信息技术发展前沿讲座结课论文

信息技术发展前沿讲座结课论文

题目：数字图像处理技术发展及应用

专业：电子信息工程

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                                 日期：2011/12/6

数字图像处理技术发展及应用

摘要  ：简述了数字图像处理技术的发展及应用现状，以数字图像处理技术的主要内容和将来的研究方向为重点，从数字图像处理技术未来的应用领域进行分析，并分析了该技术在未来的研究方向。

关键词：数字图像处理技术、实际应用、发展前景

1、数字图像处理概述

数字图像处理（DIP,全称Digital Image Processing）是指通过运用计算机、数字图像输人输出硬件、图像处理软件等相结合组成图像处理的系统，将图像信号转换成数字信号并利用计算机进行处理的过程从而达到去除噪声、增强、图形复原、元素分割、提取图形特征等目的的方法和技术。

其优点是处理精度高，处理内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力、甚至可进行简单的智能处理。目前来说，数字图像处理需改进的方面之一是处理速度的提高，及数字图像的压缩及更小的储存空间，特别在复杂图像处理上尤为重要。

数字图像处理技术主要包括如下几方面内容：图像复原（Image Restoration）、几何处理（Geometrical Processing）、图像增强（Image Enhancement）、算术处理（Arithmetic Processing）、图像重建（Image Reconstruction）、图像编码（Image Encoding）、图像理解（Image Understanding）、图像识别(Image Recognition)。

图像的复原  ：把模糊的图像进行复原。

图像增强    ：通过去除噪声和干扰来加强图像的有效信息,以提高图像的实际使用价值。

图像的数字化：将模拟图像经过数字离散化之后,得到数字表示（点阵及矩阵）的还原图像。主要包括图像的单位采样与规模量化。

图像的分割  ：将图像中的边缘、部分区域等有意义的特征部分提取 出来,是进一步进行图像识别和分析的基础。

图像特征提取：包括图像中的形状特征、纹理特征、颜 色特征等。

图像的变换  ：由于图像数字表示（矩阵列）很大，若直接在空间域中进行处理，涉及的计算量很大，占用空间也很大，不利于信息压缩化的时代。在图像处理中常采用傅立叶变换、离散余弦变换等处理方法,将空间域中的数字处理转换为对变换域处理进行图像的压缩。

图像编码压缩：图像编码压缩可以减少描述图像具体内容的数据量,从而节省图像储存、交换、传输和处理所占用的时间,并减小存储所需的存储器体积。

2、数字图像处理技术发展及应用

数字图像处理技术是再20世纪60年代随着计算机技术的发展而产生，并在实际运用中不断发展和不断成熟的一个新兴科技，并在理论上和实际应用中都有这巨大贡献。

早期的图像处理是以改善图片质量为基本目的、在此之上稍微进行一些加强。传统图像处理中将质量低的图像进行输入，以改善质量后的搞质量图像输出。

最先通过运用数字图像处理技术而获得成功的例子是美国的喷气推进实验室（JPL）。他们对空间探测器徘徊者7号在19年在月球拍摄的照片进行数字图像处理考虑了当时太阳位置和月球环境的对照片质量的影响之后，，使用了几何校正、灰度变换、去除噪声等方法成功将模糊的照片处理成可用肉眼进行观察的图像。在此之后又对徘徊者7号之后发回的将近十万张直接拍摄的照片进行更为复杂的处理，并分析出了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了巨大成功。在空间技术探测的研究中，数字图像处理技术充分发挥了其图像处理上得优势

20世纪70年代中期，随着计算机技术和人工智能的高速发展，人们研究如何利用计算机系统的高运算速率来解释及分析复杂的图像，以类似人类视觉系统的模拟系统来理解外部世界，称为图像理解。如今在很多国家，特别是发达国家已经投入大量的人力、物力及财力到这项技术上，并取得了大量重要成果。在20世纪70年代末，MIT的Marr提出视觉计算理论，该理论成为计算机视觉领域十多年的主导思想。

