【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以下幾個(gè)方面：圖像的獲取、表示與表現(xiàn)，圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像分析、圖像重建及圖像編碼壓縮等。其中，數(shù)字圖像處理包括：算術(shù) /邏輯操作和幾何運(yùn)算、圖像 增強(qiáng)、圖像分割、圖像形態(tài)學(xué)處理、模式識(shí)別、圖像復(fù)原、圖像壓縮等內(nèi)容。 （ 1）算術(shù) /邏輯操作 圖像中的算術(shù) /邏輯操作主要以像素對(duì)像素為基礎(chǔ)在兩幅或多幅圖像間進(jìn)行（其中不包含邏輯非操作，它在單一影像中進(jìn)行）。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 對(duì)圖像的邏輯操作同樣也是基于像素的?！芭c或非”這三種邏輯算子完全是函數(shù)化的。當(dāng)我們對(duì)灰度級(jí)圖像進(jìn)行邏輯操作時(shí)，像素值作為一個(gè)二進(jìn)制的字符串來(lái)處理。 在四種算術(shù)操作中，減法與加法在圖像處理中最有用。我們簡(jiǎn)單的把兩幅圖像想除看成是用一副的取反圖像與另一幅圖像相乘。在四種代數(shù)運(yùn)算操作中加法運(yùn)算可用于降低圖像中加 性隨機(jī)噪聲的污染；減法運(yùn)算則可以檢測(cè)圖像中物體的運(yùn)動(dòng)變化；乘法運(yùn)算可用于標(biāo)記圖像中的感興趣區(qū)域；除法運(yùn)算則經(jīng)常用于多光譜遙感圖像的分析處理，以擴(kuò)大不同物體之間的差異。 （ 2） 幾何變換 幾何運(yùn)算用于改變圖像中像素與像素之間的空間位置關(guān)系，從而改變圖像的空間結(jié)構(gòu)，達(dá)到處理圖像的目的。簡(jiǎn)單而言，圖像幾何變換就是建立一種源圖像像素與變換后的圖像像素之間的映射關(guān)系。主要包括圖像的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像和轉(zhuǎn)置變換等。 （ 3）圖像增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)是圖像處理最關(guān)鍵的研究問(wèn)題之一，圖像增強(qiáng)按作用域可分為兩類，即空域處理和頻域處 理?？沼蛱幚硎侵苯訉?duì)圖像進(jìn)行處理，而頻域處理則是在圖像的某個(gè)變化域內(nèi)，對(duì)圖像的變換系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，然后通過(guò)逆變換獲得圖像增強(qiáng)效果。圖像增強(qiáng)可以突出圖像中的某些“有用”信息，擴(kuò)大圖像中不同物體特征之間的差別，改善圖像的視覺(jué)效果。圖像增強(qiáng)的算法包括直方圖增強(qiáng)，空域?yàn)V波增強(qiáng)，頻域?yàn)V波增強(qiáng)和彩色增強(qiáng)等。 （ 4）圖像分割 圖像分割將圖像細(xì)分為構(gòu)成它的子區(qū)域或?qū)ο?。圖像分割算法一般基于亮度值的兩個(gè)基本特性之一：不連續(xù)性和相似性。第一類方法基于亮度的不連續(xù)變化分割圖像，比如圖像的邊緣。第二類方法依據(jù)事先制定的準(zhǔn)則將圖像分割 為相似的區(qū)域。圖像分割包括間斷檢測(cè)，邊緣檢測(cè)，門限處理等。 （ 5）圖像形態(tài)學(xué)處理 圖像形態(tài)學(xué)由一組形態(tài)學(xué)代數(shù)算子組成，最基本的形態(tài)學(xué)代數(shù)算子包括腐蝕、膨脹、開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算等，通過(guò)組合應(yīng)用這些算子，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像形狀、結(jié)構(gòu)的分析和處理。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)可以完成圖像分割、特征提取、邊界檢測(cè)、圖像濾波、圖像增強(qiáng)和恢復(fù)等工作。 （ 6）模式識(shí)別 模式識(shí)別總是從大量信息和數(shù)據(jù)出發(fā)，在一定的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)的推理的方法對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。模式識(shí)別系統(tǒng)一般包括 4個(gè)部分，即數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、特征提取和決策分類。 （ 7）圖像復(fù)原（恢復(fù)） 由于設(shè)備造成的掃描線漏失、錯(cuò)位等各種原因不可避免造成圖像質(zhì)量的下降（退化）。圖像的復(fù)原就是根據(jù)事先建立起來(lái)的系統(tǒng)退化模型，將降質(zhì)了的圖像重建成接近于或完全無(wú)退化的原始理想圖像的過(guò)程。 （ 8）圖像壓縮 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量是很巨大的，然而數(shù)字圖像實(shí)際上又具有很大的壓縮潛力。圖像壓縮所解決的問(wèn)題是盡量減少表示數(shù)字圖像時(shí)所需的數(shù)據(jù)量。