數(shù)字圖像處理技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向數(shù)字圖像處理歷史發(fā)展數(shù)字圖像處理(DigitalImageProcessing)將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機對其進(jìn)行處理。1.起源于20世紀(jì)20年代。2.數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科形成于20世紀(jì)60年代初期，美國噴氣推進(jìn)實驗室(JPL)推動了數(shù)字圖像處理這門學(xué)科的誕生。3.1972年英國EMI公司工程師Housfield發(fā)明了用于頭顱診斷的X射線計算機斷層攝影裝置即CT(ComputerTomograph)，1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT裝置,獲得了人體各個部位鮮明清晰的斷層圖像。4.從70年代中期開始,隨著計算機技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展,數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展，人們已開始研究如何用計算機系統(tǒng)解釋圖像,實現(xiàn)類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界，其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的視覺計算理論。二、數(shù)字圖像處理的主要特點1．目前數(shù)字圖像處理的信息大多是二維信息,處理信息量很大,對計算機的計算速度、存儲容量等要求較高。2.數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬,在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)上,技術(shù)難度較大,成本也高,這就對頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要求。3.數(shù)字圖像中各個像素是不獨立的,其相關(guān)性大。因此,圖像處理中信息壓縮的潛力很大。4.由于圖像是三維景物的二維投影,一幅圖像本身不具備復(fù)現(xiàn)三維景物的全部幾何信息的能力,要分析和理解三維景物必須作合適的假定或附加新的測量。在理解三維景物時需要知識導(dǎo)引,這也是人工智能中正在致力解決的知識工程問題。5．一方面，數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評價的,因此受人的因素影響較大，作為圖像質(zhì)量的評價還有待進(jìn)一步深入的研究；另一方面，計算機視覺是模仿人的視覺,人的感知機理必然影響著計算機視覺的研究,這些都是心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)正在著力研究的課題。三、數(shù)字圖像處理的優(yōu)點1.再現(xiàn)性好；圖像的存儲、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作不會導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。2.處理精度高；可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組,現(xiàn)代掃描儀可以把每個像素的灰度等級量化為16位甚至更高。3.適用面寬；圖像可以來自多種信息源，圖像只要被變換為數(shù)字編碼形式后,均是用二維數(shù)組表示的灰度圖像組合而成,因而均可用計算機來處理。4.靈活性高；數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運算,而且能實現(xiàn)非線性處理,即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達(dá)的一切運算均可用數(shù)字圖像處理實現(xiàn)。四、數(shù)字圖像處理過程及其主要進(jìn)展常見的數(shù)字圖像處理有:圖像的采集、數(shù)字化、編碼、增強、恢復(fù)、變換、壓縮、存儲、傳輸、分析、識別、分割等。處理流程圖如下圖所示。圖1數(shù)字圖像處理流程圖主要的處理介紹如下：1．圖像數(shù)字化；通過取樣和量化將一個以自然形式存在的圖像變換為適合計算機處理的數(shù)字形式,圖像在計算機內(nèi)部被表示為一個數(shù)字矩陣,矩陣中每一元素稱為像素。2.圖像的編碼；編碼的目的是壓縮圖像的信息量(但圖像質(zhì)量幾乎不變),以滿足傳輸和存儲的要求。編碼方法可以對圖像逐點進(jìn)行加工,也可以對圖像施加某種變換或基于區(qū)域、特征進(jìn)行編碼。3.圖像增強；圖像增強目的是使圖像清晰或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為更適合人或機器分析的形式,常用的圖像增強方法有:灰度等級直方圖處理、干擾抵制、邊緣銳化、偽彩色處理等。4.圖像恢復(fù)；其目的是除去或減少在獲得圖像過程中因各種原因產(chǎn)生的退化。5.圖像分析；從圖像中抽取某些有用的度量、數(shù)據(jù)或信息,其目的是得到某種數(shù)值結(jié)果。圖像分析需要用圖像分割方法抽取出圖像的特征,然后對圖像進(jìn)行符號化的描述,這種描述不僅能對圖像中是否存在某一特定對象作出回答,還能對圖像內(nèi)容作出詳細(xì)描述。五、數(shù)字圖像處理的主要研究進(jìn)展一、圖像數(shù)字化1.1歷史階段=1\*GB3①圖像提取技術(shù)源自于電影和視頻產(chǎn)品的發(fā)展，其中,最具影響力的研究是由Porter和Duff提出的通道概念,對圖像提取技術(shù)的離散特性進(jìn)行了規(guī)范,為這一研究領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ),使其成為圖像處理領(lǐng)域一個較獨立的重要分支。=2\*GB3②20世紀(jì)60年代，各種各樣的處理技術(shù)和方法也相應(yīng)而生，如四元組像素的提出以及Blinn對計算機領(lǐng)域所運用到的像素進(jìn)行的全面詮釋。=3\*GB3③20世紀(jì)90年代初期，學(xué)者們開始考慮借助數(shù)學(xué)和概率統(tǒng)計學(xué)的原理來尋求更優(yōu)解,而不再強調(diào)最優(yōu)解。總結(jié)，圖像提取技術(shù)的發(fā)展過程經(jīng)歷了以下4個發(fā)展階段:(1)萌芽階段；通過拍攝時的布景實現(xiàn)提取條件。(2)初期階段；以四元像素和數(shù)字化為基礎(chǔ),建立了獨立的分支學(xué)科。(3)飛躍階段；以概率統(tǒng)計學(xué)原理為基礎(chǔ)的提取。(4)分化階段；認(rèn)識到視頻中幀與幀之間存在相關(guān)性,產(chǎn)生了專門用于視頻提取的方案。但由于自然色彩分布的復(fù)雜性,至今沒有被廣泛認(rèn)可的模型,也沒有系統(tǒng)的、統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)。所以說,圖像提取技術(shù)的成熟還有待時日,并依賴于其它=2\*GB3②加強軟件的研究和開發(fā)新的處理方法,重點是移植其他學(xué)科的技術(shù)和研究成果；=3\*GB3③邊緣學(xué)科的研究(如人的視覺特性、心理學(xué)特性的研究的突破)促進(jìn)圖像處理技術(shù)的發(fā)展；=4\*GB3④理論研究已逐步形成圖像處理科學(xué)自身的理論體系；=5\*GB3⑤建立圖像信息庫和標(biāo)準(zhǔn)子程序,統(tǒng)一存放格式和檢索.圖像信息量和數(shù)據(jù)量大,若沒有圖像處理領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化,圖像信息的建立、檢索和交流將是一個極嚴(yán)重的問題,交流和使用極不便,造成資源共享的嚴(yán)重障礙。