于研究之中的開(kāi)放課題。機(jī)器視覺(jué)主要用于軍事偵察、危險(xiǎn)環(huán)境的自主機(jī)器人，郵政、醫(yī)院和家庭服務(wù)的智能機(jī)器人，裝配線工件識(shí)別、定位，太空機(jī)器人的自動(dòng)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(dòng)態(tài)圖像的采集、壓縮、處理、存貯和傳輸?shù)取?.9科學(xué)可視化圖像處理和圖形學(xué)緊密結(jié)合，形成了科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域新型的研究工具。5.10電子商務(wù)在當(dāng)前呼聲甚高的電子商務(wù)中，圖像處理技術(shù)也大有可為，如身份認(rèn)證、產(chǎn)品防偽、水印技術(shù)等。 6 圖像處理技術(shù)未來(lái)發(fā)展主要體現(xiàn)在在以下4個(gè)方面:朝高速、高分辨率、立體化、多媒體、智能化和標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)的速度，而且A/D和D/A的速度要實(shí)時(shí)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(jì)算圖形學(xué)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展將得到廣泛應(yīng)用