【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 收 費(fèi)系 統(tǒng) 中的 車(chē) 輛 和車(chē) 牌 的 自動(dòng) 識(shí) 別就 是 圖 像處理 技 術(shù) 成 功應(yīng)用 的例子。 目 前這 類(lèi) 應(yīng)用 有 電視 畫(huà) 面的 數(shù) 字編 輯 、 動(dòng)畫(huà) 的 制作 、 電子 圖像游 戲、紡 織工藝品 設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì) 與制作 、發(fā)型設(shè)計(jì) 、文物 資料照片 的復(fù)制和 修復(fù)、運(yùn)動(dòng)員 動(dòng)作分析 和評(píng)分等等。目 前正在形 成一門(mén)新的藝術(shù) —— 計(jì)算機(jī)美 術(shù)。 數(shù) 字 圖 像 處理 技術(shù)已經(jīng) 滲透到社會(huì) 生活的各 個(gè)領(lǐng)域， 如地理信 息系統(tǒng)中 二維 、三維電子 地圖的自 動(dòng)生成 、修復(fù)等 ；教育 領(lǐng)域各 種 輔 助 教學(xué)系 統(tǒng)研究、 制作中； 流媒體技術(shù) 領(lǐng)域等等 。 步驟及過(guò)程 數(shù)字圖像處理的一般 步驟 1. 圖 像 信 息的 獲取 ： 采用 圖像 掃 描 儀等 將 圖像 數(shù)字化。 像信 息的 存儲(chǔ) ： 對(duì)獲 取的 數(shù)字 圖像 、處 理過(guò) 程中 的圖像 信 息 以 及 處 理結(jié)果存 儲(chǔ)在計(jì)算機(jī) 等數(shù)字系 統(tǒng)中。 像信 息的 處 理： 即 數(shù)字 圖像 處理 ， 它是 指用 數(shù)字 計(jì)算機(jī) 或 數(shù) 字 系 統(tǒng) 對(duì)數(shù)字圖 像進(jìn)行的各 種處理 傳輸 ：要解決 的主要問(wèn)題 是傳輸信 道和數(shù)據(jù) 量 的矛 盾問(wèn)題 ，一方 面要改善 傳輸信道 ，提高 傳 輸速率 ，另 外要 對(duì)傳 輸?shù)?圖 像信 息進(jìn) 行壓 縮 編碼 ，以 減少 描 述圖 像信 息的數(shù)據(jù)量。 像 信息的輸 出和顯示 ： 用 可 視 的 方法 進(jìn)行輸出和 顯示。 由 于數(shù)字圖 像處理 的靈活性 和方便性 ,所以 數(shù)字圖像 處理已成為 圖 像 處 理 的 主 流 . 常 見(jiàn) 的 數(shù) 字 圖 像 處 理 有 :圖 像 的 采 集 、 數(shù) 字化、 編碼、增 強(qiáng)、恢復(fù) 、變換、 壓縮、存儲(chǔ) 、傳輸、 分析、識(shí) 別、分割等 . . 通 過(guò) 取 樣 和 量化 將 一 個(gè)以 自 然 形 式存 在 的 圖像 變 換 為適 合 計(jì)算 機(jī) 處 理 的數(shù) 字 形式 ,圖像 在 計(jì) 算機(jī) 內(nèi) 部被 表 示為 一 個(gè) 數(shù)字 矩 陣 ,矩 陣 中 每 一元素 稱(chēng)為像素 . 原圖： 線 段 的 采 樣和量 化圖 . 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(mǎn) 足 傳 輸和 存 儲(chǔ) 的要 求 ,為此 ,可 以 采用 模 擬處 理 技術(shù) ,再通 過(guò) 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 得 到編 碼 ,不 過(guò) 多數(shù) 是 采 用數(shù) 字 編碼 技 術(shù) ,其 編 碼方 法 可以對(duì) 圖像逐點(diǎn) 進(jìn)行加工 ,也可 以對(duì)圖像 施加某種 變換或 基于區(qū)域 、特征進(jìn)行編碼 . 