【正文】 。除以 2 是由 于一個線對至少需要 2 條 掃描線才 能分辨。 一張胸片 最好有相當 于 12bit 的 灰度級 ， 否 則 這一方 案就不足 取。線 性 段 標 志其動 態(tài)的范圍 ，是用戶 所關(guān)心的一 個指標。介乎 上述兩種 掃描技術(shù) 之間的為 數(shù)碼相機。 CCD 結(jié)構(gòu)如 圖 6112 所示。 裝有線 陣 CCD 的 數(shù)碼相機 其工作原 理類似于 平板式掃描儀，在 CCD 移 動（掃描）過 程中一行、行地拍攝景 物，完成整 個畫面 所 需 的 時間很 長，且不 能拍攝活 動著的景物 。不 同 分 辨率 的 信號 占 用不 同 的 頻帶 ,便于引入 視覺特性 . 1988 年 ,Barnsley 和 Sloan 共同提 出了分形 圖像編 碼壓縮方 案 ,該方 案利用 圖像中固 有的自相 似性來 構(gòu)造一個 緊縮變換 ,并使 原 圖 像成 為 該緊 縮 變 換的 吸 引子 ,編碼 時 只 需存 儲 變化的參數(shù) ,解 碼 時 需要 利 用該 變 化 對任 一 幅圖 像 不斷 進 行 迭代 變 換 . 此 方案具有 思路新穎 、壓縮 潛力大、 解碼分 辨率無關(guān) 性等特點 ,是一種 很有潛力 的編碼方 法 . 1987 年 ,Mallat 首次巧 妙地將計 算機視 覺領(lǐng)域內(nèi) 的多尺度 分析思 想引入到 小波變 換中 ,統(tǒng) 一了在此 之前的 各 種 小波 的構(gòu) 造 方法 . 之后 ,他又 研究 了 小波 變 換的 離散 形 式 ,并 將相應(yīng)的 算法應(yīng)用 于圖像 的分解與 重構(gòu)中 ,為隨后 的小波圖 像壓縮 編 碼奠 定了 基礎(chǔ) . 進入 90 年代 ,又 取 得了 一系 列圖 像 壓縮 編碼研究 的階段性 新成果 . 其中 EZW編碼算法、 SPIHT 編 碼算法被 認為是 目 前 世 界 上 比 較 先 進 的 圖 像 壓 縮 編 碼 算 法 ,這 2 種 算 法 均 具 有結(jié)構(gòu) 簡單 、無需任何 訓(xùn)練 、支持多碼 率、圖像復(fù)原質(zhì) 量較理想 等優(yōu)點 ,但同時 又都不同 程度地 存在算法 時間復(fù)雜 度和空 間復(fù)雜度 過高的弱點 . 而 小 波變 換 的圖 像 壓縮 編 碼算 法已 成 為目 前 圖像 壓 縮研究 領(lǐng)域 的一 個主 要方 向 . 小 波變 換是 20 世紀 80 年 代后 期發(fā) 展起來 的 一 種 新的 信 息處 理 方法 ,因 其本 質(zhì) 是多 分 辨分 析 信 號 ,在 時域和 頻域都具 有分辨率 ,對高頻 分量采 用逐漸精 細的時 域或空域 步長 ,可 以 聚 焦 到分 析 對象 的 任意 細 節(jié) ,對 于 劇烈 變 換的 邊 緣 ,比 常 規(guī)的傅 里 葉 變 換具有 更好的適 應(yīng)性 ,故特 別適用于 分析非平 穩(wěn)信號 圖 像增強是 按照特 定的要求 突出一幅 圖像中 的某些信 息 ,同時削 弱或去除 某些不需 要的信 息處理方 法 ,其主 要目的 是使處理 后的圖 像 對 某 種特 定 的應(yīng) 用 來說 ,以 原來 圖 像更 適 用 ,它 是 為了 某 種應(yīng)用 目的去改 善圖像質(zhì) 量 ,使 圖像更適 合于人的 視覺特 性或機器 的識別系統(tǒng) . 如下圖： 目前 增強方法 主要有直 方圖修改 處理、圖像平滑 化處理、圖像尖 銳化處理 及彩色處 理技術(shù) 等 ,由于 各種圖像 增強算 法 的特點 不同 ,對 圖 像 增 強 的 側(cè) 重 點 也 不 同 . 