20世纪80年代末期，人们开始将数字图像处理技术应用于地理，研究、海洋图的自动读入、自动生成。

数字图像处理技术的飞跃是从20世纪90年代初开始的。在1986年之后，小波理论与变换方法迅速发展，克服了傅立叶分析在局部分析等方面的不足，成为调和分析近半个世纪以来图像处理技术的结晶。在1988年，Mallat有效地将小波分析应用于图像分解和重构，是信号与图像分析在数学方法上的重大突破。在此滞后数字图像处理技术迅猛发展，目前为止，图像处理已经在图像通讯、办公自动化系统、地理信息系统、医疗设备、卫星照片传输图片分析和工业自动化的应用越来越多。

3、应用前景展望

数字图像处理技术未来应用领域主要有以下几个方面：

（1）数字图像处理技术在航天航空技术方面的应用，除对月球、火星照片的处理之外，并在飞机遥感和卫星遥感技术中得到广泛应用。图像在空中先处理（既对图像进行数字化编码）成数字信号存人磁带中，在卫星经过地面工作站的上空时，以高速传送至工作站接收，然后由处理中心分析判读。这些图像在存储、传输过程中，须采用大量的数字图像处理技术。如今在全世界范围中利用各类卫星所获取的图像进行资源调查、灾害检测、土地规划已经成为各个国家的基本手段。而气象预报和对其它星球探测等方面，数字图像处理技术更是起了巨大的贡献。

（2）数字图像处理技术在生物医学方面的应用广泛，且富有成效。人们所熟知的CT技术、核磁共振技术、X光片及超声波图等都是数字图像处理技术的具体应用，此外还有一类是对医用显微技术的处理分析，如染色体分析、癌细胞识别等。

（3）通信工程方面当面通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的流媒体通信。其中以图像通信（这里主要是指视频的通信）最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，未经压缩的彩色电视信号的传输速率甚至要达到100M/s以上，如此对带宽、及资源的占用将十分巨大。实际运用中要将这样巨大的数据实时传送出去，必须采用数字编码技术来将数据进行压缩。

（4）在工业工程领域中运用图像处理技术极大地提高了工作效率，在自动装配线中对产品质量的检测，分析流体力学图片的阻力和升力，对产品的自动分拣，恶性环境内识别工件及物体的形状和排列状态，采用工业视觉等等。目前最先进的研究为研制具备视觉、听觉和触觉功能，并分析处理的智能机器人，目前已在工业生产中中得到有效的利用。

（5）在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确制导，以及对侦察照片的判断，军事自动化指挥系统和视觉模拟训练系统等；方面主要用于指纹识别、人脸鉴别、角膜识别、不完整图片的复原以及实时监控、事故分析等。

（6）电视画面的数字编辑、动画编辑和制作、电子游戏、工艺品设计、服装设计、建筑设计、模拟发型设计、历史文物资料照片的修复、运动员动作分析和评分等等都是数字图像处理技术的应用领域。

数字图像处理技术在航空航天、工业生产、医疗诊断、资源勘探、气象监测、文化教育、军事系统等领域有着相当广泛的应用，创造了巨额社会价值；但同时还远远不能满足社会需求，在不断被重视的同时、数字处理技术将向更深入、更完美的方向发展：处理算法更优化，处理速度更快，数据压缩量更大，实现图像的智能生成、处理、识别和理解。

参考文献：

[1] 李红俊，韩冀皖.数字图像处理技术及其应用.计算机测量与控制，2002.10（9）

[2] 杨枝灵，王开.Visual C++ 数字图像获取、处理及实践应用.人民邮电出版社，2003 .

[3] 聂颖，刘榴娣.数字信号处理器在可视电话中的应用.光电工程，1997.24（3）

[4] 侯遵泽，杨文采.小波分析应用研究.物探化探计算技术，1995.17（3）