文獻綜述數(shù)字圖像處理技術(shù)及應(yīng)用研究(共9頁)

1、專業(yè)文獻綜述題 目: 數(shù)字圖像處理技術(shù)及應(yīng)用研究 姓 名: 學(xué) 院: 專 業(yè): 班 級: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 職稱: 副教授 2014 年05月25日南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處制數(shù)字圖像處理技術(shù)及應(yīng)用(yngyng)研究摘要(zhiyo)：圖像(t xin)是人類認識客觀世界和相互交流的媒體。圖像處理是信號處理在圖像域的一個研究分支，是對圖像進行分析、加工、和處理，使其滿足視覺、心理以及其他要求的技術(shù)。目前大多數(shù)的圖像是以數(shù)字形式存儲，因而圖像處理很多情況下指數(shù)字圖像處理。近十幾年來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，以及各種業(yè)務(wù)需求的不斷增長，數(shù)字圖像處理技術(shù)已成為當(dāng)前研究熱點，其應(yīng)用領(lǐng)域

2、越來越廣泛，顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。本文結(jié)合多篇文獻總結(jié)了近幾年來數(shù)字圖像處理主要技術(shù)及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵字關(guān)鍵詞個數(shù)不對：數(shù)字(shz)圖像處理(t xin ch l)；偏微分方程(wi fn fn chn)按照修改的中文摘要撰寫英文摘要；計算機應(yīng)用Digital Image Processing Technology and Its Application(Nanjing Agricultural University, College of Information Science and Technology, Jiangsu Nanjing 210095) Abst

3、ract: Image is a media that human use to understand the world and communicate with each other . Image processing is a research branch of signal processing in the image domain,use image analysis, processing, and handling to meet the visual, psychological, and other technical requirements. Most of the

4、 images are stored in digital form, so in many cases image processing means digital image processing. Over the last decade, with the development of large scale integrated circuit technology, computer technology, and the growing variety needs of business, digital image processing technology has becom

5、e a hotspot of current research, and its applications become more and more widely, showing a huge development potential and broad prospects. This paper summarizes the recent papers on digital image processing technology and its applications in various fields.Key words: Digital image processing；Parti

6、al differential equation；Computer Applications引言：隨著信息產(chǎn)業(yè)的逐漸發(fā)展以及與其他各個學(xué)科間不斷結(jié)合的普及，圖像識別技術(shù)已經(jīng)能夠深入地應(yīng)用到具體目的物識別等領(lǐng)域中。圖像是人類獲取和交換信息的主要來源，因此，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及到人類生活和工作的方方面面。隨著人類活動范圍的不斷擴大，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴大。11 數(shù)字圖像處理的概念及特點數(shù)字圖像處理又稱為計算機圖像處理，它是將模擬的圖像信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號并利用計算機對其進行處理的過程，其輸入是原始圖像，輸出則是改善后的圖像或者是從圖像中提取的一些特征，以提高圖像的實用性，從而

7、達到人們所要求的預(yù)期結(jié)果2。主要原理是：用圖像采集卡和攝像機將外界圖像轉(zhuǎn)換為以紅（）、綠（）、藍（）三個原始灰度值表示的數(shù)字圖像，然后運用相應(yīng)軟件對其進行分析、加工、處理和輸出。3數(shù)字圖像處理的基本特點：1）信息量大：數(shù)字圖像處理的信息基本上是二維信息，對計算機的計算速度、存儲容量等都要求較高。2 2）數(shù)字圖像處理中所涉及的基礎(chǔ)知識和專業(yè)技術(shù)相當(dāng)廣泛。一般來說涉及通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)、光電技術(shù)、心理學(xué)等，而數(shù)學(xué)、物理學(xué)等方面的知識則是圖像處理中的基礎(chǔ)知識。2 數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運算，且能實現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達的一切運算均可用數(shù)字圖像處理實現(xiàn)。43

8、) 相關(guān)性大：數(shù)字圖像中像素(xin s)是不獨立的，在一定的范圍內(nèi)存在相關(guān)性。在一幅(y f)圖像中，相鄰(xin ln)像素之間一般說來還要大些。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。24) 受人的因素影響大：經(jīng)過處理的圖像一般是給人觀察和評價的，圖像的質(zhì)量的評價具有主觀性。25) 處理精度高：精度可以滿足任一應(yīng)用需求。從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實現(xiàn)的，只要在處理時改變程序中的數(shù)組參數(shù)就可以了。42 數(shù)字圖像處理技術(shù)研究內(nèi)容2.1 主要內(nèi)容數(shù)字圖像處理技術(shù)的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面：51）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