減少數(shù)據(jù)量的基本原理是出去其中的冗余數(shù)據(jù)。這種變換在圖像存儲(chǔ)或傳輸之前進(jìn)行。在以后的某個(gè)時(shí)候，再對(duì)壓縮圖像進(jìn)行解壓縮，以重構(gòu)原圖像或原圖像的近似圖像 [8]。 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)和應(yīng)用 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn) （ 1）優(yōu)點(diǎn) : （ 2）缺點(diǎn)： 5．人為因素影響較大 [9] 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)圖像處理和計(jì)算機(jī)、多媒體、智能機(jī)器人、專家系統(tǒng)等技術(shù)的 發(fā)展緊密相關(guān)。近年來(lái)計(jì)算機(jī)識(shí)別、理解圖像的技術(shù)發(fā)展很快，也就是圖像處理的目的除了直接供人觀看（如醫(yī)學(xué)圖像是為醫(yī)生觀看作診斷）外，還進(jìn)一步發(fā)展了與計(jì)算機(jī)視覺(jué)有關(guān)的應(yīng)用，如郵件自動(dòng)分檢，車輛自動(dòng)駕駛等。下面僅羅列了一些典型應(yīng)用實(shí)例，而實(shí)際應(yīng)用更廣。 （ 1）在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 主要包括顯微圖像處理； DNA 顯示分析；紅、白血球分析計(jì)數(shù)；蟲(chóng)卵及組織切片的分析；癌細(xì)胞的識(shí)別；染色體分析等等。 （ 2）遙感航天中的應(yīng)用 軍事偵察、定位、導(dǎo)航、指揮等應(yīng)用；多光譜衛(wèi)星圖像分析；地形、地圖、國(guó)土普查；地質(zhì)、礦藏勘探；天文、太空星 體的探測(cè)及分析等。 （ 3）工業(yè)應(yīng)用 CAD 和 CAM 技術(shù)用于模具、零件制造、服裝、印染業(yè)；零件、產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)，焊縫及內(nèi)部缺陷檢查；交通管制、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控；火車車皮識(shí)別等。 （ 4）軍事公安領(lǐng)域中的應(yīng)用 巡航導(dǎo)彈地形識(shí)別；指紋自動(dòng)識(shí)別；警戒系統(tǒng)及自動(dòng)火炮控制；反偽裝偵察；手跡、人像、印章的鑒定識(shí)別；過(guò)期檔案文字的復(fù)原；集裝箱的不開(kāi)箱檢查等。 （ 5）遙感上的應(yīng)用 在遙感的發(fā)展中，可以看到大量與圖像處理密切相關(guān)的技術(shù)。如在 20 世紀(jì) 70年代美國(guó)發(fā)射的第一顆陸地衛(wèi)星就是通過(guò)對(duì)獲取的遙感圖片進(jìn)行處理后達(dá)到上述目安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 的的。隨后美國(guó) 發(fā)射了海洋衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和軍用衛(wèi)星，從而獲取了大量遙感資料。此圖像處理廣泛應(yīng)用于土地測(cè)繪、資源調(diào)查、氣象監(jiān)測(cè)、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、森林防護(hù)等。 （ 6）其他應(yīng)用 圖像的遠(yuǎn)距離通信；多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用；電視電話；服裝試穿顯示；理發(fā)發(fā)型預(yù)測(cè)顯示；電視會(huì)議；辦公自動(dòng)化、現(xiàn)場(chǎng)視頻管理等 [10]。 數(shù)字圖像類型 MATLAB 中，一幅圖像可能包含一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，也可能包含一個(gè)顏色映射表矩陣。 MATLAB 中有四種基本的圖像類型： （ 1）二值圖像（二進(jìn)制圖像） 二值圖像也叫黑白圖像，就是圖像像素只存在 0、 1 兩個(gè)值。一個(gè)二 值圖像是純黑白的。每一個(gè)像素值將取 0 或者 1中的一個(gè)值，通常 0表示黑， 1 表示白。 二值圖像可以保存為雙精度或 uint8 類型的雙精度數(shù)組，顯然使用 uint8 類型更節(jié)省空間。在圖像處理工具箱中，任何一個(gè)返回二進(jìn)制圖像的函數(shù)都是以 uint8類型邏輯數(shù)組來(lái)返回的。 （ 2）灰度圖像 在 MATLAB 中，灰度圖像是保存在一個(gè)矩陣中的，矩陣中的每一個(gè)元素代表一個(gè)像素點(diǎn)。矩陣可以是雙精度類型，其值域?yàn)?[0， 1]；也可以為 uint8 類型，其數(shù)據(jù)范圍為 [0， 255]。矩陣的每個(gè)元素代表不同的亮度或灰度級(jí)。 彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像公 式： Y=++ (24) （ 3）索引圖像 索引圖像包括圖像矩陣與顏色圖數(shù)組，其中，顏色圖是按圖像中顏色值進(jìn)行排序后的數(shù)組。