数字图像处理技术的应用现状与发展研究

孙玉兰

摘要：随着多媒体信息技术的迅猛发展，具有独特优势的数字图像处理技术也随之不断更新进步和壮大，且越来越多的应用到社会生产生活的各个领域。该文将主要从图形图像处理技术的基本原理出发，重点对其在不同领域的应用现状及发展趋势做相关的分析研究。

关键词：数字图像；处理技术；图像分析；应用与发展

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）26-6228-03

Abstract： With the rapid development of Multimedia IT， digital image processing technology has unique advantages also will continue to update the progress and grow， and more and more applications to various areas of social life and production.This article from the perspective of the basic principles of graphic image processing techniques departure.Focus on the graphics and image processing technology application status and development trend of research in different fields.

Key words： digital images； processing technology； image analysis；application and development

近年来，人类社会生活的各个领域都出现了数字图像处理技术，尤其以航空航天、信息科学、生物医学、三维立体艺术及工业领域最为普遍，各领域工作者已习惯用图像的方式描述事物的特性与逻辑关系。随着信息科技的发展，社会对数字图像处理技术的要求越来越高，各领域对图像传递信息的质量要求也越来越严格。提高数字图像处理的及时性、直观性、客观性，使其走出一条发展之路，任重而道远。

1 数字图像处理技术相关概述

1.1 数字图像处理技术的概念与优势

数字图像处理技术是指将一种图像信号转变为二进制数字信号，经过计算机对而其进行的图像变换、编码压缩、增强和复原以及分割、特征提取等处理，而高精准的还原到显示器的过程，其中计算机是图像处理的主要载体，因而又称其为计算机图像处理技术。早在20世纪60年代，图像处理技术便得到一定程度的应用。

经过多年的发展，现代化的数字图像处理技术已具备了如下优势：第一，再现性好。数字图像处理技术不会因对图像进行的变换操作而导致图像质量退化，数字图像能始终保持图像的再现；第二，处理精度高。数字图像处理技术通过计算机编写各种算法而对图像数据进行运算处理，保障了计算的精度；第三，适用面广。数字图像处理技术可以对电子显微镜图像、航空照片、遥感图像乃至天文望远镜图像等实现精准的处理，其使用范围是一般图像处理技术所达不到的；第四，灵活性强。数字图像处理技术不仅能完成线性图像处理，还能完成非常复杂的非线性图像处理，其都可以通过数学公式和逻辑关系进行运算得出，具有极强的灵活变通性。

1.2 数字图像处理技术的主要处理技术分析

1.2.1 图像变换

为了减少图像在空间域中处理的计算量，数字图像处理技术通过傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等图像变换方法而对图像进行变换域处理，大大提高了图像处理的效率。目前新研究的小波变换方法，其在时域和频域中都具有良好的局部化特性，现已广泛应用于数字图像处理技术中。

1.2.2 图像编码压缩

这一技术主要是为了减少图像描述的数据量，以减少图像传输、处理的时间和存储容量。图像编码压缩能绝对保证图像信息的真实性，是数字图像处理技术中较为成熟的技术。

1.2.3 图像增强和复原

对图像进行增强和复原的操作，主要是为了提高图像的质量，使其清晰度更高。首先，图像增强主要是突出图像中需要突出的部分，例如，采用强化图像高频分量，使其图像中物体轮廓更清晰，起突出强调作用。然而在图像增强的操作中，容易导致图像降质，因而图像复原操作可以恢复原有的图像，但操作前要求了解图像降质的原因与过程，建立“降质模型“，采用滤波方法恢复图像。

1.2.4 图像分割

简单的理解，图像分割就是将图像整体分割开来，保留需要的内容。图像分割技术是数字图像处理中运用的频率最高的关键技术。实际上，图像分割的目的就是将图像中有意义的边缘、区域等特征部分提取出来，以方便进行下一步的图像识别与分析操作。然而，目前还未研究出一种普遍使用于各种图像分割的有效方法，仍需要加以不断的图像分割研究创新。

1.2.5图像描述与识别

首先，图像描述是为了方便对图像进行识别和理解，较简单的二值图像的描述方法主要是二维形状描述法，其包含对图像边界和区域的不同描述。目前，三维物体描述方法正处于研究中，已提出体积、表面、广义圆柱体描述等方法。其次，在图像识别技术上，主要是对进行预处理过的图像进行特征提取，并进行分类，以便开展分析。

2 数字图像处理技术的应用现状分析

数字图像处理技术应用到社会生产生活的各个领域，其处理技术原理是相同的，只是针对不同领域不同的技术要求，数字图像处理技术的应用有其各自的特点。在数字图像处理技术日益发展的今天，其应用范围大到高深的前沿科技领域（天文地理、工程测量等），小到人们的休闲娱乐生活领域（3D特效电影、动画制作等）。可以说，人类的生产、生活早已离不开数字图像处理技术的应用。

