在近 20 年的時間里，隨著數字電視技術和計算機技術的普及和不斷發展，數字圖像處理已經迅速發展成為一門獨立的學科，其發展前景廣闊且引人注目。數字圖像處理技術在科學研究、工農業生產、生物醫學工程等領域應用十分廣泛，發揮的作用越來越大。本文主要介紹了關于數字圖像的基本概念、常用方法、計算機軟件開發平臺和其主要應用領域。

1 數字圖像的概念

從廣義上說，圖像指的是能夠記錄在某種紙介質上的、拍攝在底片或照片上的、顯示在電視、投影機屏幕上的所有具有視覺效果的畫面的總稱。根據圖像記錄方式的不同，圖像可分為兩大類：一是通過如光、電等物理量的強弱變化來記錄圖像上各點的亮度信息的圖像，我們稱之為模擬圖像（Analog Image）；二是完全用數字（即計算機存儲的數據）來記錄圖像亮度信息的圖像，我們稱之為數字圖像（Digital Im-age）。
所謂的數字圖像處理，也被稱為計算機的圖像處理過程，指的是將圖像中包含的模擬信息、信號等轉換成計算機能夠識別和處理的數字信號，并使用計算機程序進行處理的過程。早期數字圖像處理的目的在于提高圖像本身的質量，它主要是用來改善人的視覺質量。隨著計算機技術的不斷發展和應用范圍的擴大，如今對圖像進行處理和加工的主要目的從提高人的視覺逐漸轉變為以下三個方面：
（1）改善圖像的視覺質量，增強、抑制圖像中某些不需要的成分，從而改善圖像的質量，這也是早期數字圖像處理的主要目標。
（2）為了使得計算機分析圖像更加便利、快速，提取圖像中包含的某些特殊信息，這些信息可以是頻域特征、邊界特征等，也可以是形狀特征、紋理特征等。
（3）圖像數據處理的變換、編碼和壓縮，以便于圖像的存儲和傳輸。

2 數字圖像處理的常用方法

目前，常用的數字圖像處理方法很多，主要分為以下三大類：
（1）圖像到圖像的處理：其輸入和輸出都是圖像，所以，這種處理技術主要包括圖像增強和復原、圖像編碼壓縮等。
首先，圖像增強和復原的主要目的在于改善圖像的質量，提高圖像的清晰度等。圖像增強是一個主觀過程，它只是將圖像中用戶感興趣的部分，給用戶提供喜歡接收的圖像。與圖像增強不同的是，圖像復原則是一個客觀過程，它可以看做是圖像退化的逆過程，其追求的目標在于恢復或重建原始圖像，可以通過使用空間域或頻域濾波器來加以實現。
其次，若圖像中攜帶的信息量很大，則計算量必然也很大，因此會給存儲器的存儲容量、通信線路的帶寬以及計算機的處理速度帶來極大的壓力。所以，圖像編碼技術可減少描述圖像的信息量，以便減少所占用的存儲空間、節省圖像傳輸、處理的時間?，F在圖像編碼壓縮技術已經成為圖像處理中較為成熟的技術。
（2）圖像到數據的處理：其輸入是圖像，輸出為輸入圖像內容的各種符號表示，最為常見的是一個二維數組來表示。這類圖像處理技術主要有：圖像分割、圖像分類等。
圖像分割是數字圖像處理中的關鍵技術和研究熱點之一，也是由圖像處理到圖像分析的關鍵步驟。圖像分割的主要任務在于將圖像中的人們感興趣的區域及其所需要的特征值提取出來，以便對圖像進一步處理。其處理方法主要有閾值法分割等。
圖像分類又稱作為圖像識別，屬于模式識別的范疇，其中最為關鍵的一環在于特征的提取。其主要內容是圖像經過譬如增強、復原、壓縮等預處理后，進行圖像分割和特征提取，進而判決分類。圖像識別通常采用的是經典的模式識別方法。
（3）數據到圖像的處理：它是圖像重建的逆過程，其輸入為數據，輸出為圖像。將一幅圖像經過量化等手段處理后，將得到一個二維數組，由該數組就可以對各種已知圖像進行處理。反過來說，若已知一個表示圖像的二維數組，需要重新建立圖像，則是圖像重建中要解決的問題，它是數字圖像處理中一個重要研究分支。圖像重建的主要算法有：傅里葉反投影法、卷積法等。

3 圖像處理的計算機軟件平臺

在圖像處理發展的短短歷史中，應用于圖像處理方面的計算機軟件平臺有很多種，其中最為廣泛使用且技術已經非常成熟的是由美國 Adobe 公司開發的軟件 Photoshop，它主要用于圖像處理和圖像合成方面，其優點簡單、方便、易學。除此之外，還有 VC++、MATLAB 等。MATLAB 是由MathWorks 公司進行開發，它不是標量的高級程序語言，而是一種基于向量，即數組的處理方法，主要用于數值計算和將處理后的圖形可視化的一種工程語言，其優點在于開發計算方法非常迅速。VC++ 全稱為 MicrosoftVisualC++，是由 Microsoft 公司的C++ 開發工具，其集成開發環境可視化，開發出來的應用程序具有運行速度快、代碼執行率高、移植性能好等優點。目前，它已經成為專業程序員進行軟件開發的首選工具。

4 數字圖像處理的應用領域

人類主要依靠圖像來獲取和交換信息，所以，圖像處理的應用領域也涉及人類生活和工作的各個方面，并且隨著人類活動范圍的日益擴大，也在不斷擴大其應用領域。如表1 所示。
5 數字圖像處理技術的未來發展

現如今，數字圖像處理技術在人們生活中發揮著越來越重要的作用，并且創造了巨大的社會價值。隨著計算機、網絡以及其他科學技術的不斷發展，其應用領域將更加廣泛?？傮w而言，數字圖像處理技術的未來發展分為以下幾個方面：
（1）隨著計算機的發展，數字圖像處理技術將會朝著智能化、高速度和高分辨率等方向發展。
（2）逐步加強相關軟件研究，開發新的軟硬件實現數字圖像處理。
（3）研究新算法和新理論。近年來，在數字圖像處理領域中又提出了一些新的算法及其理論，如小波分析（waveletanalysis theory）、遺傳算法\\(genetic algorithms\\)、人工智能網絡\\(artificial intelligence networks\\)等。
（4）將圖像處理過程進行硬件芯片化。目前，為了便于推廣應用，并結合多媒體和計算機技術的研究，硬件芯片越來越多，數字圖像處理的過程更加方便快捷。
（5）將處理技術標準化。由于數字處理技術屬于一門新興學科，故還沒有建立統一的國際和國內標準。

6 結語

總體來說，隨著科學技術的迅速發展以及人類對圖形的多樣化要求不斷增加，所以，無論在理論上還是實際上，數字圖像處理技術都將會有很大的發展空間，其應用領域也將越來越廣泛。

參考文獻
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