在 對 圖 像 進 行 處 理 之 前 ,首 先 分 析不 同 圖 像 增強 方 法的 優(yōu) 缺點 ,再 對具 體 圖像 問 題進 行 具 體分 析 ,然后 選 擇 幾 種增 強 方法 結(jié) 合使 用 ,也許 就 可能 達 到預(yù) 期 的 增強 效 果 .圖像 在獲取 、傳輸和 存儲過程 中由于受 多種原因 如模糊 、失真 、噪聲 等的影響 ,會造成 圖像質(zhì)量 的下降 ,即圖像 的退化 .引起圖像 退化的 原 因 很多 ,在 圖 像的 獲取 (數(shù)字 化過 程 ) 和 傳 輸過 程 ,如 使用 CCD 攝 像機獲取 圖像 ,光 照程度 和傳感器 溫度是造 成圖像 退化的主 要因素 . 圖 像在 傳 輸過 程 中主 要 由于 所 用的 傳輸 信 道的 干 擾受 到 噪聲污染 ,也會 造 成 圖像 質(zhì) 量的 下 降 .圖 像 恢復(fù) 技 術(shù)以 獲 取 視覺 質(zhì) 量得到 某種程度 改善為目 的 ,根 據(jù)指定的 圖像退化 模型來 對在某種 情況下 退化或降 質(zhì)了的退 化圖像 進行恢復(fù) ,以獲取 到原始 的、未經(jīng) 退化的原始圖像 . 圖 像 恢 復(fù) 首先 要 建 立圖 像 退 化 /復(fù) 原 模型 ,當不 知 道 圖像 本 身的性質(zhì)時 ,可 以 建立 退 化源 的 數(shù) 學模 型 ,然 后 施行 恢 復(fù) 算法 除 去或減 少 退 化 源 的 影 響 . 當 有 了 關(guān) 于 圖 像 本 身 的 先 驗 知 識 時 ,模型以建 立原始圖 像的模型 ,然后 在觀測到 的退化圖 像中通 過檢測原 始圖像 而 復(fù) 原 圖像 . 如圖所示： 常 見 的 圖 像恢 復(fù) 模型 有 4種 :通 用圖 像 模 型 ,光 學系 統(tǒng) 模 型 ,攝影過程模型 ,離散圖像恢復(fù)模型 . 在成像系統(tǒng)中一個通常的缺點是 在傳感器 和顯示器 系統(tǒng)中 存在有害 的非線 性 ,傳感 器信號的 處理后修正和顯示器信號的處理前修正可以充分減少退化 . 這種恢復(fù) 處理實現(xiàn) 起來通常 相對簡 單 ,最常 見的圖像 恢復(fù)任 務(wù)是為了 補償圖 像 模 糊和 消 除噪 聲影 響 而進 行 的空 間 圖像 恢 復(fù) . 目 前通 常 有以下恢復(fù)技術(shù) :傳 感器 和 顯示 點 的 非線 性 修正 ,連續(xù) 圖 像 的空 間 濾波恢復(fù) ,偽 逆 空 間 圖 像 恢 復(fù) ,SVD 偽 逆 空 間 圖 像 恢 復(fù) ,統(tǒng) 計 學 估 計 空間圖像恢復(fù) ,約 束圖像恢 復(fù) ,盲目圖 像恢復(fù) . 圖 像 分 割 是 圖 像 處 理 中 的 一 項 關(guān) 鍵 技 術(shù) ,自 20 世紀 70 年代起 一直受到 人們 高度 重視 ,并在醫(yī)學 、工業(yè)、 軍事等 領(lǐng)域得到 了廣泛應(yīng)用 . 常 用 的分 割 方法 主 要分 為 基于 區(qū)域 的 分割 方 法和 基 于邊緣的分割方法 2 類 . 此外 ,隨 著 各 學 科 的 發(fā) 展 出 現(xiàn) 了 一 些 結(jié) 合 某種 特 定 理 論的分 割方法 : 如圖 這 類方法的 基本思 想是將圖 像分割成 若干不 重疊的區(qū) 域 ,使各區(qū) 域內(nèi)部特 征的相似 性大于 區(qū)域間特 征的相 似性 ,各 區(qū)域內(nèi)像 素都滿足 基于灰度 、紋理等 特征的某 種相似性 準則 . 其 常見的方 法 :閾值法 。 