【文章內(nèi)容簡介】 rocessing Tool box）。兩種開發(fā)工具各有所長且有相互間的軟件接口。 Microsoft公司的VC++是一種具有高度綜合性能的面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸盟_發(fā)出來的Win 3 2 程序有著運行速度快、可移植能力強等優(yōu)點。VC++所提供的Micr osoft基礎(chǔ)類庫MFC對大部分與用戶設(shè)計有關(guān)的Wi n 32應(yīng)用程序接口API 進行了封裝，提高了代碼的可重用性，大大縮短了應(yīng)用程序開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。由于圖像格式多且復(fù)雜，為了減輕程序員將主要精力放在特定問題的圖像處理算法上，VC++ 6. 0 提供的動態(tài)鏈接庫ImageLoad. dl l 支持BMP、JPG 、TIF 等常用6 種格式的讀寫功能。 MATLAB 的圖像處理工具箱MATLAB 是由MathWo rks 公司推出的用于數(shù)值計算的有力工具，是一種第四代計算機語言，它具有相當強大的矩陣運算和操作功能，力求使人們擺脫繁雜的程序代碼。MATLAB 圖像處理工具箱提供了豐富的圖像處理函數(shù)，靈活運用這些函數(shù)可以完成大部分圖像處理工作，從而大大節(jié)省編寫低層算法代碼的時間，避免程序設(shè)計中的重復(fù)勞動。MATLAB 圖像處理工具箱涵蓋了在工程實踐中經(jīng)常遇到的圖像處理手段和算法，如圖形句柄、圖像的表示、圖像變換、二維濾波器、圖像增強、四叉樹分解域邊緣檢測、二值圖像處理、小波分析、分形幾何、圖形用戶界面等。但是，MATLAB 也存在不足之處限制了其在圖像處理軟件中實際應(yīng)用。首先，強大的功能只能在安裝有MATL AB系統(tǒng)的機器上使用圖像處理工具箱中的函數(shù)或自編的m 文件來實現(xiàn)。其次，MATLAB 使用行解釋方式執(zhí)行代碼，執(zhí)行速度很慢。第三，MATLAB 擅長矩陣運算，但對于循環(huán)處理和圖形界面的處理不及C++ 等語言。為此，通應(yīng)用程序接口API 和編譯器與其他高級語言（如C 、C++ 、Java 等）混合編程將會發(fā)揮各種程序設(shè)計語言之長協(xié)同完成圖像處理任務(wù)。API 支持MATLAB 與外部數(shù)據(jù)與程序的交互。編譯器產(chǎn)生獨立于MATL AB環(huán)境的程序，從而使其他語言的應(yīng)用程序使用MATLAB 。43. 圖像應(yīng)用軟件是可直接供用戶使用的商品化軟件。用戶從使用功能出發(fā)，只要了解軟件的操作方法就可以完成圖像處理的任務(wù)。對大部分用戶來說，商品化的圖像應(yīng)用軟件無需用戶進行編程，操作方便，功能齊全，已經(jīng)能滿足一般需求，因而得到廣泛應(yīng)用。常用圖像處理應(yīng)用軟件有以下幾種： 1 ．PHOTOSHOP：當今世界上一流的圖像設(shè)計與制作工具，其優(yōu)越性能令其產(chǎn)品望塵莫及。PHOT OSHOP 已成為出版界中圖像處理的專業(yè)標準。高版本的PHOTOSH OP 支持多達20多種圖像格式和TWAIN 接口，接受一般掃描儀、數(shù)碼相機等圖像輸入設(shè)備采集的圖像。PHOT O SHOP 支持多圖層的工作方式，只是PHOT OSHOP 的最大特色。使用圖層功能可以很方便地編輯和修改圖像，使平面設(shè)計充滿創(chuàng)意。利用PHOT OSHOP 還可以方便地對圖像進行各種平面處理、繪制簡單的幾何圖形、對文字進行藝術(shù)加工、進行圖像格式和顏色模式的轉(zhuǎn)換、改變圖像的尺寸和分辨率、制作網(wǎng)頁圖像等。 2 ．CorelDRAW：一種基于矢量繪圖、功能強大的圖形圖像制作與設(shè)計軟件。