如 圖 所 示 為圖像 壓縮編碼 ： . 圖 像 增 強(qiáng) 目 的 是 使 圖 像 清 晰 或 將 其 轉(zhuǎn) 換 為 更 適 合 人 或 機(jī) 器分 析的形式 ,常用的 圖像增強(qiáng) 方法有 :灰度等 級(jí)直方圖 處理 。干 擾抵制 。邊 緣 銳化 。偽 彩色處理 . 例圖： . 其 目 的 是 除 去 或 減 少 在 獲 得 圖 像 過(guò) 程 中 因 各 種 原 因 產(chǎn) 生 的退化 ,可能 是光學(xué)系 統(tǒng)的像 差或離焦 、攝像系 統(tǒng)與被 攝物之間 的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)、電子 或光學(xué)系 統(tǒng)的噪聲 和介于攝 像系統(tǒng)與被 攝像物間 的大氣湍流等 . 圖 為 還 原 原始圖 像色彩： 將 圖像 劃 分為 一 些互 不 重疊 的 區(qū)域 ,每一 區(qū) 域是 像 素的 一個(gè)連續(xù)集 . 通 常 采用 把 像素 分 入特 定 區(qū)域 的區(qū) 域 法和 尋 求區(qū) 域 之間邊 界 的境 界法 . 這 2 種 方法 都可 以利 用 圖像 的紋 理特 性 實(shí)現(xiàn) 圖像分割 . 例圖： 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 析的 內(nèi) 容和 模 式識(shí) 別、 人 工智 能 的研 究 領(lǐng)域有交叉 ,但圖像 分析與典 型的模式識(shí) 別有區(qū)別 . 圖 為 多 相 晶粒圖 像分析： 圖 像分析需 要用圖 像分割方 法抽取出 圖像的 特征 ,然 后對(duì)圖像進(jìn) 行符號(hào)化 的描述 ,這種描 述不僅能 對(duì)圖像中 是否存 在某一特 定對(duì)象作出回答 ,還 能對(duì) 圖 像內(nèi) 容 作 出詳 細(xì) 描述 .圖像 處 理 的各 個(gè) 內(nèi)容是 互 相 有聯(lián) 系 的 . 一 個(gè)實(shí) 用 的圖 像 處理 系統(tǒng) 往 往結(jié) 合 幾種 圖 像處理 技術(shù)才能 得到所需 要的結(jié) 果 ,圖像 數(shù)字化是 將一個(gè) 圖像變換 為適合 計(jì) 算 機(jī) 處 理 的 形 式 的 第 1步 ,圖 像 編 碼 可 用 以 傳 輸 和 存 儲(chǔ) 圖 像 . 圖 像增強(qiáng)和 復(fù)原 可以 是圖像 處理的最 后目的 ,也可以 是為進(jìn)一 步的處理作準(zhǔn)備 . 通過(guò)圖像分割得出的圖像特征可以作為最后結(jié)果 ,也 可 以 作 為下一 步圖像分 析的基礎(chǔ) . 圖 像 的 采 集 是 數(shù) 字 圖 像 處 理 的 第 1 步 ,采 集 并 不 局 限 于 對(duì) 人眼視 覺(jué)功能的 模仿 ,更 是對(duì)人類(lèi)認(rèn) 識(shí)、分析 手段的拓 展 . 在醫(yī) 學(xué)、天文 學(xué)、自 動(dòng)字體識(shí) 別、機(jī) 器視覺(jué) 、軍事識(shí) 別、指紋 自動(dòng)處理 和血樣 分 類(lèi) 處 理等 多 個(gè) 方面 都 不同 程 度 地運(yùn) 用 了 圖像 采 集和 數(shù) 字 化 技術(shù) . ? 