数字信号处理在数字图像处理中的应用

数字信号处理在数字图像处理中的应用

董懿蓓

空军工程大学陕西西安710043

摘要：随着计算机网络技术和人工智能、思维科学研究的迅猛发展，数字图像捕获及处理技术发展越来越快，计算机设备性能越来越高，数字图像处理技术也比以往有明显的提高。计算机数字图像技术在当前信息化时代已经在各个领域得到应用，对人类社会进步发展起到重要作用。

关键词：数字信号处理；图像处理；处理；应用

近年来，随着计算机网络技术和人工智能、思维科学研究的迅猛发展，数字图像捕获及处理技术正向着更高更深层次发展，计算机设备性能和图像处理能力都有了明显的提高。数字信号处理的简称是DSP，是一种通过数字信号芯片，将图片、声音、视频等模拟信息转化为数字信息的一个过程。在这一过程中，采用数字方式对模拟信号进行压缩、变化、过滤、识别，最终转化为实实在在的数字信号。在当前网络社会人们在运用多样化通讯手段时，已经更加倾向于使用直观的图像去表达，数字图像处理技术已经逐渐与人们的生产生活息息相关，成为人类社会进步发展的重要部分。数字信号处理技术得到广泛应用，为人类生活提供了方便快捷，同时为提高国家综合国力奠定了基础。

1.数字图像处理技术

图像处理技术是与计算机的发展、数学的发展以及社会各行业的需求分不开的。20世纪50年代，随着计算机出现，人们开始尝试利用计算机去处理图形和图像相关信息。60年代，数字图像处理作为一门学科出现，自此人们开始利用图像增强、复原、编码、压缩等处理方法，去改善图像的质量。在数字图像处理技术方面最有名气的是喷气推进实验室、麻省理工学院、贝尔实验室、马里兰大学等一些研究机构，他们开发设计许多数字图像处理技术并应用于卫星图像、导线照片标准转换、医学成像、可视电话、字符识别和照片增强等方面。

2.数字图像处理技术的功能

数字图像处理允许使用更复杂的算法，因此可以在简单任务中提供更复杂的性能，并且可以实现通过模拟方式不可能实现的方法。数字图像处理的实用技术包括：分类；特征提取；多尺度信号分析；模式识别；投影等。数字图像处理中使用的一些技术包括：各向异性扩散；隐马尔可夫模型；图像编辑；图像恢复；独立成分分析；线性过滤；神经网络；偏微分方程；像素化；主成分分析；自组织地图；小波。数字图像处理技术是一项相对较新的技术，这是计算机应用的新兴领域。数字图像处理技术将图像转换成数据矩阵的形式存储到计算机中，在计算机上通过一些应用程序，对图像进行加强、删除、添加等处理。目前数字图像处理技术的应用领域相当广泛，其主要应用技术是图像输入输出技术、图像分析、变换预处理技术、图像识别和图像特征相关信息提取技术。

3.数字图像转换的关键技术

3.1过滤

数字滤镜用于模糊和锐化数字图像。可以通过与专门设计的内核（滤波器阵列）进行卷积来在空间域中执行滤波，或者通过掩蔽特定频率区域来在频率（傅里叶）域进行滤波。

3.2直方图均衡增强技术

使用直方图均衡化方法进行图像处理是一种相对简单的图像增强技术，但是，在某些情况下，它可以取得很好的效果，提高某些区域的对比度，从而更直观地反映图像的主要信息。

3.3图像分割与最大偏差提取的阈值

图像分割是图像处理的重要一步，特别是在提取结构参数之前。图像分割的目的是将具有不同特殊意义的图像区域进行分割，并对岩土材料的微结构图像进行分割，最重要的是分割孔隙，固体颗粒和连接区域，然后提取参数。现在很难确定连接区域，连接区域将被忽略并分类到孔隙或固体颗粒区域。鉴于孔隙和固体颗粒的灰度大小和范围不同，主要的分割方法是使用阈值，并且提取阈值的方法很多，其中最大偏差是更常见的。图像分割软件称为Geomage，由Geo-HohaiInstitute实验室建立。

