信息科学
民营科技
2011年第3期
计算机与图像处理
李思远
（EMC（易安信），北京100000）
摘要：阐释了图像的概念、形式和分类，并简述了常用的图像处理方法及其应用。
关键词：图像；处理；应用人们认识和改造世界首先是从获得信息开始。而70%的信息是通过人眼获得的，这些都是图像信息。图像信息是外界信息的主要来源。
在近代科学研究、军事技术、工农业生产、医学、气象及天文学等领域中，人们越来越多地利用图像信息来认识和判断事物，解决实际问题。例如:由于空间技术的发展，人造卫星拍摄了大量的地面和空间的照片，人们可以利用照片获得地球资源、全球气象和污染情况等；在医学上，医生可以通过X射线层析照像，观察到人体各部位的断层图像；在工厂，技术人员可以利用电视图像管理生产，由此可见，图像信息的重要性。获得图像信息非常重要，但目的不仅仅是为了获得图像，而更重要的是将图像信息进行处理，在大量复杂的图像中找出我们所需要的信息。因此图像信息处理在某种意义上讲，比获得图像更为重要，尤其是在当今科学技术迅速发展的时代，对图像信息处理提出了更高的要求，以便更加快速、准确、可靠地获得有用信息。1图像的概念、形式和分类
图像是指景物在某种成像介质上再现的视觉信息，是具有特定信息的某种集合体，本质上可认为图像是数据的集合。
图像的形式是多样的：有可视的、不可视的、抽象的、实际的、计算机可以处理的和不适合计算机处理的。但究其本质来说，图像主要分为两大类：一类是模拟图像，包括光学图像、照相图像、电视图像等。它的处理速度快，但精度和灵活性差。另一类是数字图像。它是将连续的模拟图像离散化后处理变成为计算机能够辨识的点阵图像。从数字上看，数字图像就是被量化的二维采样数组。它是计算机技术发展的产物，具有精度高、处理方便和重复性好等特点。2常用的图像处理方法
为了研究和分析图像，需对图像进行必要的处理，常用的图像处理方法可分为下列几种:
2.1电学模拟处理把光强度信号转换成电信号，然后用电子学的方法，对信号进行加、减、乘、除、进行浓度分割、反差放大、彩色合成、光谱对比等。电视视频信号中常用它。近期发展较快的CCD模拟处理方法，是根据CCD的特性，有三种处理功能：1）模拟延迟，改
）多路调制把并列输入的信号转换成变时钟脉冲频率就能实现模拟；2
串行的时序信号，或者建立它的反变换，可实现数据信息的重新排列；3）它能作各响应的滤波器，而滤波器就是一个信号处理装置。CCD模数处理在设备、成本方面都有很大的优越性，在滤波技术方面较计算机更易于实现。
2.2光学一计算机混合处理混合处理一是先用光学办法对图像作预处理，再用数字方法做精处理。因而兼备了二者的优点，在某些场合得到应用。
3图像处理技术基础3.1图像处理技术
图像处理技术是用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术，又称影像处理。图像处理一般指数字图像处理，数字图像是指用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值为一整数，称为灰度值。图像处理技术的主要内容包括图像压缩，增强和复原，匹配、描述和识别三个部分。
图像处理就是将图像转化为一个数字矩阵存放在计算机中，并采用一定的算法对其进行处理。图像处理的基础是数学，最主要任务就是各种算法的设计和实现。目前，图像处理技术已经在很多方面有着广泛的应用。如通讯技术、遥感技术、生物医学、工业生产、计算机科学等等。根据应用领域的不同要求，可以将图像处理技术划分为许多分支，其中比较重要的分支有：1）图像数字化：通过采样和量化将模拟图像变成便于计算机处理的数字形式。2）图像的增强和复原：主要目的是增强图像中的有用信息，削弱干扰和噪声，使图像清晰或将
转化为更适合分析的形式。3）图像编码：在满足一定的保真条件下，对图像进行编码处理，达到压缩图像信息量，简化图像的目的。以便于存储和传输。4）图像重建：主要是利用采集的数据来重建出图像。图像重建的主要算法有代数法、傅立叶反投影法和使用广泛的卷积反投影法等。5）模式识别：识别是图像处理的主要目的。如：指纹鉴别、人脸识别等是模式识别的内容。当今的模式识别方法通常有三种：统计识别法、句法结构模式识别法和模糊识别法。6）计算机图形学：用计算机将实际上不存在的，只是概念上所表示的物体进行图像处理和显现出来。3.2图像压缩
图像压缩是由数字化得到的一幅图像的数据量十分巨大，一幅典型的数字图像通常由500×500或1000×1000个像素组成。如果是动态图像，是其数据量更大。因此图像压缩对于图像的存储和传输都十分必要。
有两类压缩算法，即不失真的方法和近似的方法。最常用的不失真压缩取空间或时间上相邻像素值的差，再进行编码。游程码就是这类压缩码的例子。近似压缩算法大都采用图像交换的途径，例如对图像进行快速傅里叶变换或离散的余弦变换。著名的、已作为图像压缩国际标准的JPEG和MPEG均属于近似压缩算法。前者用于静态图像，后者用于动态图像。它们已由芯片实现。3.3图像增强和复原
图像增强的目标是改进图片的质量，例如增加对比度，去掉模糊和噪声，修正几何畸变等；图像复原是在假定已知模糊或噪声的模型时，试图估计原图像的一种技术。图像增强按所用方法可分成频率域法和空间域法。前者把图像看成一种二维信号，对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强。采用低通滤波（即只让低频信号通过）法，可去掉图中的噪声；采用高通滤波法，则可增强边缘等高频信号，使模糊的图片变得清晰。具有代表性的空间域算法有局部求平均值法和中值滤波（取局部邻域中的中间像素值）法等，它们可用于去除或减弱噪声。
4图像处理的应用
在社会生产和科研活动中，人们要频繁的接触到图像，例如照片、图画、书报、医学x光片和卫星遥感图像等。图像是人们认识客观世界的重要知识来源。随着计算机的高速化和大容量化，图像信息的处理已成为可能口另外，由于摄像设备的小型化和高精度化，图像的画质有了显著改善。随着这些技术的进步，图像处理在工作站及个人计算机的小型机上已可以实现。数字图像出来主要采用计算机来实现，随着计算机软硬件技术的突飞猛进，以及图像处理的长足发展，使得数字图像处理技术无论在科学研究、工业生产、军事国防及现代管理决策部门等各行各业都得到越来越多的应用，其应用场合广阔、内容众多、形式新颖、门类齐全，可以说是方兴未艾，正向着实时化、大型化、小型化、远程化等多方面迅猛发展。5图像处理技术研究任重而道远
总而言之，图像是指景物在某种成像介质上再现的视觉信息。图像是具有特定信息的某种集合体，本质上可认为图像是数据的集合。为了研究和分析图像，需对图像进行必要的处理。图像处理是一项具有挑战性的课题，具有重要的理论意义和实际应用价值。
在分析了图像处理技术的基础上，又利用模糊设计算法的思想，详细阐述了图像处理中的模糊算法以及其实现，应用实例来讲述一种较为简单的处理图像的方法，系统地分析了图像处理的基本知识，基本上掌握了在科学研究中获取知识的方法与途径。但是，也必须清楚地知道的是，我们对于图像处理的技术还处于很初级的水平，还有很多很多我们尚未解决的科研技术问题等待着我们去攻克，对于图像处理技术的研究工作任重而道远。
MYKJ
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