9、圖像變換的方法，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。2）圖像編碼壓縮：可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量，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。3）圖像增強和復(fù)原：目的是為了提高圖像的質(zhì)量。圖像增強不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。圖像復(fù)原要求對圖像降質(zhì)的原因有一定的了解，一般應(yīng)根據(jù)降質(zhì)過程建立“降質(zhì)模型”，再采用某種濾波方法，恢復(fù)或重建原來的圖像。4）圖像分割：將圖像中有意義的特征部分提取出來，這是進一步進行圖像識別、分析和理解的基礎(chǔ)。5）圖像描述：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

10、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；對于特殊的紋理圖像可采用二維紋理特征描述。隨著研究的深入發(fā)展，已開始進行三維物體描述的研究，提出了體積描述、表面描述、廣義圓柱體描述等方法。6）圖像分類（識別）：屬于模式識別的范疇，主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預(yù)處理后，進行圖像分割和特征提取，從而進行分類。2.2 未來研究重點虛擬現(xiàn)實計算機的運算速度發(fā)展到今天，已為虛擬現(xiàn)實提供了可能(knng)。網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實、可視電話及會議系統(tǒng)6等方面的發(fā)展與應(yīng)用為數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展提供(tgng)了新的機遇。3 數(shù)字圖像處理主要(zhyo)技術(shù)3.1 偏微分方程方法7偏微分方程是一種數(shù)學(xué)分析方法，并且它

11、的特性由擴散方向和擴散項決定，這一點對圖像處理大為有利。圖像處理中的偏微分方程模型可以分為三類:基于變分原理能量函數(shù)優(yōu)化的方法。幾何描述法。 各向異性擴散方程法。表1 檢查格式，表內(nèi)容看不見分數(shù)偏微分應(yīng)用于圖像底層處理的類比8類比項分數(shù)階微分分數(shù)階積分分數(shù)階偏微分方程定義階次v 0階次v 0階次v 0，且為非適用情況圖像增強圖像去噪圖像增強或去噪特點利用分數(shù)階微分階次來控制圖像增強的效果利用分數(shù)階積分階次來控制圖像去噪的效果利用分數(shù)階偏微分方程的階次來控制圖像增強或去噪的效果優(yōu)點具有弱導(dǎo)數(shù)性質(zhì)，有利于增強圖像的紋理等細節(jié)信息具有弱積分性質(zhì)，有利于在去噪的同時保護圖像的邊緣和紋理等細節(jié)信息具有普

12、遍性，更加有效地描述圖像的內(nèi)在特性，有利于在去噪的同時保護圖像的邊緣和紋理等細節(jié)信息缺點缺乏自適應(yīng)性，對強邊緣提升不足，在一定程度上加強了噪聲的影響缺乏自適應(yīng)性，階次較小時，去噪效果不明顯;階次較大時，容易出現(xiàn)模糊現(xiàn)象缺乏自適應(yīng)性，并且計算復(fù)雜度較高偏微分方程是一種有效的數(shù)學(xué)處理工具，在圖像處理領(lǐng)域具有很大的發(fā)展前景。在連續(xù)區(qū)域上建立模型，便于對實際問題的理解和數(shù)值處理;數(shù)學(xué)上豐富的偏微分方程理論和數(shù)值計算方法，也為圖像處理的理論分析和算法實現(xiàn)提供了極大的幫助;大量應(yīng)用變分和偏微分方程(wi fn fn chn)理論的物理學(xué)和流體力學(xué)中的一些思想可以借用。但由于偏微分方程自身的局限性，這些應(yīng)用