表 1 型號 DCS420c／ DCS420m DCS460 傳感器 面陣 CCD9mm 15mm 彩 色 面 陣 傳 感 器 感 光度 100400／ 2001600ASA 100ASA 焦距延長 調(diào)焦 自動聚焦 /手動 自 動 聚 焦 ／手動 最高 分辨力（像素數(shù)） 1012 1524 3060 2036 彩色 深度（位 ） 3 12／ 1 12 3 12 曝光時間 尼康 N90 尼康 N90 黑 白 或 彩 色 活動景物 彩色／黑白 彩色 /黑白 照明 日 光 、 閃 光燈、 燈光 日 光 、 閃 光燈、 燈光 最 大 數(shù)據(jù) 容 量 /幅 ／ 軟件 /插件 PC 機用 TWainMac 機用photoshop Mac 機用 photoshop插件 接口 SCSI SCSI 數(shù)碼 相機的優(yōu) 點是圖像 獲取的速 度快，對于 小尺寸的 X 射線膠片 其 分 辨 力能滿 足一般需 要。 圖 6 灰度與光密度曲線 圖 7CCD 結(jié)構(gòu)示意 圖 7CCD 圖像傳感器工作示意圖 在數(shù) 碼相機上 使用的 CCD 圖像傳 感器（簡稱 CCD）分 線與面陣CCD 兩種 ，在線陣 CCD 中光 電轉(zhuǎn)換元 件緊挨著 均勻地排 成一列 ，元件尺寸為 15μ m～ 50μ m。完成 電荷的存 儲與轉(zhuǎn)移（移位 寄存）由 CCD 來 完成。電視攝 像機的優(yōu) 點是掃描速 度快，一幅14″ 17″ 的 X 射線膠片 只需 1/25s。該影像 經(jīng)激 光掃 描后變成 濃淡不一 的灰度。 A/D 變換的 深度至少 應(yīng)為 8bit，相 當于 256 級 灰度。此 時K=370/576≈ 。在顯示端 則用相似 的掃描法 將電信號 回復(fù)到所顯 示的圖像 。由于不同 的 CT、 MRI 等生 產(chǎn)廠家其 數(shù)據(jù)格式 各異，不遵 循統(tǒng)一標 準。 通 過視 頻 捕 捉卡 和 相 應(yīng)的 軟 件就 可 以 把電視 、錄像等 視頻信號 采集下來 ，并儲存 成 AVI、 MPG、 MOV 等影 像格式文 件。 常規(guī) X 線照相 平面膠片 數(shù)字化（包括 其他硬拷貝 圖像信息）設(shè)備主 要有視頻 分幀攝像 機、數(shù)字 化儀及對數(shù) 字模式影 像（ CT、 MR、超 聲 、 核 醫(yī)學影 像）的收 集等幾種 。 (4)飛點掃描 技術(shù)（ flyspot scan technique）是利 用一準直成很 細的 X 線 束逐點對 人體進行 掃描以獲 得一幅數(shù)字 圖像。較為 復(fù)雜 的方 法是重新 設(shè)計成像 設(shè)備，包 括 X 線源和 圖像接收 器，實 現(xiàn) 起 來 費用昂 貴，如線 陣和飛點 掃描技術(shù)。膠 片數(shù)字化 儀主要 有 以 下 四種。數(shù) 字減影血 管造影 術(shù)是 X 線 成像技 術(shù)中用于 診斷心 血管疾病 的重要新 技術(shù) 。 像 信息的輸 出和顯示 ： 用 可 視 的 方法 進行輸出和 顯示。 在 軍事方面 圖像處 理和識別 主要用 于導(dǎo)彈的 精確制導(dǎo) ，各種 偵察照 片的判讀，具 有圖像傳 輸、存儲和顯 示的軍事自 動化指 揮 系統(tǒng)和模 擬訓(xùn)練系 統(tǒng)等；公安方面 主要用于 指紋識別 、人臉 鑒別、不完整圖 片的復(fù)原 以及交通 監(jiān)控、事故分 析等。除了 CT 技術(shù) 之外，還 有一類是 對醫(yī)用顯微 技術(shù)的處 理分析， 如染色體 分析、癌 細胞識別 等。 業(yè) 生產(chǎn)中應(yīng) 用 工 業(yè)和工程 方面的 應(yīng)用在工 業(yè)和工 程領(lǐng)域中 圖像 處理 技術(shù)有 著廣 泛 的 應(yīng) 用， 如 自 動裝 配 線中 檢 測 零件 的 質(zhì) 量、 并 對零 件 進 行分類，印刷 電路板疵病 檢查，彈性力學 照片的應(yīng) 力分析，流體力 學圖片的 阻力和升 力分析，郵政信 件的自動 分揀，在一些有 毒、放 射性環(huán)境 內(nèi)識別工 件及物體 的形狀和 排列狀態(tài)，先進的設(shè) 計和制造 技術(shù)中采 用工業(yè)視 覺等等。