位圖式圖像是由象素組成的，與其相對，矢量式圖像以幾何、色彩參數(shù)描述圖像，其內(nèi)容以線條和色塊為主?？梢?，采用不同的技術(shù)手段可以滿足用戶的設(shè)計要求。位圖式圖像善于表現(xiàn)連續(xù)、豐富色調(diào)的自然景物，數(shù)據(jù)量較大；而矢量式圖像強于表現(xiàn)線條、色塊的圖案，數(shù)據(jù)量較小。合理的利用兩種不同類型的圖像表現(xiàn)方式，往往會收到意想不到的藝術(shù)效果。Core lDraw 是當今流行的圖像處理軟件中為數(shù)不多的特點明顯、功能強大的基于矢量繪圖的軟件包。利用它，可以方便地制作精美的名片、賀卡、書簽、圖書封面、廣告、宣傳畫等作品。 3 ．ACDSee：快速、高性能的看圖程序，是目前最享盛名的圖片瀏覽器。它能廣泛應(yīng)用于圖片的獲取、管理、瀏覽和優(yōu)化，支持BMP、GIF、JPG 、TGA、TIF 等超過50 種常 見的圖形文件格式，圖片打開速度極快，可以直接查看動畫GIF，處理如Mpeg 之類常用的視頻文件，還可以為每一個目錄建立一個相冊。ACDSee 可以從數(shù)碼相機和掃描儀高效獲取圖片，并進行便捷的查找、組織和預(yù)覽。ACDSee 還是得心應(yīng)手的圖片編輯工具，輕松處理數(shù)碼影像，擁有去紅眼、剪切圖像、銳化、浮雕特效、曝光調(diào)整、旋轉(zhuǎn)、鏡像等功能，還能進行批量處理。44. 圖像處理的應(yīng)用幾乎滲透科學研究、工程技術(shù)和人類社會生活的各個領(lǐng)域。教師可以分組對學生布置以下6 個方面的課題，通過閱讀參考文獻、網(wǎng)絡(luò)資源等手段寫數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用的短文，并安排交流機會。 1 ．航天和航空技術(shù)方面的應(yīng)用 2 ．生物醫(yī)學工程方面的應(yīng)用 3 ．通信工程方面的應(yīng)用 4 ．工業(yè)自動化和機器人視覺方面的應(yīng)用 5 ．軍事和公安方面的應(yīng)用 6 ．生活和娛樂方面的應(yīng)45. 該性質(zhì)表明，一個二維傅里葉變換可由連續(xù)兩次一維傅里葉變換來實現(xiàn)。實現(xiàn)的方法如下圖所示：46. 正交變換可以使得圖像能量主要集中分布在低頻率成分上，邊緣和線信息反映在高頻率成分上。因此正交變換廣泛應(yīng)用在圖像增強、圖像恢復(fù)、特征提取、圖像編碼壓縮和形狀分析等方面。47. MATLAB 程序如下： A=imread(39。39。 )。 imshow(A)。 A2=fft2(A)。 A2=fftshift(A2 )。 figure,imshow(log(a b s(A 2 )+1),[0 10 ]) 。 程序如下： RGB = im read(39。39。 )。 I = r g b2gray(R GB)。 J = dct2(I)。 J(1:512,256: 512) = 0。 J(256:5 12,1: 256)= 0 。 K = idct 2(J)。 i mshow(I), figure, im show(K,[ 0 255])49. 哈達瑪(Hadamard) 變換和沃爾什（Wal sh ）變換的變換核都是由1 ，－1 組成的正交方陣。它們不同的地方在于變換矩陣的行列排列次序不同。哈達瑪變換每行的列率排列是沒有規(guī)則的，沃爾什變換的列率是由小到大。50. 小波信號的非零點是有限的。它與傅里葉變換的基函數(shù)（三角函數(shù)、指數(shù)信號）是不同的，傅里葉變換的基函數(shù)從負無窮到正無窮都是等幅振蕩的。51. 小波變換的伸縮因子的變化，使得可以在不同尺度上觀察信號，所以又稱電子顯微鏡。實現(xiàn)小波變換可以應(yīng)用Mall at 的快速算法。52. 