數字圖象處理的主要研究方向與應用論文

數字圖象處理的主要研究方向與應用論文

　　0 引言

　　計算機數字影象處理技術覆蓋範圍廣，學科交叉性強，涵蓋了計算機科學與技術、數學科學、光物理學等多個領域，在環境、生物醫學、農牧業、國防軍事、多媒體等方面都有著十分廣泛的應用。在計算機技術發展的推動下，以及離散數學等理論的完善中，計算機數字影象處理技術得到了進一步的發展。

　　1 數字影象處理技術的發展概況

　　影象處理技術最早應用於提高影象質量，將低質量的影象經過改善處理，輸出高質量的影象。上世紀 20 年代，第一次應用於從英國到美國海底電纜傳輸圖片的質量提高。數字影象處理成為一門學科是在上世紀 60 年代。1962 年，計算機圖形這一術語被首次提出，將計算機圖形學作為一門獨立學科開始了研究。計算機圖形涉及到數字化轉換、幾何平移變形、實物模型構建、色彩排程、色彩轉換以及曲線運用等多個方面，所以計算機圖形學是一門具備研究性的領域。在計算機科學中，計算機數字影象處理是一個相對年輕的學科，涉及範圍極其廣泛，比如圖形互動技術、圖形硬體、科學計算視覺化、虛擬現實等等。

　　2 數字圖象處理的主要研究方向

　　（1）影象變換。影象變換包括影象的拉伸、收縮、旋轉、扭曲等。影象的變換一般不直接在空間域中進行，而是進行變換域處理，即對空間域處理的變換。包括傅立葉變換、沃爾什 - 阿達瑪變換等，這種處理方式降低了計算工作量，而且處理更加有效。

　　（2）影象編碼。影象編碼是利用編碼技術對影象進行壓縮的一種方法，透過壓縮演算法，在儘可能保證影象不失真的情況下減少影象的位元數，降低影象的儲存佔用空間，方便影象的傳輸、處理等。在影象壓縮技術中，最重要的就是編碼演算法，常見的編碼演算法包括預測編碼、變換域編碼等。

　　（3）影象增強及復原技術。影象增強及復原技術是數字影象處理技術的最原始目的。透過影象增強及復原，可以提高影象的清晰度，增強影象的質量。比如對影象的高頻分量進行強化，突出物體的輪廓細節，或者對影象的低頻分量進行強化，降低影象噪聲等。

　　（4）影象分割。影象分割技術也是數字影象處理中非常重要的一項。影象分割就是將具有特徵意義的邊緣區域從影象中進行提取，以為進行影象的識別、分析提供條件。這項技術在人工智慧領域應用廣泛，雖然已經有所發展，但是缺少一種普適性的影象分割方法，在人工智慧發展迅速的今天，影象分割也成為熱點研究問題之一。

　　（5）影象描述。進行影象識別的重要前提就是影象描述。一般來說，影象描述主要包括兩類區域描述方法：利用外部特徵的邊界描述和利用內部特徵的.區域描述。這是二維描述的方法，在三維技術發展的推動下，體積描述、表面描述等方法也已經被提出。

　　（6）影象識別。影象識別是人工智慧中重要的研究方向，屬於模式識別。在對影象進行預處理後，進行影象分割，提取相應特徵，利用神經網路進行圖片分類。在經過訓練集訓練的基礎上，能夠對圖片進行正確的分類。

　　3 數字影象處理技術的應用領域

　　（1）太空探索。太空探索需要進行大量的照片拍攝，然而這些照片在傳回時並不想我們在新聞媒體上見到的那樣清晰、多彩。照片在經過數字影象處理之後，才能夠進行精確的分析。

　　（2）衛星勘測。目前，世界各國都發射了大量衛星進行大氣監測、礦產探測、石油探測、水資源調查、環境監測等，這些技術取得良好效果的基礎在於數字影象處理技術的發展和應用。

　　（3）生物醫學。生物醫學工程中對數字影象處理技術的依賴性也很大，如進行 CT 顯像、顯微影象分析、超聲波影象處理、立體定向放射治療等眾多方面都離不開數字影象處理技術。

　　（4）軍事公安。在軍事上，數字影象技術主要應用於導彈制導、軍事偵察以及模擬訓練等方面。在公安業務上，主要應用於交通牌照識別、指紋分析、圖片復原等。

　　（5）通訊互聯。網際網路的高速發展也離不開數字影象處理技術。在進行資料互聯通訊時，最難以處理的資料便是影象資料，因為影象資料量十分巨大，要實現影象的實時傳輸（如直播），必須藉助影象的壓縮編碼技術來實現。高效的編碼方式能夠在保證影象傳輸流暢的同時，質量不會降低。

　　（6）新興領域。機器人作為新興智慧領域的代表，受到影象處理技術的影響也十分巨大。透過數字影象處理技術，可以給與機器人視覺分析，從而進行機器人的自動化操作。

　　4 數字影象處理技術的發展方向

　　數字影象處理是目前計算機科學領域中十分活躍的研究方向，雖然這一領域的發展十分迅速，但仍有以下幾個方面是需要進一步加強的。

　　（1）加強學科交叉聯合研究。數字影象處理的理論涉及面廣、應用面廣，必須聯合相關學科共同開發，才能夠取得長足的進步。

　　（2）提高計算精度和效能。數字影象處理技術中，一個十分矛盾的問題就是計算精度和處理速度之間如何平衡。影象處理需要經過大量的資料計算，運算量遠大於文字處理，所以需要在提高運算精度的同時提高運算的速度。

　　（3）不斷提出新的影象處理方法，強化理論研究。數字影象處理在計算機科學領域還是一個年輕的學科，還有許多理論值得探索、發現和應用，逐步形成自己的理論體系。

　　參考文獻：

　　[1] 許錄平 . 數字影象處理 [M]. 科學出版社 ,2010.

　　[2] 範秋生探索計算機數字影象處理技術的發展 [J]. 煤炭技術 ,2013（09）。

　　[3] 李飛鵬 , 胡云峰 .《數字影象處理》實踐教學改革與效果分析 [J].中國科技資訊 ,2010（20）。

　　[4] 胡伏原 , 王儉 .《數字影象處理》教學改革探索 [J]. 中國科技資訊 ,2009（14）。

　　[5] 王江濤 , 陳得寶 , 楊一軍 . 面向實際應用的數字影象處理教學探討 [J]. 淮北煤炭師範學院學報 （ 自然科學版 ），2010（04）。