在一定意 義上講，編碼壓 縮是這些 技術(shù)成敗 的關(guān)鍵。這 些圖像無 論是在成 像、存儲、傳輸過程中，還是 在判讀分析 中，都必須采用 很多數(shù)字 圖像處理 方法。目前遙 感技術(shù)已 經(jīng)比較成 熟，但 是 還 必 須解決 其數(shù)據(jù)量 龐大、處 理速度慢的 缺點。數(shù)字 圖像處理技 術(shù)已經(jīng)滲 透到各個 領(lǐng)域，下 面列舉數(shù) 字圖像處 理技術(shù)的一 些典型 傳統(tǒng) 應(yīng)用實 例。特 別是多媒 體技、通信技術(shù) 、信息 存儲技術(shù) 和國際因 特網(wǎng)（ Inter）為代表的 計算機網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)的加 速發(fā)展和 廣泛普及 以及高清 晰度電視（ HDTV）的深 入應(yīng)用研 究，更 加推廣 了 圖 像 處理技 術(shù)的研究 與發(fā)展。 20 世紀 20 年代，人 們通過海 底電纜從 英國倫敦到 美國紐約傳輸 了一幅照 片，采用了數(shù) 字壓縮技 術(shù)。它包括利 用計算 機和 其他電子 設(shè)備完成 的一系列 工作，如圖 像采集、獲 取、編碼、存 儲和傳輸，圖像的合 成和產(chǎn)生，圖像的顯 示、繪制和 輸出，圖像 變換、增強、恢復(fù)和重 建，特 征的提取 和測量 ，目標的 檢測、表達和描述 ，序列 圖像的校 正，圖像的分類 、表 示和識別等 等。1972年出現(xiàn) 了衛(wèi)星遙 感圖和醫(yī)學 上的 CT圖 ，這些圖像 采用了計 算機技術(shù) ，對 軍事、科研和醫(yī) 學具 有極為 重要的意 義。 The second chapter presents a digital image processing technology present situation。 The fifth chapter summarizes the digital image processing technology in the fields facing the main challenges and the future development direction. 【 key words 】 : image pression ； image segmentation ； image enhancement and recovery ； wavelet transform ； image restoration 1． 引 言 數(shù)字圖象處理的 起源 圖像 的應(yīng)用已 有數(shù)千年 歷史 。數(shù) 字圖像處 理技術(shù)發(fā) 展速度快、應(yīng)用 范圍廣的 主要原因 有兩個。數(shù)字 圖像處理 是指利用 計算機或其 他數(shù)字設(shè) 備對圖像 信息進行 各種加工 和處理，它是 一門新興的 應(yīng)用學科，其 發(fā)展速 度 異 常 迅速， 應(yīng)用領(lǐng)域 極為廣泛 目前 已廣泛地 應(yīng)用于科 學研究、 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 、生物醫(yī) 學工程、航空 航天、軍 事、工業(yè) 檢測、機 器人視覺、 公安司法 、軍事制 導(dǎo)、文化 藝術(shù)等 ,已成為一 門引人注目 、前景遠 大的新型 學科 ,發(fā)揮 著越