2.1 航天航空领域的应用

数字图像处理技术在航空航天技术方面的应用，最普遍的是对月球和火星图片的处理，通过对其照片细节的处理与分析，反映火星和月球的地貌。除此之外，数字图像处理技术还在飞机遥感和卫星遥感技术中得到广泛的应用。1983年，美国首次成功实现了在飞机遥感和卫星遥感技术中运用数字图像处理技术，其发射的LANDSAT-4系列陆地卫星，采用多波段扫描器（MSS），在900km的高空中以18天为周期对地球每一地区进行扫描成像，图像分辨率相当于地面上40米左右。这些图像在空中经过数字化、编码等处理后产生数字信号并存入磁带，当卫星经过地面站上空时，再将数字信号高速传送下来，由计算机处理中心进行分析。可以发现，这些图像成像、传输的过程以及判读分析等环节都需要采用许多的数字图像处理技术。随着计算机处理速度的提升，数字图像处理技术在航空航天领域的应用发展会更加迅猛。

2.2 生物医学工程领域的应用

数字图像处理技术在生物医学工程领域的应用也获得了不错的成效。最典型的是，CT技术的出现为现代医疗事业作出了巨大的贡献。随着生物医学事业的发展，对人体微观构造的分析逐渐深入，数字图像处理技术对此也起到了巨大作用。数字图像处理技术通过对显微图像的处理，能更准确的分析染色体、识别癌细胞等。另外，越来越多的医疗仪器，如超声波图像处理、X光肺部图像增晰、心电图分析等无不都融入了对数字图像处理技术的应用。

2.3 通信工程领域的应用

在现代社会中，通信技术已经向着声像、文字、数据综合的多媒体通信方向发展。图像作为通信传输中最直观的交流工具被大量使用，然而，由于图像的数据量较大、占用空间较大，在直接传输的过程中容易导致网络受阻，影响效率。因而，采用数字图像处理技术中的编码压缩技术，压缩图片信息的比特量，保证其正常传输效率至关重要。目前，数字图像处理技术中的熵编码、DPCM编码、变换编码已得到广泛的应用，分行编码、自适应网络编码等新的图像编码压缩方法也正处于大力开发阶段。

2.4 工业和工程领域的应用

工业作为国民经济的支柱产业，其领域中应用数字图像处理技术的范围极为广泛，无论在机械制造业、模具加工业还是软件研发业、工程测量业等都离不开数字图像处理技术。随着信息技术的发展，目前人们学习和工作中普遍用到的UG、PROE等三维CAD软件，其中都应用到了数字图像处理技术；再如，针对工业产品人工检测的漏洞问题，数字图像处理技术通过计算机对图像进行有效甄别检测，即可判断产品质量优良；另外，数字图像处理技术还结合视觉、听觉、触觉理论和人工智能技术，研发出智能机器人，机器视觉作为智能机器人的重要感觉器官在目前的三维景物理解和识别、军事侦察等方面应用广泛，很大程度上位工业的生产注入了新的活力。

2.5 文化艺术领域的应用

在不断丰富物质文明与精神文明社会中，文化艺术产业在不断的发生变化与创新发展。在现代文化艺术领域中，人们在休闲之余对照片进行的Photoshop处理、对人工绘画的处理、对动画的制作等都是对数字图像处理技术的应用；设计师们在工作中进行装潢设计、发型设计、三维特效渲染等都是对数字图像处理技术的应用；此外，数字图像处理技术在文化艺术领域中的强大作用的发挥还体现在3D特效的电影的制作上，通过对数字图像处理技术的高效综合利用，3D电影能带给人强大的视觉冲击力与真实感，尤其在当代年轻人群体中，3D特效电影广受追捧。

3 数字图像处理技术的发展趋势

基于目前数字图像处理技术在应用领域的现状及其为社会生产生活的发挥的重要作用，在信息科技的不断更新发展的背景下，数字图像处理技术的未来发展趋势大致可以如下三方面内容：第一，未来数字图像处理技术会向着高速、高分辨率、实时图像处理、三维成像或多维成像、智能化、标准化方向发展；第二，未来数字图像处理技术更加强调操作的高效快捷，因而会将图像处理技术的诸多功能集中化，向图像处理技术集中化趋势发展；第三，随着理论的不断更新，未来的数字图像处理技术研究方法也将不断更新，向着新理论新思潮方向发展。

4 结束语

总之，随着科学技术的发展，数字图像处理技术的地位及作用更加突显出来，数字图像处理技术为国民经济的发展和人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。然而，与西方先进国家相比，我国数字图像处理技术的水平还比较低，其应用领域还有待扩展。在人工智能技术发展的背景下，数字图像处理技术仍需要不断的加强研究创新，向着未来数字图像处理技术的发展趋势迈进，为未来的国家现代化建设发挥更大的作用。

参考文献：

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