數(shù)字圖像處理學(xué)習(xí)報(bào)告

數(shù)字圖像處理學(xué)習(xí)報(bào)告在這一學(xué)期，我選修了《數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)》這門(mén)課程，同時(shí)，老師還講授了一些視頻處理的知識(shí)。在這里，梳理一下這學(xué)期學(xué)到的知識(shí)，并提出一些我對(duì)這門(mén)課程的建議。圖像處理是指對(duì)圖像信息進(jìn)行加工，從而滿(mǎn)足人類(lèi)的心理、視覺(jué)或者應(yīng)用的需求的一種行為。圖像處理方法一般有數(shù)字法和光學(xué)法兩種，其中數(shù)字法的優(yōu)勢(shì)很明顯，已經(jīng)被應(yīng)用到了很多領(lǐng)域中，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用空間將會(huì)更加廣泛。數(shù)字圖像處理又稱(chēng)為計(jì)算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程.數(shù)字圖像處理是從20世紀(jì)60年代以來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和VLSL的發(fā)展而產(chǎn)生、發(fā)展和不斷成熟起來(lái)的一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字圖像處理技術(shù)其實(shí)就是利用各種數(shù)字硬件與計(jì)算機(jī)，對(duì)圖像信息通過(guò)轉(zhuǎn)換而得到的電信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，例如圖像去噪、圖像分割、提取特征、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原等，以便提高圖像的實(shí)用性。其特點(diǎn)是處理精度比較高，并且能夠?qū)μ幚碥浖M(jìn)行改進(jìn)來(lái)優(yōu)化處理效果,操作比較方便，但是由于數(shù)字圖像需要處理的數(shù)據(jù)量一般很大，因此處理速度有待提高。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度得到了很大程度的提高。在短短的歷史中，它卻廣泛應(yīng)用于幾乎所有與成像有關(guān)的領(lǐng)域，在理論上和實(shí)際應(yīng)用上都取得了巨大的成就。1.數(shù)字圖像處理需用到的關(guān)鍵技術(shù)由于數(shù)字圖像處理的方便性和靈活性，因此數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為了圖像處理領(lǐng)域中的主流。數(shù)字圖像處理技術(shù)主要涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有：圖像的采集與數(shù)字化、圖像的編碼、圖像的增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像分割、圖像分析等。圖像的采集與數(shù)字化：就是通過(guò)量化和取樣將一個(gè)自然圖像轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字形式。圖像編碼：圖像編碼的目的主要是來(lái)壓縮圖像的信息量，以便能夠滿(mǎn)足存儲(chǔ)和傳輸?shù)囊?。圖像的增強(qiáng)：圖像的增強(qiáng)其主要目的是使圖像變得清晰或者將其變換為機(jī)器能夠很容易分析的形式，圖像增強(qiáng)方法一般有：直方圖處理、灰度等級(jí)、偽彩色處理、邊緣銳化、干擾抵制。圖像的恢復(fù)：圖像恢復(fù)的目的是減少或除去在獲得圖像的過(guò)程中因?yàn)楦鞣N原因而產(chǎn)生的退化，可能是由于光學(xué)系統(tǒng)的離焦或像差、被攝物與攝像系統(tǒng)兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、光學(xué)或電子系統(tǒng)的噪聲與介于被攝像物跟攝像系統(tǒng)之間的大氣湍流等等。圖像的分割：圖像分割是將圖像劃分為一些互相不重疊的區(qū)域，其中每一個(gè)區(qū)域都是像素的一個(gè)連續(xù)集，通常采用區(qū)域法或者尋求區(qū)域邊界的境界法。圖像分析：圖像分析是指從圖像中抽取某些有用的信息、數(shù)據(jù)或度量,其目的主要是想得到某種數(shù)值結(jié)果。圖像分析的內(nèi)容跟人工智能、模式識(shí)別的研究領(lǐng)域有一定的交叉。2.數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）數(shù)字圖像處理的信息大多是二維信息，處理信息量很大。因此對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度、存儲(chǔ)容量等要求較高。2）數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬。與語(yǔ)言信息相比,占用的頻帶要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。所以在成像、傳輸、存儲(chǔ)、處理、顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上技術(shù)難度較大，成本亦高。這就對(duì)頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要求。3）數(shù)字圖像中各個(gè)像素不是獨(dú)立的，其相關(guān)性大。在圖像畫(huà)面上，經(jīng)常有很多像素有相同或接近的灰度。所以，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。4）數(shù)字圖像處理后的圖像受人的因素影響較大，因?yàn)閳D像一般是給人觀察和評(píng)價(jià)的。3.數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在4個(gè)方面。1）再現(xiàn)性好。數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于它不會(huì)因圖像的存儲(chǔ)、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。只要圖像在數(shù)字化時(shí)準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿,那么數(shù)字圖像處理過(guò)程始終能保持圖像的再現(xiàn)。