1、 毕业论文文献综述 计算机科学与技术 基于 Visual C#平台的几种数字图像处理算法的实现 1 前言 图像处理技术基本可以分成两大类：模拟图像处理（ ANALOG Image Processing）和数字图像处理（ Digtal Image Processing）。 数字图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机进行处理的过程。其优点是处理精度高，处理内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件就可以处理内容。困难主要在处理速度上，特别是进行复杂的处理。数字图像 处理技术在许多领域得到广泛应用，如航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事
2、制导、文化艺术等。数字图像处理技术主要包括如下内容：几何处理（ Geometrical Processing）、算术处理（ Arithmetic Processing）、图像增强（ Image Enhancement）、图像复原（ Image Restoration）、图像重建（ Image Reconstruction）、图像编码（ Image Encoding）、图像识别 (Image Recognition)、图像理（ ImageUnderstanding）。数字图像处理技术的发展涉及信息科学、计算机科学、数学、物理学以及生物学等学科，因此数理及相关的边缘学科对图像处理科学的发展有越来越
3、大的影响。近年来，数字图像处理技术日趋成熟，它广泛应用于空间探测、遥感、生物医学、人工智能以及工业检测等许多领域，并促使这些学科产生了新的发展。 2 数字图像处理技术的发展和应用 数字图像处理技术使 20 世纪 60 年代随着计算机技术和 VLSY Very Large Scale Integration 的发展而产生、发展和不断成熟起来的一个新兴 技术领域，它在理论上和实际应用中都取得了很大的成就。 视觉是人类最重要的感知手段，图像又是视觉的基础 3。早期图像处理的目的是改善图像质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像。常用的图像
4、处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得成功应用的是美国喷气推进实验室（ JPL）。他们对航天探测器徘徊者 7 号在 1964 年发回的几千张月球照片进行图像处理，如几何校正、灰度变换、去除噪声等，并考虑了太阳位置和月球环境的影响。随后又对探测飞船发回的近十万张照 片进行更为复杂的图像处理，获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，为人类登月创举奠定了基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。 数字图像处理技术取得的另一个巨大成就是在医学上。 1972 年英国 EMI 公司工程师Housfield 发明了用于头颅诊断的
5、X 射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的 CT（ Computer Tomograph）。 CT 的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，成为图像重建。 1975 年 EMI 公司又成 功研制出全身用的 CT 装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。 1979 年，这项无损伤诊断技术被授予诺贝尔奖，以表彰它对人类做出的划时代贡献。 从 20 世纪 70 年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理技术向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国
6、家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是 70 年代末 MIT的 Marr 提出的视觉计算理论，这个理 论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。 20 世纪 80 年代末期，人们开始将其应用于地理信息系统，研究海图的自动读入、自动生成方法。数字图像处理技术的应用领域不断拓展。 数字图像处理技术的大发展是从 20 世纪 90 年代初开始的。自 1986 年以来，小波理论与变换方法迅速发展，它克服了傅立叶分析不能用于局部分析等方面的不足之处，被认为是调和分析半个世纪以来工作之结晶。 Mallat 在 1988 年有效地将小波分析应用于图像分解
7、和重构。小波分析被认为是信号与图像分析在数学方法上的重大突破。随后数字图像处理技术迅猛发展，到目 前为止，图像处理在图像通讯、办公自动化系统、地理信息系统、医疗设备、卫星照片传输及分析和工业自动化领域的应用越来越多。 进入 21 世纪，随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善，数字图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就。属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等。该技术成为一门引人注目、前景远大的新型学科。 3 数字图像处理技术的研究及目的 数字图像处理研究的内容主要有 : (1)图像增强当无法知道与图像退化有关的定
8、量信息时 ,可以使 用图像增强技术较为主观地改善图像的质量。 (2)图像重建由图像的多个一维投影重建该图像 ,可看成是特殊的图像复原技术。 (3)图像获取和图像表现阶段主要是把模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式 ,以及把数字图像用所需要的形式显示出来。 (4)图像分析对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示 ,从而有利于计算机对图像进行分类、识别、理解或解释。 (5)图像复原当造成图像退化的原因已知时 ,复原技术可用来进行图像的校正。复原技术是基于模型和数据的图像恢复 ,其目的是消除退化的影响 ,从而产生一个等价于理想成像系统所 获得的图像。 (6)图像编码和压缩对图像进行编码的主要
9、目的是为了压缩数据 ,便于存储和传输。当前的一些编码方法对图像分析和图像加密也有越来越多的应用。 数字图像处理的工具可分为三大类 :第一类包括各种正交变换和图像滤波等方法 ,其共同点是将图像变换到其它域 (如频域 )中进行处理 (如滤波 )后 ,再变换到原来的空间 (域 )中 ;第二类方法是直接在空间域中处理图像 ,它包括各种统计方法、微分方法及其它数学方法 :第三类是数学形态学运算 ,它不同于常用的频域和空域的方法 ,是建立在积分几何和随机集合论的基础上的运算。 由于被处理图像的数 据量非常大且许多运算在本质上是并行的 ,所以图像并行处理结构和图像并行处理算法也是图像处理中的主要研究方向。
10、数字图像处理主要应用于下面一些领域 : (1)宇宙探测随着太空技术的发展 ,需要用数字图像处理技术处理大量的星体照片。 (2)通信包括图像传输、电视电话、电视会议。 (3)遥感分航空遥感和航天遥感。遥感图像需要用图像处理技术加工处理并提取有用的信息。可用于地质、矿藏勘探和森林、水利、海洋、农业等资源的调查 ;自然灾害预测预报 ;环境污染监测 ;气象卫星云图处理以及用于军事目的的地面目标识别。 (4)军事、公安 、档案等其它方面的应用军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动火器的控制及反伪装 ;公安部门的现场照片 ;指纹、手迹、印章、人像等的进一步处理和辨识 ;历史文字和图片档案的修复和管理 ;以及
11、其它方面图像信息的显示、记录、处理和文字自动识别等。 (5)工业生产中的应用主要有产品质量检测、生产过程的自动控制、计算机辅助设计与制造等。 (6)生物医学领域中的应用 X 射线、超声、显微图像分析、计算机断层摄 (即 CT)分析和重建等。 (7)视频和多媒体系统目前 ,电视制作系统广泛使用图像处理、变形、合成技术。多媒体系统离不开静止图像和 动态图像的采集、压缩、处理、存储和传输。 (8)机器人视觉作为智能机器人的重要感觉器官 ,进行三维景物的理解和识别。主要用于军事侦察、危险环境作业、装配工作识别和定位以及邮政、家政服务等。 (9)科学计算可视化数字图像处理和计算机图形学紧密结合 ,形成了
12、科学计算的新型研究工具。 关键词 数字图像、航空航天、工业生产、医疗诊断、资源环境、气象、交通监测、文化教育 参考资料 1 赵春江 .c#数字图像处理算法 .人民邮电出版社 .2009.3 2 范盛荣 .Visual c# 2008 控件使用 .清华大学出版社 .2009.4 3 赛奎春 .C#程序开发范例宝典 . 人民邮电出版社 .200.910 4 特罗尔森 . C#与 .NET 3.5 高级程序设计 . 人民邮电出版社 . 2009-03 5 王小科 . C#开发实战宝典 .南京航空航天大学教务处 .2010.1 6 Charles Petzold、天宏工作室 . Microsoft C
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