對(duì)于每個(gè)像素，圖像矩陣包含一個(gè)值，這個(gè)值就是顏色圖中的索引。顏色圖為 m*3 雙精度值矩陣，各行分別指定紅綠藍(lán)（ RGB）單色值。 Colormap=[R，G， B]， R， G， B為值域?yàn)?[0， 1]的實(shí)數(shù)值。 圖像矩陣與顏色圖的關(guān)系依賴于圖像矩陣是雙精度型還是 uint8（無(wú)符號(hào) 8 位整型）類型。如果圖像矩陣為雙精度類型，第一點(diǎn)的值對(duì)應(yīng)于顏色圖的第一行，第二點(diǎn)對(duì)應(yīng)于顏色圖的第二行，依次類推。如果圖像矩陣是 uint8，有一個(gè)偏移量，第 0 點(diǎn)值對(duì)應(yīng)于顏色圖的第一行，第一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于第二行，依次類推； uint8 長(zhǎng)用于圖形文件格式，它支持 256 色。 （ 4） RGB 圖像 與索引圖像一樣， RGB 圖像分別用紅，綠，藍(lán)三個(gè)亮度值為一組，代表每個(gè)像素的顏色。與索引圖像不同的是，這些亮度值直接存在圖像數(shù)組中，而不是存放在顏色圖中。圖像數(shù)組為 M*N*3， M， N表示圖像像素的行列數(shù) [11]。 主要圖像文件格 式 (1) JPEG(Joint Photographic Experts Group)格式，是一種成為聯(lián)合圖像專安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 8 頁(yè) 共 41 頁(yè) 家組的圖像壓縮格式。文件后綴名為“ .jpeg” 或“ .jpg” ，是最常用的圖像文件格式。 JPEG 是一種有損壓縮格式，能夠?qū)D像壓縮在很小的存儲(chǔ)空間內(nèi)。 (2) TIFF（ Tagged Image File Format）格式。它是目前圖像文件格式中最復(fù)雜的一種。處理 1， 4， 8， 24 位非壓縮圖像， 1， 4， 8， 24 位 packbit 壓縮圖像，一位 CCITT 壓縮圖像等。且它支持單色到 32 位真彩色模式的所有 圖像。文件內(nèi)容包括：文件頭，參數(shù)指針表與參數(shù)域，參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)四部分。 (3) BMP（ Windows Bitmap）格式。它是一種與硬件設(shè)備無(wú)關(guān)的圖像文件格式，使用非常廣。有 1， 4， 8， 24 位非壓縮圖像， 8 位 RLE（ Runlength Encoded ）圖像。文件內(nèi)容包括：文件頭（一個(gè) BITMAP FILEHEADER 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），位圖信息數(shù)據(jù)塊（位圖信息頭 BITMAP INFOHEADER 和一個(gè)顏色表）和圖像數(shù)據(jù)。 (4) GIF(Graphics Interchange Format)格式。 原義 是 “ 圖像 互換格式 ” ，是CompuServe 公司在 1987 年開(kāi)發(fā)的 圖像文件格式 。 GIF 文件的數(shù)據(jù)，是一種基于 LZW算法 的連續(xù)色調(diào)的無(wú)損 壓縮格式 。其 壓縮率 一般在 50%左右，它不屬于任何 應(yīng)用程序 。目前幾乎所有相關(guān) 軟件 都支持它，公共領(lǐng)域有大量的軟件在使用 GIF 圖像 文件。 GIF 圖像 文件的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)壓縮的，而且是采用了可變長(zhǎng)度等壓縮算法。 GIF 格式的另一個(gè)特點(diǎn)是其在一個(gè) GIF 文件中可以存多幅彩色 圖像 ，如果把存于一個(gè)文件中的多幅 圖像數(shù)據(jù) 逐幅讀出并顯示到 屏幕 上，就可構(gòu)成一種最簡(jiǎn)單的動(dòng)畫。 (5) PCX（ Windows Paintbrush）格式。它是最早使用的圖像文件格式之一。 PCX格式支持 256 種顏色，不如 TIFF 等格式功能強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，存取速度快，壓縮比適中，適用于一般軟件的使用。可處理 1， 4， 8， 16， 24 位等圖像數(shù)據(jù)。文件內(nèi)容包括：文件頭（ 128字節(jié)），圖像數(shù)據(jù)、擴(kuò)展顏色映射表數(shù)據(jù)。 (6) HDF（ Hierarchical Data Format） 格式。有 8位、 24 位光柵數(shù)據(jù)集。 (7) PNG（ Portable Network Graphics）：包括 1 位、 2 位、 4 位、 8 位和 16 位灰度圖像， 8位和 16 位索引圖像， 24位和 48 位真彩色圖像。 (8) RAS（ Sun Raster image）： 有 1 位 bitmap、 8 位索引、 24 位真彩色和帶有透明度的 32位真彩色。 (9) CO（ Windows Icon resource）： 有 1位、 4 位、 8位非壓縮圖像 [12]。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 9 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第 3章