2）處理精度高。將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組，主要取決于圖像數(shù)字化設(shè)備的能力.3）適用面寬。圖像可以來(lái)自多種信息源,它們可以是可見(jiàn)光圖像，也可以是不可見(jiàn)的波譜圖像。只要針對(duì)不同的圖像信息源，采取相應(yīng)的圖像信息采集措施，圖像的數(shù)字處理方法適用于任何一種圖像。4）靈活性高。圖像處理大體上可分為圖像的像質(zhì)改善、圖像分析和圖像重建三大部分，每一部分均包含豐富的內(nèi)容。4.數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域圖像是人類(lèi)獲取和交換信息的主要來(lái)源，因此，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及到人類(lèi)生活和工作的方方面面，隨著人類(lèi)活動(dòng)范圍的不斷擴(kuò)大,圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴(kuò)大。航天和航空技術(shù)：在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中用配備有高級(jí)計(jì)算機(jī)的圖像處理系統(tǒng)來(lái)判讀分析，既節(jié)省人力又加快了速度，還可以從照片中提取人工所不能發(fā)現(xiàn)的大量有用情報(bào)。生物醫(yī)學(xué)工程：除了CT技術(shù)之外，還有對(duì)醫(yī)用顯微圖像的處理分析，如紅細(xì)胞、白細(xì)胞分類(lèi)，染色體分析，癌細(xì)胞識(shí)別等。通信工程：當(dāng)前通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)合的多媒體通信。在一定意義上講，編碼壓縮是這些技術(shù)成敗的關(guān)鍵。除了已應(yīng)用較廣泛的熵編碼、DPCM編碼、變換編碼外，目前國(guó)內(nèi)外正在大力開(kāi)發(fā)研究新的編碼方法，如分行編碼、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼、小波變換圖像壓縮編碼等。工業(yè)和工程領(lǐng)域：圖像處理技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)裝配線(xiàn)中檢測(cè)零件的質(zhì)量并對(duì)零件進(jìn)行分類(lèi)，印刷電路板疵病檢查，彈性力學(xué)照片的應(yīng)力分析，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析,郵政信件的自動(dòng)分揀，在一些有毒、放射性環(huán)境內(nèi)識(shí)別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)，先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中采用工業(yè)視覺(jué)等等。軍事方面：圖像處理和識(shí)別主要用于導(dǎo)彈的精確末制導(dǎo)各種偵察照片的判讀，具有圖像傳輸、存儲(chǔ)和顯示的軍事自動(dòng)化指揮系統(tǒng)，飛機(jī)、坦克和軍艦?zāi)M訓(xùn)練系統(tǒng)等；公安業(yè)務(wù)圖片的判讀分析，指紋識(shí)別，人臉鑒別，不完整圖片的復(fù)原，以及交通監(jiān)控、事故分析等。文化藝術(shù)：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。視頻和多媒體系統(tǒng)：電視制作系統(tǒng)廣泛使用的圖像處理、變換、合成，多媒體系統(tǒng)中靜止圖像和動(dòng)態(tài)圖像的采集、壓縮、處理、存貯和傳輸?shù)取ｋ娮由虅?wù)：圖像處理技術(shù)在電子商務(wù)中也大有可為,如身份認(rèn)證、產(chǎn)品防偽、水印技術(shù)等。在這門(mén)課程的最后，代課老師給我們講授了數(shù)字視頻處理，讓我們了解到數(shù)字視頻就是以數(shù)字形式記錄的視頻，和模擬視頻相對(duì)的。數(shù)字視頻有不同的產(chǎn)生方式，存儲(chǔ)方式和播出方式。比如通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)直接產(chǎn)生數(shù)字視頻信號(hào)，存儲(chǔ)在數(shù)字帶，P2卡，藍(lán)光盤(pán)或者磁盤(pán)上，從而得到不同格式的數(shù)字視頻。然后通過(guò)PC，特定的播放器等播放出來(lái)。了解了數(shù)字視頻發(fā)展過(guò)程和視頻壓縮的概念和分類(lèi)等。我們這門(mén)課程主要是上理論課，其中有很復(fù)雜的數(shù)學(xué)原理，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)多，基礎(chǔ)知識(shí)要求高，理解起來(lái)有些困難。當(dāng)初選擇這門(mén)課是希望能有一些具體軟件的教學(xué)。就我了解，視頻處理的軟件有MAYA、Premiere、繪聲繪影、windows自帶的MOVEMAKER；處理數(shù)字圖像的軟件主要有matlaB、photoshop、ImageJ（java圖像處理程序）。其中，matlaB和PS很具有教學(xué)性，這兩個(gè)軟件也運(yùn)用的很廣。MATLAB全稱(chēng)是MatrixLaboratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室)，一開(kāi)始它是一種專(zhuān)門(mén)用于矩陣數(shù)值計(jì)算的軟件，從這一點(diǎn)上也可以看出，它在矩陣運(yùn)算上有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)用MATLAB中的絕大多數(shù)的運(yùn)算都是通過(guò)矩陣這一形式進(jìn)行的，這一特點(diǎn)決定了MATLAB在處理數(shù)字圖像上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。理論上講，圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù)，然而計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字處理時(shí)，首先必須對(duì)其在空間和亮度上進(jìn)行數(shù)字化，這就是圖像的采樣和量化的過(guò)程。