數(shù) 碼 攝 像 機(jī)（數(shù) 碼視頻攝 像機(jī)， DV） ? 數(shù)碼照相 機(jī) 優(yōu) 點(diǎn) ： 無(wú) 需膠卷 、沖印、 即拍即見(jiàn) 、便于編 輯傳輸。 數(shù) 碼照相機(jī) 可以與計(jì) 算機(jī)連接，將 照片影像 輸入電腦 保存，這樣 不用擔(dān)心 相處時(shí)間 長(zhǎng)了會(huì)變 色，而且 還能使用專(zhuān) 門(mén)的照片 圖像處 理 軟 件 對(duì)照 片 中 不滿(mǎn) 意 的地 方 進(jìn) 行修 補(bǔ) 和 高速 使 照片 更 加 趨于完美。 ? 數(shù) 字 播 放 機(jī)（ MP4/VCD/DVD） ? 掃描儀 ? 用 多媒體 工具獲取 的圖形 、圖像 并不能 表達(dá)主題 內(nèi)容， 必須用 適當(dāng)?shù)?工具進(jìn)行 加工處 理，方 可獲得 符合要求 、貼近 主題的 圖 形 、 圖像。 經(jīng)圖像加工后經(jīng)圖像加工后 字 化 過(guò)程 (一 )醫(yī)學(xué)成像方法 醫(yī) 學(xué)圖像是 臨床診 斷和醫(yī)學(xué) 科學(xué)研究 的重要 手段，也 是 PACS系 統(tǒng) 的 主 要應(yīng)用 之處，醫(yī) 學(xué)成像的 主要方法有 ： 線成像目 前在臨床 廣泛使用 的是醫(yī)用 X 線電視 系統(tǒng)，系統(tǒng)由裝 有 X 線影 像增強(qiáng)管 的醫(yī)用 X 射線機(jī)和 閉路電視系 統(tǒng)配合而 成。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) 。為了克 服普通 X 線攝影的缺 點(diǎn)，尤其是影 像重疊的 缺點(diǎn)，20 世紀(jì) 70 年代 又出現(xiàn)了 應(yīng)用計(jì)算機(jī) 圖像重建 技術(shù)的 XCT， XCT在 臨 床 上 ，尤其 是對(duì)于顱 腦疾病具 有較高的診 斷價(jià)值。 聲 成 像 超聲 成 像 基于 回 波 掃 描技 術(shù) 和 多普 勒 原 理所 獲 得的人 體器官或 組織的圖 像，目前應(yīng)用 于臨床的主 要設(shè)備包 括： B 型超聲 成像、彩色超 聲多普勒 血流成像 及超聲 CT，超 聲對(duì)人體 無(wú)害，適 于 檢 查 軟組織 和作動(dòng)態(tài) 研究。 醫(yī) 學(xué) 成 像核 醫(yī) 學(xué) 成像 是 以 放 射性 核 素 的示 蹤 作 用為 基 本原理 的醫(yī)學(xué)成 像技術(shù)， 使用 CT 技術(shù) 的核醫(yī)學(xué) 成像稱(chēng)之 為 ECT。根據(jù)使 用的核素 類(lèi)型把 ECT 分為兩 類(lèi)：①單 光子發(fā)射計(jì) 算機(jī)斷層 成像（ SPECT）；②正電 子發(fā)射計(jì) 算機(jī)斷層 成像（ PECT）。 由于受核 素來(lái)源等 限制，目前 ECT 尚未普及 ，但 ECT 具有特 殊的優(yōu)越 性，特 別是PECT 對(duì)于 器官動(dòng)態(tài) 觀察、 疾病早期 診斷和基 礎(chǔ)醫(yī)學(xué) 研究等方 面 均具 有 重 大 作用。 像核磁共 振成像利 用人體的 物質(zhì)信息來(lái) 成像，不 僅能 提供物體 的解剖學(xué) 特征，而 且還能反 映核和周?chē)?