1、信息工程学院数字图像处理数字图像处理的发展与应用姓 名： 曹文君 学 号： 20903031002 提交日期： 2012.05.27 2内 容 摘 要 ： 数 字 图 像 处 理 图 像 处 理 ， 它 是 指 将 图 像 信 号 转 换 成 数 字 信 号并 利 用 计 算 机 对 其 进 行 处 理 的 过 程 。 数 字 图 像 处 理 最 早 出 现 20 世 纪 50 年代 。 数 字 图 像 处 理 作 为 一 门 学 科 大 约 形 成 于 20 世 纪 60 年 代 初 期 。 早 期 的图 像 处 理 的 目 的 是 改 善 图 像 的 质 量 ， 它 以 人 为 对 象 ，
2、 以 改 善 人 的 视 觉 效 果 为目 的 。 首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL） 。数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，使图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科。随着图像处理技术的深入发展，从 70 年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像
3、理解或计算机视觉。关键词：数字图像处理 早期发展 信号转换 常用方法 实际应用 未来前景主要内容一、 早期发展: 数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于 20 世纪 50 年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20 世纪 60 年代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理
4、方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL） 。他们对航天探测器徘徊者 7 号在 1964 年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，3也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。 数字图
5、像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。1972 年英国 EMI 公司工程师 Housfield 发明了用于头颅诊断的 X 射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的 CT（Computer Tomograph） 。CT 的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。1975 年 EMI 公司又成功研制出全身用的 CT 装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。 1979 年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。 与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学
6、工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，使图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科。 随着图像处理技术的深入发展，从 70 年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70 年代末 MIT 的 Marr 提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，
7、但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域。二、 数字图像处理主要研究的内容(浅谈):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 。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 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 ，
8、 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 。4. 图 像 分 割 是 数 字 图 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
9、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 。5. 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 。46. 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 （
10、 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 。三、 数字图像处理的基本特点1. 目前，数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。如一幅256256 低分辨率黑白图像，要求约 64kbit 的数据量；对高分辨率彩色512512 图像，则要求 768kbit 数据量；如果要处理 30 帧/秒的电视图像序列，则每秒要求 500kbit 22.5Mbit 数据量。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。2. 数字图像处理占用的频带较宽。与语言信息相比，占用的频带要大几个数量级。3. 数字图像中各个像素是不独立的
11、，其相关性大。4. 数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。四、 数字图像处理的应用领域1. 航 天 和 航 空 技 术 方 面航 天 和 航 空 技 术 方 面 的 应 用 数 字 图 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 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
12、 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 。 从 60年 代 末 以 来 ， 美 国 及 一 些 国 际 组 织 发 射 了 资 源 遥 感 卫 星 （ 如 LANDSAT 系列 ） 和 天 空 实 验 室 （ 如 SKYLAB） ， 由 于 成 像 条 件 受 飞 行 器 位 置 、 姿 态 、 环境 条 件 等 影 响
13、 ， 图 像 质 量 总 不 是 很 高 。 因 此 ， 以 如 此 昂 贵 的 代 价 进 行 简 单 直观 的 判 读 来 获 取 图 像 是 不 合 算 的 ， 而 必 须 采 用 数 字 图 像 处 理 技 术 。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
14、外 ， 在 X 光 肺 部 图 像增 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 。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
15、 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5技 术 中 采 用 工 业 视 觉 等 等 。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
16、 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 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 。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
17、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. 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 。五
18、、 数字图像处理的前景人工智能、安防、军工,都离不开图象处理,现在很多行业都在做智能产品,既然要智能肯定离不开图象处理,看看 IOIMAGE、NATE、文安的网站看看就知道,在摄像头无所不在的时代,图象处理是很重要的。数字图像处理技术的发展彻底改变了传统工作的观念和方法,体现了其超高的优越性,使得图像的采集处理从模拟走向了数码,从后期处理走向现场实时处理,从档案袋走向了数据库,实现了全数字化的飞跃。数字图像处理技术在当今世界应用已非常普遍,应用手段越来越丰富,功能也越来越强大。参考文献：1.苏秦，杨鹏，张陵，双语教学实施效果的调查与分析J，中国大学教学，2002，(10)， 2.石乐义，计算机专业双语教学的实践探索J，计算机教育，2006，(8)