13、還存在(cnzi)巨大的挑戰(zhàn)，單純的偏微分方程模型在各種圖像處理問題中的研究距離實際應(yīng)用的需要還相差很遠。3.2 泛函分析(fnx)方法9引入鄰域濾波的思想，根據(jù)不同的圖像特征引入與其匹配的鄰域濾波函數(shù)及相應(yīng)的泛函問題。3.3 統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)技術(shù)10統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)CUDA 技術(shù)是NVIDIA 推出的一種全新GPGPU 計算架構(gòu)，它首次為程序員帶來了類似C 語言的GPGPU 程序開發(fā)環(huán)境，采用C 編譯器，用C 語言和CUDA 擴展庫取代原先基于GPU 的流程序語言，用戶不用再把程序映射到圖形API，使程序開發(fā)更為靈活高效。CUDA 圖形卡通過數(shù)百個芯片內(nèi)處理器的通信和合作，調(diào)度成百上千個線程

14、運行，協(xié)作解決復(fù)雜的計算問題。在圖像處理中，常常要處理大量的圖像數(shù)據(jù)，特別是機載/星載圖像，這些圖像分辨率高，尺寸大。傳統(tǒng)圖像處理模式難以滿足高實時性的應(yīng)用需求。采用CUDA 技術(shù)對圖像處理過程并行化，可以極大地提升處理速度。4 數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用圖像是人類獲取和交換信息的主要來源，因此，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及到人類生活和工作方方面面。隨著人類活動范圍的不斷擴大，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴大。4.1 在航空、航天方面的應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)在天文學(xué)方面得到了廣泛的應(yīng)用5，除了最早的JPL對月球，火星的照片處理之外，另一方面是應(yīng)用在飛機遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。2在航空航天方面，數(shù)字圖像

15、技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展的非常迅速，比如現(xiàn)在對月球和火星的圖片處理, 通過對圖片上的細節(jié)進行分析，就能夠反應(yīng)火星和月球的地貌。現(xiàn)在的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，從很大的程度上也有數(shù)字處圖像處理技術(shù)的影子，因為通過對圖像某個點位置的變化，就能夠判斷出這個點的移動位置, 就能夠通過定位系統(tǒng)準(zhǔn)確找到這個點。而且數(shù)字圖像處理技術(shù)通過衛(wèi)星拍攝的照片進行分析，能夠?qū)崿F(xiàn)天氣預(yù)報的準(zhǔn)確。4.2 在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1）研制自動識別采摘機器是圖像處理在農(nóng)業(yè)收獲中的主要應(yīng)用，此課題目前備受關(guān)注。自動收獲機器人的構(gòu)成主要是收獲系統(tǒng)、行系統(tǒng)和視覺機構(gòu)?；跀?shù)字圖像處理的自動收獲機器人主要在兩個方面應(yīng)用該技術(shù)：識別和空間定位果實或其他目標(biāo)

16、物，為采摘系統(tǒng)的行為提供參數(shù)，提高收獲果實的準(zhǔn)確性；識別障礙物體，為行走系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的目標(biāo)(mbio)以躲避障礙。蘋果、梨、橘子、番茄等作物都是研究的對象，但是此類農(nóng)作物生長環(huán)境比較復(fù)雜，自動識別的圖像必然包含枝葉、土壤等對目標(biāo)物產(chǎn)生影響的背景噪聲，所以在實現(xiàn)上不易準(zhǔn)確，且識別成功率較低。Slaughter。11作物損傷自動檢測是農(nóng)產(chǎn)品分級工作中的一個難點。1984 年，Thylor 等最早運用線掃描以及攝像機測定水果損傷進行了試驗研究，得出了通過數(shù)字圖像處理測定水果損傷的準(zhǔn)確度完全可以(ky)達到甚至超過人工，且應(yīng)用前景更加廣泛12。數(shù)字圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)各方面中的廣泛運用，節(jié)約了勞動(lo

17、dng)力，降低了勞動成本，提高了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，改善了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，并且極具應(yīng)用前景13-17。2）CT技術(shù)是數(shù)字圖備技術(shù)的一個完美應(yīng)用的例子5，除此之外還有一類對醫(yī)用圖像的處理分析2例如測量松質(zhì)骨孔隙率18。近幾年，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的深入研究，人們對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的并行性計算能力、非線性映射和自適應(yīng)能力等優(yōu)點有了充分的認識，各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在圖像處理領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。194.3 在通信和電子商務(wù)中的應(yīng)用如果圖像在信息通信工程中是無壓縮、無損傳播,那就會很容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞, 因為圖像所占用的空間都是非常大的, 傳輸?shù)男畔⒘恳任淖侄嗟枚唷?如傳輸彩色電視信號的速率達100Mb/s以上