傅里葉變換使得時間信號變成了頻域信號，加窗傅里葉變換使得時間信號變成了時頻信號，但是窗口是固定的，小波變換同樣變成了視頻信號，但是時頻的窗口是變化的。53. MATLAB 程序如下： X=imread(39。39。 )。 [cA 1 ,c H1 ,cV 1,cD 1 ] = dwt2(X,39。 39。 )。 subp lo t(2, 2,1) 。 im show( cA1,[0 900])。 tit le(39。Approxi ma tion A 1 39。) subp lo t(2, 2,2) 。 im show(cH 1 )。 tit le(39。Horizontal Deta il H139。 ) subp lo t(2, 2,3) 。 im show(cV 1 )。 tit le(39。Ve rtical Detail V139。) subp lo t(2, 2,4) 。 im show(cD 1 )。54. 圖像增強是指對圖像的某些特征，如邊緣、輪廓、對比度等進行強調(diào)或銳化，以便于顯示、觀察或進一步分析與處理。55. 為了去除或減弱圖像中的噪聲，可以對圖像進行平滑處理，稱為圖像平滑。大部分的噪聲都可以看作是隨機信號，它們對圖像的影響可以看作是孤立的。對于某一像素而言，如果它與周圍像素點相比，有明顯的不同，我們就認為該點被噪聲感染了?；谶@樣的分析，我們可以用求均值的方法，來判斷每一點是否含有噪聲，并用適當?shù)姆椒ㄏl(fā)現(xiàn)的噪聲。56. 中值濾波是非線性的處理方法，在去噪的同時可以兼顧到邊界信息的保留。 中值濾波首先選一個含有奇數(shù)點的窗口W ，將這個窗口在圖像上掃描，把該窗口中所含的像素點按灰度級的升（或降）序排列，取位于中間的灰度值，來代替該點的灰度值。 程序如下： A= imread(39。39。)。 %讀入圖像 i msh o w(A)。 % 顯示圖像 figure,im hist(A)。 %顯示圖像的直方圖 J1=im a djust(A, [ ],[ ]) 。 % 將圖像在0. 32 5 5~ 0. 725 5 灰度之間的值通過線性變換映射到0~255 之間 figure, imshow(J1)。 %輸出圖像效果圖 figure, imhist(J1) %輸出圖像的直方圖 J2=im a djust(A, [],[0 ])。 % 使用此函數(shù)，將圖像灰度通過線性變換映射到0~ 2550. 7 之間 figure, imshow(J2)。 %輸出圖像效果圖 figure, imhist(J2) %輸出圖像的直方圖58. 采用數(shù)字技術(shù)會使信號處理的性能大為提高，但其數(shù)據(jù)量的增加也是十分驚人的。圖像數(shù)據(jù)更是多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)重點研究的壓縮對象。不加壓縮的圖像數(shù)據(jù)是計算機的處理速度、通信信道的容量等所無法承受的。 這樣的數(shù)據(jù)率是與當前信息存儲介質(zhì)的容量、計算機的總線速度以及網(wǎng)絡(luò)的傳輸率不相匹配的。盡管人們在存儲介質(zhì)、總線結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)性能等方面不斷有新的突破，但數(shù)據(jù)量的增長速度遠超過硬件設(shè)施的提高水平，以上的矛盾仍然無法緩解。 如果將上述圖像信號壓縮幾倍、十幾倍，甚至上百倍，將十分有利于圖像的傳輸和存儲。可見，在現(xiàn)有硬件設(shè)施條件下，對圖像信號本身進行壓縮是解決上述矛盾的主要出路。59. 圖像數(shù)據(jù)量大，同時冗余數(shù)據(jù)也是客觀存在的。一般圖像中存在著以下數(shù)據(jù)冗余因素：（1 ）編碼冗余；（2 ）像素間的相關(guān)性形成的冗余；（3 ）視覺特性和顯示設(shè)備引起的冗余。 