結(jié)構(gòu)間相 互作用的 信息 ，能反映器 官的整體 代謝功能 及其生理 、生化 狀態(tài)，是一種 新 型 的 重要成 像技術(shù)。 (二 )圖像的獲取技術(shù) 膠片數(shù)字化技術(shù) 在放 射科檢查 中，大 約 70％ 的檢查結(jié) 果保存 在 X 線 膠片上，包括 顱骨、胸部 、乳房、腹 部和骨骼，因 此，必須采 用膠片數(shù) 字化儀將 圖像轉(zhuǎn)化 為數(shù)字格 式以便進(jìn) 行進(jìn)一步的 處理。膠 片數(shù)字化 儀主要 有 以 下 四種。 (1)視頻掃描 技術(shù)（ video scanning system）：主 要 通過(guò)電視攝像 機(jī)掃描 X 線膠片，并對(duì)獲得 的視頻信 號(hào)進(jìn)行模數(shù) 轉(zhuǎn)換從而 得到數(shù)字 化圖像， 其特點(diǎn)是 獲取圖像 的速度快， 操作簡(jiǎn)單 ，價(jià)格便 宜，但 圖 像 質(zhì) 量一般 。 (2)鼓掃描技 術(shù)（ drum scanner）：是一種機(jī) 械設(shè)備，由旋轉(zhuǎn)的鼓 、光源 和檢測(cè)器所 組成 ，轉(zhuǎn)換時(shí) ，將膠 片纏繞在鼓 的表面并 固定好，鼓內(nèi) 光源發(fā)射 光透過(guò)鼓 表面的膠 片，由鼓外的光 檢測(cè)器檢 測(cè)并將其 轉(zhuǎn)化為灰 階值從而 得到數(shù)字 化圖形。其特點(diǎn)是獲 得的圖像 質(zhì)量好 ， 但 轉(zhuǎn) 換速度 慢，固定 膠片非常 困難，設(shè)備 價(jià)格高。 (3)固態(tài)攝像 技術(shù)（ solid state camera）：主要采用 電荷耦 合器件（ CCD， ChargeCoupled Device）實(shí)現(xiàn)圖像 的數(shù)字化，圖 像質(zhì)量 優(yōu) 于 視 頻掃描 系統(tǒng)，但 轉(zhuǎn)換時(shí)間 較長(zhǎng)。 由于 X 線膠片 數(shù)字化過(guò) 程時(shí)間長(zhǎng) 、效率 低，因 此，需 要一種不經(jīng) 過(guò) 膠 片 數(shù)字 化 過(guò) 程的 數(shù) 字操 作 ， 直接 從 檢 測(cè)設(shè) 備 獲得 數(shù) 字 化圖像。最簡(jiǎn) 單的實(shí)現(xiàn) 方法是類(lèi) 似膠片視 頻掃描系統(tǒng)，直 接從監(jiān)視 器獲得模 擬輸出，然后 用幀捕捉 方式將其 轉(zhuǎn)化為數(shù)字 圖像。另一種 實(shí)現(xiàn)方法 是在現(xiàn)有 成像設(shè)備 的基礎(chǔ)上 改進(jìn)圖像接 收部件，如成像板 和數(shù)字熒 光 X 線攝 影，由于 不用改變 現(xiàn)有的檢 查過(guò)程，因 此容易實(shí) 現(xiàn)。較為 復(fù)雜 的方 法是重新 設(shè)計(jì)成像 設(shè)備，包 括 X 線源和 圖像接收 器，實(shí) 現(xiàn) 起 來(lái) 費(fèi)用昂 貴，如線 陣和飛點(diǎn) 掃描技術(shù)。 (1)成像板（ Imaging Plate， IP）技術(shù)發(fā)展 于 20 世紀(jì) 70 年代末與 80 年代 初，成像 板系統(tǒng)由 兩部分組 成：成像板 和激光掃 描裝置。成像 板是在平 板上鍍上 一層光可 激發(fā)的熒光 物質(zhì)，如活化 銪鋇熒光 鹵化物涂 層，在 X 線照 射下 ，這種熒 光物質(zhì)可將 吸收的 X 線部分能 量存儲(chǔ)起 來(lái)形 成 X 線 潛影。