18、。要將這樣的高速率的數(shù)據(jù)實時傳送出去，必須采用圖像處理中的編碼壓縮技術(shù)來達到目的。24.4 在工業(yè)和工程中的應(yīng)用在機械制造業(yè), 模具加工離不開數(shù)字圖像處理技術(shù),像目前普遍使用的UG 、PROE 等三維CAD軟件都廣泛應(yīng)用了數(shù)字圖像處理技術(shù)。不僅如此, 數(shù)字圖像處理技術(shù)還能夠用于工業(yè)的檢測上。5例如現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不規(guī)則形體面積的批量測量問題日益迫切地需要解決20，還有目前諸如織物沾水性的評價主要依賴人工進行，易受主觀因素的影響，導(dǎo)致評定結(jié)果不理想21，圖像處理技術(shù)都可以提供很好地解決途徑。除此之外，對于機械故障診斷，通過圖像處理技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確的提取故障特征信號。224.5 在軍事、公安中的應(yīng)

19、用在軍事方面主要用于導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)、各種偵查照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲和顯示的軍事化指揮系統(tǒng)；在公安業(yè)務(wù)方面實時監(jiān)控。案件偵破、指紋識別、人臉鑒別。特別是已投入運行的高速公路不停車自動收費系統(tǒng)就是成功應(yīng)用的例子。24.6 在文化藝術(shù)中的應(yīng)用這類應(yīng)用目前非常廣泛5，從人們?nèi)粘Ｉ钪袑φ掌奶幚淼诫娨暜嬅娴臄?shù)字編輯，電子圖像游戲，遠程教育培訓(xùn)等等。結(jié)論：計算機數(shù)字圖像技術(shù)是計算機應(yīng)用學(xué)科中非常重要的分支, 其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到測量、計算機輔助設(shè)計、物理、三維立體模擬等各行各業(yè)。而且隨著計算機硬件性能的提升, 圖像處理算法的改進, 更是拓寬了數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用面。每個領(lǐng)域中圖像處理都扮演著重要的

20、角色，即使現(xiàn)階段的圖像處理技術(shù)還不完善，但是他已經(jīng)表現(xiàn)出不可阻擋的發(fā)展前景，必將迎來未來發(fā)展的黃金時期。參考文獻：;1 李輝，滕桂法，張燕.數(shù)字圖像處理技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)(nngy)中的應(yīng)用研究J. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，Journal of Anhui AgriSci2013，41(13):60606061，6072 2 劉直芳，王運瓊，朱敏. 熟悉(shx)圖像處理與分析M . 北京：清華大學(xué)出版社，2006:83 溫玉春.計算機圖像處理(t xin ch l)技術(shù)應(yīng)用研究J.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè).2011.1672-3198(2100)-02-0230-024 范秋生. 探索計算機圖像處理技術(shù)的發(fā)展J.煤炭

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22、MATICS.2009-12：第38卷第6期10 楊志義，朱婭婷，蒲勇.基于統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)技術(shù)的并行圖像處理研究J.計算機測量與控制. 2009.17(4).1671-4598（2009）04-0734-0411 李輝，滕桂法，張燕.數(shù)字圖像處理技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究J.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，Journal of Anhui AgriSci2013，41(13):60606061，6072 12 TAYLOR R W，REHKUGLER G E，THROOP J AApple bruise detection using a digital line scan camera system in

23、agricultureC/ /Electronics-1983 and Beyond-Volume IStJoseph，MI，ASAE，198413 紀(jì)壽文，王榮本，陳佳娟，等 應(yīng)用計算機圖像處理技術(shù)識別(shbi)玉米苗期田間雜草的研究J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2001，17(2):154 15614 HAYESJ C，HAN Y J，HAYESJ C，et al Comparison of crop cover measuringsystemD St Joseph Mich:ASAE，198915 MEYERGE，MEHTA T，KOCHERM F，et alTextural imaging and discriminateanalysis for distinguishing weeds for spot sprayingJTransactionof the ASAE，1998，41(4):1189 119716 于新文，沈佐銳幾種圖像分割算法(sun f)在棉鈴蟲圖像處理中的應(yīng)用J中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，6(5):69 7517 籍保平，吳文才計算機視覺蘋果分級系統(tǒng)(xtng)