4.数字图像转换的应用

4.1土工材料处理

数字图像处理技术在土木工程领域的应用，特别是在岩土工程领域，仅仅是近十年来发展起来的。用数字图像处理方法来描述不同土工材料的微观结构特征。首先利用电荷耦合器件（CCD）相机和远距离显微镜获得不同土工材料的微观结构图像。其次，通过数字图像处理方法中的多分辨率小波变换技术，获得同一点不同焦点拍摄的同一岩土材料图像的清晰部分，并结合获得高清图像。然后通过直方图均衡处理增强高清图像以突出对比度。最后，根据最大偏差自动提取的阈值划分图像，提取岩土材料的微结构参数。对不同土工材料进行图像处理后，表明所研究的数字图像处理技术可以很好地应用于描述不同岩土材料的微观结构特征。

通过对微结构岩土材料进行数字图像处理，可以得到更清晰的图像，并对局部感兴趣区域做进一步处理，以获得研究中所需的参数。通过对土工材料的微结构中孔隙的分形维数、土壤颗粒的形状、分级、排列等参数的研究，解释岩土工程的宏观力学行为。因此，为了更加合理地解释宏观力学行为，有必要正确捕捉岩土材料的微观结构参数，然后采用图像处理方法具有较高的适用性。

4.2液位控制系统

我国的液位测控技术的研究和开发起步晚于西方国家；我国的技术水平还远远不能满足各种工业生产的要求，水平测控系统必要性迫在眉睫。液位测量系统的数字图像处理技术为问题的解决提供了便捷。液位测量和主要测量参数是通过材料表面积来测量的，它适用于所有的物位测量和控制情况，其主要原理是允许将测量值转换成数据和图像；并直接和准确地计算其测量值。

5.数字图像处理技术的发展趋势

目前随着科技飞速发展，数字图像技术发展空间很大，硬件等设施成本降低、技术性能提升，计算机数字图像技术在当前信息化时代已经在各个领域得到非常广的应用，发挥着重要作用。当前我国数字图像技术的研究主要集中在一些诊断技术、图像压缩编码技术以及目标识别技术等方面，但是在实际生活中还没有得到广泛应用。纵观其发展历程，在未来社会，数字图像处理技术将对图像分辨率要求更高，将向立体化、智能化等方面发展。总之，数字图像处理技术已经在我们生活中应用非常广泛，随时可以见。它的发展关系到每个人对未来社会优越生活的追求高低、物质文化生活享受的状况，我们可以利用手机去上网、聊天、看电视、户外自拍等，每一操作与数字图像处理技术息息相关，紧密联系。这一技术也与多个学科、多个领域的发展紧密关联，因此我们应当能够密切关注数字图像处理技术，深入探究、探讨其未来的发展方向。我们坚信，数字图像处理技术一定能够影响各行各业，给我们未来的生活带来更多的惊喜。

结束语：

当前随着我国生产力水平的提升，多媒体数字图像处理技术对现实中的工业生产、日常生活、资源利用等方面，都有着强大的促进作用，并产生了很高的社会价值，为我国更多行业的信号提取和处理提供帮助，提高我国各行业的发展效率，但是在局部仍无法满足社会进步的需要。文章以数字图像处理技术的基本原理为出发点，讲述了该技术的发展与应用历程，然而就其发展前景来说，只是冰山一角。伴随着我国科技的迅猛发展，特别是信息产业技术的快速前进，相信多媒体数字图像处理技术将日渐成熟，然而我们仍要看到技术发展的不足，对于发现的问题及时进行改进，努力提升技术水平，相信数字多媒体图像处理技术将有更好的明天。

参考文献：

[1]张婷.浅析数字信号处理的发展应用[J].科技信息技术论坛，2014.

[2]王红.数字图像处理技术的应用现状和发展前景[J].质量标准化，2015（12）.

[3]胡晓芳.数字信号处理技术的应用与发展[J].电子技术与软件工程，2017（15）：103.