理論上，數(shù)據(jù)沒有冗余度是不壓縮的，否則無法解碼出原始數(shù)據(jù)。但在大部分應(yīng)用場合下采用有損壓縮，數(shù)據(jù)沒有冗余度也可以進行壓縮。60. 一般地，圖像壓縮應(yīng)能做到壓縮比大、算法簡單、易于用硬件和軟件實現(xiàn)、壓縮和解壓縮實時性好、解壓縮恢復(fù)的圖像失真小等。但這些指標對同一壓縮方法很難統(tǒng)一，在實際系統(tǒng)中往往需要抓住主要矛盾，全面權(quán)衡。常用的圖像壓縮技術(shù)指標有：（1 ）圖像熵與平均碼長；（2）圖像冗余度與編碼效率；（3）壓縮比；（4）客觀評價SNR；（5）主觀評價。圖像的主客觀兩種評價之間存在著密切的聯(lián)系。但一般來說，客觀評價高的主觀評價也高，因此在圖像編碼的質(zhì)量評價時，首先作客觀評價，以主觀評價為參考。61. 不計算較小的文件頭和彩色查找表（LTU）的數(shù)據(jù)量，原始圖像的數(shù)據(jù)量為： 6404 8 0 1 byt e=3 07,200 byt e。 經(jīng)轉(zhuǎn)換后各種格式的壓縮比如下： 24位色 BMP格式： 307,20 0/ 921,654= 0. 333 （增加了冗余度） 24位色 JPEG 格式： 3 07 , 20 0/ 17 ,707 =17 .3 5 GIF 壓縮格式： 307,20 0/ 177,152= 1. 73 24位色 TIFF壓縮格式： 307,20 0/ 923,044= 0. 333 （增加了冗余度） 24位色 TGA壓縮格式： 307,20 0/ 768,136= 0. 400 （增加了冗余度）62. 視頻比靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)量更大，同時可壓縮的冗余信息更多。大部分視頻壓縮方法是以人眼感覺無明顯失真為依據(jù)的，因此采用有損壓縮。事實上，視頻可以看成是一幅幅不同但相關(guān)的靜態(tài)圖像的時間序列。因此，靜態(tài)圖像的壓縮技術(shù)和標準可以直接應(yīng)用于視頻的單幀圖像。另外，利用視頻幀間信息的冗余可以大大提高視頻的壓縮比。63. 不能。像素的空間相關(guān)性和時間相關(guān)性是以空間和時間的相鄰性為基礎(chǔ)的。因此，圖像上任意兩像素點的亮度電平值相等或者任意兩時刻同一位置上的像素的亮度電平值相等帶有偶然性，不能說明兩像素相關(guān)。64. 由于JPEG 算法將整幅圖像分成若干個88 的子塊，解碼也是以子塊為單位的，所以塊間的解碼誤差可能反映為方塊效應(yīng)，在視覺上會出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。65. 混合編碼一般指將預(yù)測編碼與變換編碼相結(jié)合進行編碼的方法。預(yù)測編碼根據(jù)相鄰像素相關(guān)性來確定后繼像素的預(yù)測值，若用差值進行編碼則可以壓縮數(shù)據(jù)量；變換編碼對原始圖像進行正交變換，在變換域進行抽樣達到壓縮的目的；混合編碼將兩種編碼方法結(jié)合起來，可以發(fā)揮兩種編碼方法的優(yōu)點，取得更好的效果。66. Hu ff ma n 編碼在無失真的編碼方法中效率優(yōu)于其他編碼方法，是一種最佳變長碼，其平均碼長接近于熵值。但當信源數(shù)據(jù)成分復(fù)雜時，龐大的信源集致使Huff ma n 碼表較大，碼表生成的計算量增加，編譯碼速度相應(yīng)變慢；另外不等長編碼致使硬件譯碼電路實現(xiàn)困難。上述原因致使Huff ma n 編碼的實際應(yīng)用受到限制。67. 在信源符號概率接近的條件下，算術(shù)編碼效率高于Huff ma n 編碼。因此，在擴展的JPEG 系統(tǒng)中用算術(shù)編碼取代了Huff ma n 編碼。另外，算術(shù)編碼除了常見的基于概率統(tǒng)計的模式外，還有自適應(yīng)模式。在這種