肖剑论文

《肖剑论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《肖剑论文（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、前言：图像是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。研究表明，在人类接受的信息 中，图像等视觉信息所占的比重很大。 “百闻不如一见” “一图值千字”等都充分说明了这 一事实。同时，我们又生活在一个数字时代，随着计算机技术及网络技术的迅速发展，几 乎所有的信息都可以用数字图像的形式呈现在人们眼前。近年来图像的信息处理已经得到 了一定的发展，但是随着对图像处理要求的不断提高，应用领域不断扩大，图像理论也必 须不断提高补充和发展。图像处理已经从可见光谱扩展到红外，紫外等非可见光谱，从静 止图像发展到运动图像，从物体的外部延生到物体内部，以及进行人工智能的图像处理。1 图像的基础 1.1 图像的定

2、义图像是自然界景物的客观反映， 是人类认识世界和人类本身的重要源泉。照片、绘画、 影视画面；光学成像；汉字；图形；脑电图、心电图等都是图像。图：图：是物体反射光或透 射光的分布，它是客观存在的。像：像：是人的视角系统所接收的图在人脑中所形成的印象或 认识。 总之，凡是人类视觉上能感觉到的信息，都可以称为图像。图像。 1.2数字图像的类型 每个图像的像素通常对应于二维空间中的一个特定的“位置” ，并且有一个或者多个 与那个点相关的采样值组成数值。根据这些采样数目及特性的不同，数字图像可以划 分为以下几种。 a.二值图像（Binary Image）：图像中的每个像素的亮度值仅可以取自 01 的图像

3、。b.灰度图像（Gray Scale Image）,也称为灰阶图像：图像中的每个像素都可以由 0（黑）255（白）的亮度值表示。 c.彩色图像（Color Image）：每幅彩色图像是由 3 幅不同的灰度图像组合而成，一 幅为红色，一幅为绿色，另一幅为蓝色。 d.立体图像（Stereo Image）：立体图像是一物体由不同角度拍摄的一对图像通常情 况下可以用立体图像计算出图像的深度信息。 e.三维图像（3D Image）：每幅图像是由一组堆栈的二维图像组成。每一幅图像表 示该物体的一个横截面。 数字图像也用于表示在一个三维空间分布点的数据，比如，计算机断层扫描设备 生成的图像，在这种情况下，每

4、个数据都称为一个体素。 1.3 图像处理的目的一般来讲，对图像进行处理（或加工、分析）的主要目的有三个方面： （1）提高图像的视感质量，如进行图像的亮度、彩色变换，增强、抑制某 些成分，对图像进行几何变换等，以改善图像的质量。 （2）提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，这些被提取的特征或信息 往往为计算机分析图像提供便利。提取特征或信息的过程是模式识别或计算机 视觉的预处理。提取的特征可以包括很多方面，如频域特征、灰度或颜色特征、 边界特征、区域特征、纹理特征、形状特征、拓扑特征和关系结构等。 （3）图像数据的变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。不管是何种目的的图像处理，都需要由计算机

5、和图像专用设备组成的图像 处理系统对图像数据进行输入、加工和输出。 1.31.3 图像处理的主要内容： 数字图像处理常用方法有以下几个方面： 1）图像变换：由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量 很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离 散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少 计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处 理）。新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图 像处理中也有着广泛而有效的应用。 2 ）图像编码压缩：图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特 数），以

6、便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在 不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最 重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。 3 ）图像增强和复原：图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如 去除噪声，提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像 中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明 显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因 有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立“降质模型”，再采用某种滤波方 法，恢复或重建原来的图像。 4 ）图像分割：图像分割是数字图

7、像处理中的关键技术之一。图像分割是 将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域 等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然已研究出不少边缘提 取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此，对图像分割的研究还在不断深入之中，是图像处理中研究的热点之一。 5 ）图像描述：图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二 值图像可采用其几何特性描述物体的特性，一般图像的描述方法采用二维形状 描述，它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹 理特征描述。随着图像处理研究的深入发展，已经开始进行三维物体描述的研 究，提出了体积

8、描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。 6 ）图像分类（识别）：图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要 内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提 取，从而进行判决分类。图像分类常采用经典的模式识别方法，有统计模式分 类和句法（结构）模式分类，近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网 络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。 1.4 图像处理的应用领域：图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然 涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大，图像处理 的应用领域也将随之不断扩大。1）航天和航空方面航天和航空技术方面的应用数字图

9、像处理技术在航天和航空技术方面的应用，除了 JPL 对月球、火星照片的处理之外，另一方面的应用是在飞机遥感和 卫星遥感技术中。许多国家每天派出很多侦察飞机对地球上有兴趣的地区进行 大量的空中摄影。对由此得来的照片进行处理分析，以前需要雇用几千人，而 现在改用配备有高级计算机的图像处理系统来判读分析，既节省人力，又加快 了速度，还可以从照片中提取人工所不能发现的大量有用情报。2）生物医学工程方面数字图像处理在生物医学工程方面的应用十分广泛，而且很有成效。除了 上面介绍的 CT 技术之外，还有一类是对医用显微图像的处理分析，如红细胞、 白细胞分类，染色体分析，癌细胞识别等。此外，在 X 光肺部图像

10、增晰、超声 波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图 像处理技术。3）通信工程方面当前通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的多媒体通信。 具体地讲是将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上传输。其 中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信 号的速率达 100Mbit/s 以上。要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用 编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的 关键。除了已应用较广泛的熵编码、DPCM 编码、变换编码外，国内外正在大力 开发研究新的编码方法，如分行编码、自适应网络编码、小波变

11、换图像压缩编 码等。4）工业和工程方面在工业和工程领域中图像处理技术有着广泛的应用，如自动装配线中检测 零件的质量、并对零件进行分类，印刷电路板疵病检查，弹性力学照片的应力 分析，流体力学图片的阻力和升力分析，邮政信件的自动分拣，在一些有毒、 放射性环境内识别工件及物体的形状和排列状态，先进的设计和制造技术中采用工业视觉等等。其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机 器人，将会给工农业生产带来新的激励，目前已在工业生产中的喷漆、焊接、 装配中得到有效的利用。5）军事公安方面在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确末制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥

12、系统，飞机、坦克和军舰 模拟训练系统等；公安业务图片的判读分析，指纹识别，人脸鉴别，不完整图 片的复原，以及交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自 动收费系统中的车辆和车牌的自动识别都是图像处理技术成功应用的例子。6）文化艺术方面目前这类应用有电视画面的数字编辑，动画的制作，电子图像游戏，纺织 工艺品设计，服装设计与制作，发型设计，文物资料照片的复制和修复，运动 员动作分析和评分等等，现在已逐渐形成一门新的艺术-计算机美术。7）机器人视觉机器视觉作为智能机器人的重要感觉器官，主要进行三维景物理解和识别， 是目前处于研究之中的开放课题。机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自 主机器人，邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件识别、定位，太 空机器人的自动操作等。8）视频和多媒体系统目前，电视制作系统广泛使用的图像处理、变换、合成，多媒体系统中静 止图像和动态图像的采集、压缩、处理、存贮和传输等。9）科学可视化图像处理和图形学紧密结合，形成了科学研究各个领域新型的研究工具。10）电子商务在当前呼声甚高的电子商务中，图像处理技术也大有可为，如身份认证、 产品防伪、水印技术等。总之，图像处理技术应用领域相当广泛，已在国家安全、经济发展、日常 生活中充当越来越重要的角色，对国计民生的作用不可低估。