數(shù)字圖象處理的主要研究方向與應(yīng)用論文
0 引言
計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)覆蓋范圍廣，學(xué)科交叉性強，涵蓋了計算機科學(xué)與技術(shù)、數(shù)學(xué)科學(xué)、光物理學(xué)等多個領(lǐng)域，在環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)牧業(yè)、國防軍事、多媒體等方面都有著十分廣泛的應(yīng)用。在計算機技術(shù)發(fā)展的推動下，以及離散數(shù)學(xué)等理論的完善中，計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)得到了進一步的發(fā)展。
1 數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展概況
圖像處理技術(shù)最早應(yīng)用于提高圖像質(zhì)量，將低質(zhì)量的圖像經(jīng)過改善處理，輸出高質(zhì)量的圖像。上世紀 20 年代，第一次應(yīng)用于從英國到美國海底電纜傳輸圖片的質(zhì)量提高。數(shù)字圖像處理成為一門學(xué)科是在上世紀 60 年代。1962 年，計算機圖形這一術(shù)語被首次提出，將計算機圖形學(xué)作為一門獨立學(xué)科開始了研究。計算機圖形涉及到數(shù)字化轉(zhuǎn)換、幾何平移變形、實物模型構(gòu)建、色彩調(diào)度、色彩轉(zhuǎn)換以及曲線運用等多個方面，所以計算機圖形學(xué)是一門具備研究性的領(lǐng)域。在計算機科學(xué)中，計算機數(shù)字圖像處理是一個相對年輕的學(xué)科，涉及范圍極其廣泛，比如圖形交互技術(shù)、圖形硬件、科學(xué)計算可視化、虛擬現(xiàn)實等等。
2 數(shù)字圖象處理的主要研究方向
�。�1）圖像變換。圖像變換包括圖像的拉伸、收縮、旋轉(zhuǎn)、扭曲等。圖像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。包括傅里葉變換、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）圖像編碼。圖像編碼是利用編碼技術(shù)對圖像進行壓縮的一種方法，通過壓縮算法，在盡可能保證圖像不失真的情況下減少圖像的比特數(shù)，降低圖像的存儲占用空間，方便圖像的傳輸、處理等。在圖像壓縮技術(shù)中，最重要的就是編碼算法，常見的編碼算法包括預(yù)測編碼、變換域編碼等。
�。�3）圖像增強及復(fù)原技術(shù)。圖像增強及復(fù)原技術(shù)是數(shù)字圖像處理技術(shù)的最原始目的。通過圖像增強及復(fù)原，可以提高圖像的清晰度，增強圖像的質(zhì)量。比如對圖像的高頻分量進行強化，突出物體的輪廓細節(jié)，或者對圖像的低頻分量進行強化，降低圖像噪聲等。
（4）圖像分割。圖像分割技術(shù)也是數(shù)字圖像處理中非常重要的一項。圖像分割就是將具有特征意義的邊緣區(qū)域從圖像中進行提取，以為進行圖像的識別、分析提供條件。這項技術(shù)在人工智能領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，雖然已經(jīng)有所發(fā)展，但是缺少一種普適性的圖像分割方法，在人工智能發(fā)展迅速的今天，圖像分割也成為熱點研究問題之一。
�。�5）圖像描述。進行圖像識別的重要前提就是圖像描述。一般來說，圖像描述主要包括兩類區(qū)域描述方法：利用外部特征的邊界描述和利用內(nèi)部特征的.區(qū)域描述。這是二維描述的方法，在三維技術(shù)發(fā)展的推動下，體積描述、表面描述等方法也已經(jīng)被提出。
�。�6）圖像識別。圖像識別是人工智能中重要的研究方向，屬于模式識別。在對圖像進行預(yù)處理后，進行圖像分割，提取相應(yīng)特征，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行圖片分類。在經(jīng)過訓(xùn)練集訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，能夠?qū)D片進行正確的分類。
3 數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)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并不想我們在新聞媒體上見到的那樣清晰、多彩。照片在經(jīng)過數(shù)字圖像處理之后，才能夠進行精確的分析。
�。�2）衛(wèi)星勘測。目前，世界各國都發(fā)射了大量衛(wèi)星進行大氣監(jiān)測、礦產(chǎn)探測、石油探測、水資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測等，這些技術(shù)取得良好效果的基礎(chǔ)在于數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
�。�3）生物醫(yī)學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程中對數(shù)字圖像處理技術(shù)的依賴性也很大，如進行 CT 顯像、顯微圖像分析、超聲波圖像處理、立體定向放射治療等眾多方面都離不開數(shù)字圖像處理技術(shù)。
�。�4）軍事公安。在軍事上，數(shù)字圖像技術(shù)主要應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、軍事偵察以及模擬訓(xùn)練等方面。在公安業(yè)務(wù)上，主要應(yīng)用于交通牌照識別、指紋分析、圖片復(fù)原等。
�。�5）通信互聯(lián)。互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展也離不開數(shù)字圖像處理技術(shù)。在進行數(shù)據(jù)互聯(lián)通信時，最難以處理的數(shù)據(jù)便是圖像數(shù)據(jù)，因為圖像數(shù)據(jù)量十分巨大，要實現(xiàn)圖像的實時傳輸（如直播），必須借助圖像的壓縮編碼技術(shù)來實現(xiàn)。高效的編碼方式能夠在保證圖像傳輸流暢的同時，質(zhì)量不會降低。
�。�6）新興領(lǐng)域。機器人作為新興智能領(lǐng)域的代表，受到圖像處理技術(shù)的影響也十分巨大。通過數(shù)字圖像處理技術(shù)，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(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展方向
數(shù)字圖像處理是目前計算機科學(xué)領(lǐng)域中十分活躍的研究方向，雖然這一領(lǐng)域的發(fā)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(xué)科交叉聯(lián)合研究。數(shù)字圖像處理的理論涉及面廣、應(yīng)用面廣，必須聯(lián)合相關(guān)學(xué)科共同開發(fā)，才能夠取得長足的進步。
�。�2）提高計算精度和性能。數(shù)字圖像處理技術(shù)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。圖像處理需要經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)計算，運算量遠大于文本處理，所以需要在提高運算精度的同時提高運算的速度。
�。�3）不斷提出新的圖像處理方法，強化理論研究。數(shù)字圖像處理在計算機科學(xué)領(lǐng)域還是一個年輕的學(xué)科，還有許多理論值得探索、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，逐步形成自己的理論體系。
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