1、1计算机图像处理技术陈剑华（五邑大学计算机学院,广东 529000）摘要：计算机图像处理技术是计算机应用中非常普遍的一种技术，不仅广泛应用于专业的美术设计、彩色印刷、排版、摄影等领域，而且也越来越受到广大普通电脑用户的喜爱。尤其是随着网络的发展和普及，随着网页制作的流行，对网页中的图像的处理要求也越来越高。综观图像处理技术的发展，我们发现它的发展迅速，而且仍在快速的向前发展。在这一领域我们要力争赶上直至超过发达国家，在技术的研发方面，必须随时掌握国际动态，才能把握好方向。关键词：计算机； 图形图像； 数字图像；处理技术1 引言人类在社会实践活动中，是通过身体各感觉器官来接受信息，感知世界的，其
2、中 80%左右的信息是通过视觉系统获取的，人眼将获得的图像送大脑处理后并据此作出反映。在已经进入信息时代的今天，如何快速有效地获得所需要的信息，将直接影响到人们的思维和决策。毫无疑问，通过图像是我们获得信息的重要途径，而对图像的处理技术先进与否将决定其价值，利用计算机进行图像处理可以使我们快速准确地获得所需信息。可喜的是，随着计算机技术的不断发展，图像处理技术已经发生了很大发展，让我们的生产生活进入了丰富多彩的时代，我国在计算机图像处理技术上还需要下很大的力气，才能赶上时代的步伐。本文通过介绍计算机图形学的研究内容、发展历史、应用领域以及日常生活中的应用情况，对图形学的基本内容进行概括，从而更
3、好地掌握计算机图形学与图形图像处理技术。2 计算机图像处理计算机图像处理是将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理。由于计算机的处理速度及快，且数字信号具有失真小、易保存、易传输、抗干扰能力强等特点，因而计算机图像处理的应用十分广泛，包括航空、航海、航天、遥测技术、工业自动化检测、安全识别、娱乐等各大领域。在图像处理领域，对图像的基本操作是图像变换和图像分析。前者用某种方式改变图像，后者仅仅根据图像的信息得出一定的结论。对图像的灰度调节、几何变换等操作属于图像变换；测量两个物体距离、计算物体面积等操作属于图像分析。在具体的应用中，往往先对图像进行一定的变换，使图像上的特征更加突出，然后
4、对图像进行分析。计算机图像大致可以分为：二值图像、灰度图像和彩色图像三种。二值图像中，每个像素要么是黑，要么是白。理论上，二值图像的每个像素只需要一个 bit 表示：0 表示黑，1 表示白。但是有时为了处理方便，仍然用每个像素 8bit 的方式存储二值图像。在图像处理中，二值图像是非常有用的，二值图像能够清晰地呈现物体的轮廓，这种非 0 即 1 的图像在很多图像处理算法中是必须的。例如，文字识别、轮廓分析等。下面的图 1 是原始图像，图 2 是它的二值图像。2图 1 原始图像 图 2 二值图像把一个图像转换成二值图像的操作叫做“二值化”。“二值化”的关键是选取合适的“阈值”，低于这个阈值的像素
5、被转换成黑色，高于这个阈值的像素被转换成白色。当然，在商品化的软件包中，二值化的时候除了阈值还考虑其他的因素。计算机图像的另一种格式是灰度图像。灰度图像的每个像素通常用一个 byte 表示，分别代表256 个灰度级。人眼能够识别的灰度级大约是 100 个。通常，最高的灰度级（255）呈现最亮的像素，最低的灰度级（0）呈现最暗的像素，在最暗和最亮的像素之间有 256 个不同的灰度级。在计算机处理中，彩色图像的色彩信息可以用多种方式呈现，这些表示彩色图像的不同呈现方式叫做图像的“色彩空间”。彩色图像通常使用 RGB 彩色空间和 HSL 彩色空间。RGB 彩色空间使用三原色呈现图像色彩。HSL 通常
6、使用色相、饱和度和亮度呈现图像色彩。有时，图像的色彩信息是必要的。比如，从红苹果中挑出青苹果，就必须使用色彩信息。有的时候色彩信息是没有必要的，这时候通常把彩色图像转换成灰度图像或二值图像。比如文字识别，通常用二值图像处理即可。有些图像处理算法，只能用于灰度图像和二值图像。有时，使用不同的色彩空间可以简化问题的处理。比如，判定两个物体颜色是否相同，如果用RGB 色彩空间，就需要分别比较 R、G、B 值，但是如果把图像转换成 HSL 色彩空间，那么只要比较hue 的值就可以了。合理地运用二值图像、灰度图像、彩色图像以及彩色图像的不同色彩空间，是进行图像处理的第一步。3 计算机图像处理技术的发展历
7、程二十世纪 20 年代 Bartlane 电缆图片传输系统（纽约和伦敦之间海底电缆）传输一幅图片所需的时间由一周多减少到 3 个小时之内。50 年代，在美国出现了以电子管计算机配合滚筒式、平板式绘图仪等仅具有输出功能的设备的图像处理。60 年代至 70 年代，计算机图像处理技术得到了快速发展，计算机图像处理已经可以用来改善图像质量，或是从图像中获得有效信息，并且能对图像进行体积压缩，便于传输和保存。此时的计算机图像处理已经就用到了卫星遥感、医学等方面。1964 年美国喷气推进实验室对航天探测器徘徊者 7 号发回的月球照片由计算机进行图像处理，成功地绘制出月球表面地图，为人类探索宇宙奥妙奠定了基