然 后對(duì)曝光 后的 IP 用波 長(zhǎng) 663nm 的氦 氖激光束 進(jìn)行掃描 ，以激發(fā) 其發(fā)射強(qiáng) 度與入射 X 線量成正 比的熒光 ，并將其 轉(zhuǎn)化為數(shù) 字 X 線圖像 。 IP 上的殘余潛 影經(jīng)可 見(jiàn) 光擦除 后 可 以 反復(fù)使 用。 (2)數(shù)字熒 光 X 線攝 影（ digital fluorography）技 術(shù)是在傳統(tǒng)的 熒光攝影 系統(tǒng)上增 加數(shù)字化 部件構(gòu)成，運(yùn)用 了 X 線成 像、影像增強(qiáng) 、視 頻掃描和數(shù) 字化技術(shù) ，輸出 為連續(xù)的 數(shù)字圖像 。數(shù)字 熒光X 線 攝影技術(shù) 與傳統(tǒng)熒 光攝影系 統(tǒng)相比，其圖像具有 更大的動(dòng) 態(tài)范圍，并可 采用數(shù)字 減影技術(shù) 消除非檢 測(cè)部位，從而增 強(qiáng)檢測(cè)部 位的圖 像 效 果 ， 如 數(shù) 字 減 影 血 管 成 像 （ Digita1 Subtraction Angiography， DSA）、 雙 能 量 減 影 成 像 （ dualenergy imaging）等。 (3)線陣掃 描 技術(shù)（ line scan technique）采用一個(gè) 與一維探測(cè)器 組在同一 平面的狹 縫準(zhǔn)直器 將 X 線準(zhǔn) 直成一扇 形 X 線束，通過(guò)被檢 物體某一 截面到達(dá) 檢測(cè)器并 轉(zhuǎn)換成圖像 中的“行”信息，如果被檢 物體相對(duì) 于扇形 X 線束和探 測(cè)器作水 平運(yùn)動(dòng)，就 能獲得一 幅數(shù)字圖像。 (4)飛點(diǎn)掃描 技術(shù)（ flyspot scan technique）是利 用一準(zhǔn)直成很 細(xì)的 X 線 束逐點(diǎn)對(duì) 人體進(jìn)行 掃描以獲 得一幅數(shù)字 圖像。由 于任一時(shí) 刻人體只 有很小的 點(diǎn)接受 X 線照射，因此散 射體積很 小，但成像時(shí)間長(zhǎng)。 計(jì)算 機(jī)斷層掃 描術(shù)通過(guò) 計(jì)算機(jī)重 建圖像 ，因此，可以 直接輸出數(shù) 字 圖 像 。 這 類(lèi) 成 像 設(shè) 備 包 括 ： X 線 計(jì) 算 機(jī) 斷 層 掃 描 術(shù) （ Xray Computed Tomography， CT）、 磁 共 振 成 像 （ Magic Resonance Imaging， MRI）、超 聲成像（ Ultrasound Imaging）、單光子和 正電子發(fā) 射計(jì)算機(jī) 斷層掃描 術(shù)（ SinglePhoton and Positron Emission Computed Tomography， SPECT and PET）和 數(shù)字顯微 成像等。 數(shù)字 化圖像信 息采集包 括兩方面 任務(wù)：①數(shù) 字化圖像 的形成；②數(shù) 字 化圖像 文件的采 集。對(duì) 各類(lèi)成像 系統(tǒng)（ 包括 B 超 和彩超 ）來(lái)說(shuō)，前者 已由系統(tǒng) 本身完成，數(shù) 字化圖像 信息采集的 任務(wù)只是 通過(guò)采集 接口模塊 或設(shè)備將 數(shù)字化圖 像信息從主 機(jī)中