8、础；1972 年由英国工程师发明的用于头颅诊断的 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）。其基本原理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，由此而打开了人类医学的新大门。由于计算机图像处理是以计算机软硬件为基础的，所以计算机图象处理技术真正大发展是在八十年代后，随着计算机技术的高速发展而迅猛发展起来。时至今日，计算机图象处理在医疗卫生、通讯、交通运输、办公自动化、地球物理、大气环境、卫星遥感及工业自动化领域的应用越来越多，3大到科研、国防军事，小至人们生产生活的方方面面。现在人们可以实现声音、文字、图像相结合的多媒体通讯。具
9、体地讲是将电话、电视和计算机技术综合在数字通信网上进行信息传输，其中以图像处理和传输最为复杂和困难，此问题正在被解决；在工业和工程领域中计算机图像处理技术也有着广泛的应用，如自动装配线中检测零件的质量，印刷电路板疵病检查等；在军事方面计算机图像处理和识别已用于导弹的精确末制导，各种侦察照片的判读等；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；在文化艺术方面，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，文物资料照片的复制和修复，运动员动作分析和评分等等。4 计算机图像处理技术现状与未来经过多年的发展，特别是改革开放 30 年来，我国在计
10、算机图像处理技术上有了突飞猛进的发展，相关研究部门机构已取得了丰硕的成果，在理论研究和实践应用上已逐步赶上或接近发达国家的水平：在数据获取能力方面，成功研制出了一系列传感器，发射了众多对地观测卫星，组成了风云、海洋、资源和环境减灾四大民用系列对地观测卫星体系；采集了大量影像数据，可以覆盖全国陆地、海域以及周边国家和地区一千多万平方公里的地球表面；组建起了多学科多门类交叉研究的队伍，在理论研究、硬件研发、软件开发方面投入了大量人力物力并取得了众多成果；建立了较为完善的科学管理制度及标准规范。计算机图像处理技术未来发展大致可归纳为：1、计算机图像处理的发展将向高清晰度及实时图像处理的理论及技术研究
11、，高速传输、高分辨率、三维成像或多维成像、多媒体化、智能化等方向发展。2、应致力于将图像处理的功能集成固化在芯片上， 使应用更方便。 3、更新的理论研究与更快的算法研究。在图像处理领域，近几年来， 引入了一些新的理论并提出了一些新的算法，如小波分析（Wavelet）、 分形几何（Fractal）、 形态学（Morphology）、 遗传算法（GA， Genetic Algorithms）、人工神经网络等（Artificial neural networks）。这些理论及算法， 将会成为今后图像处理理论与技术的研究热点。5 结论综观计算机图形学的发展，我们发现图形学的发展迅速，并且已经成为一门独
12、立的学科，傲站在科学的前端。计算机图形学的已经应用到各个领域。比如计算机辅助设计与制造，自然景物仿真和计算机动画。在我们的生活到处可见，就如我买的电视机，就有增强智能图像调节、彩色增强、电脑图像智能优化等图形图像处理功能，使我们的生活变的绚丽多彩，又好比如自己设计的网页，也需要用 PHOTOSHOP 进行图像优化处理，就连我日常工作的软件开发都有报表需要使用到图像处理组件，动态图表 JFreeChart（JFreeChart 是 Java 中开源的制图组件，主要用于生成各种动态图表） ，如图 3 所示 。还有将可视化用于天气预报，使气象预报越来越准确；用于地质堪探，使地质学家可以发现新资源；用
13、于医学做一些精密的手术提高了人们的寿命等。总之计算机图形学的应用给人类带来了很多益处，在促进人们物质水平提高的同时，也给我们带来的精神上的享受。当然，计算机图形学在某些领域的发展还未成熟，需要图形学工作者再接再厉，不断完善它的不足之处。从长远来看。计算机图形学有着广泛的发展前景，而且将在人们的生活中起着越来越重要的作用。4图 3 JFreeChart 组件生成的水果产量图参考文献1 韦文山，农正，秦景良.多媒体技术与应用案例教程.机械工业出版社，2010， （6）2 何薇.计算机图形图像处理技术与应用.清华大学出版社，2007， （10）3 何援军.计算机图形学.机械工业出版社，2006，（11）
