数字图像处理伴随着计算机技术的发展诞生，已成为现代科学与技术中不可缺少的一门学科。本文综述了数字图像处理的优点、数字图像处理的应用和发展，列举并阐释了部分数字图像处理技术在生物医学、公安安全、通信工程、工业工程领域中的分析方法；通过例举三维重建和虚拟现实在刑事案件应用的实例，分析了三维重建和虚拟现实的优点及其未来发展。 自二十世纪六十年代起，数字技术与计算机技术的高速发展，数字图像处理孕育而生，成为了一门崭新的学科。数字图像处理是将图像信号转化为数字信号，通过计算机对图像的一系列操作，如图像变换、图像增强、图像分割和图像复原等，以达到预期目标的技术。数字图像在采样、量化、识别、速度等方面占有一定优势，因此，数字图像处理技术被广泛应用于工业、远距离通信、遥感航天、军事公安和生物医学中。多学科的融合以及市场的大量需求，促使着数字图像处理在现代社会的快速发展。 1 数字图像处理的优点 1.1 再现性好 不同于模拟图像处理，所有的数字图像都是用数组或数组集合来表示，只要图像在数字化时准确地表现了原图像的特征，在图像传输、复制和存储过程中，都能保持好图像的数据不变，从而拥有良好的再现性。 1.2 处理精度高 图像数字化时，依靠现在的技术，可以量化为任意大小的二维数组，而处理图像应用的计算机程序是一样的。我们只需要通过修改参数即可修改图像像素和大小。 1.3 通用性 不论图像是何种光谱成像，不论成像设备是何种规模和精度，都可以将图像数字化成对应灰度图像组成的二维数组，因此均可通过计算机来处理。 1.4 灵活性强 可以通过设计许多不同的程序，将图形按照预期进行线性或者非线性变换来实现不同种类的功能，来达到处理图像的目的，对此数字图像处理拥有很强的灵活性。 2 数字图像处理的应用 2.1 生物医学方面的应用 在信息化、数字化的时代，数字信息应用在生物医学方面的成果伴随着人们的生活。大家最为熟知的便是超声医学影像。如今，医学影像成为医生对于人体内部组织或器官是否病变，更为直观、清晰、准确的判断。这门技术不光运用于人类，动物体内器官病变的诊断和治疗也会使用。由于超声医学影像的方便、快速、准确、安全和费用低廉的有点，在临床诊断、术前术后检测、治疗等方面起着很大的作用。 一直以来，高清的医学影像一直以来是临床医学者所追求的。X射线光源亮度不均匀，存在噪声干扰、灰度的误差等，最终都会影响图像的清晰度，甚至模糊不清。因此，我们利用图像处理技术来消除模糊，提高清晰度。 具体应用到的方法有很多，根据实际所需，运用图像去噪的方法来去除噪声；运用图像增强技术提高整体图像效果；运用空间域平滑或空间域锐化对图像细节的调整；还可以运用灰度变换，对灰度进行线性的或非线性的变换，增大图像的对比，让图像变得更加清晰，特征更加明显。总所周知，人眼对于彩色的敏感度是远高于对灰度的敏感度，所以，将所得到的灰度图像经过伪彩色增强，生成彩色图像，增强人眼对于影像中细节的分辨能力，从而提高诊断的准确性。 2.2 公安安全方面的应用 随着平安城市不断地建设，闭路电视在近几十年得到了快速的发展，大街小巷都安装着各式各样的监控设备。监控系统可以记录监控可视范围内的人员活动的录像，为公安案件侦查提供了很大的帮助。但是电子产品跟随着时间的推移，或多或少会受到外界和自身老化的影响，记录的画面会变得模糊不清，不能有效分辨图像的有用信息，这种情况给公安机关侦查带来了诸多不便。 常见的，因大雾大雨等天气原因、无光照夜晚、干扰噪声、车辆超速等造成的拍照模糊。或者由于成像系统、传输介质和设备的不完善，导致图像质量下降，造成图像的退化，我们就可以利用数字图像处理技术来处理图像模糊。同样，不同类型的模糊图像，采取不同的处理方式。直方图均衡化是计算机视觉和图像处理中一种经典的点处理算法，非常适合应用于黑暗环境下，低照度狭窄灰度范围的情况。图像去噪与图像去雾，可以处理噪声影响和大雾引起的模糊不清。图像除抖则可以用于机动车超速拍照，便于识别机动车车牌。图像退化的恢复，首先需要了解图像的退化原因，然后列出图像退化的数学模型，再逆向推演，最后将图像恢复。 与人们息息相关的指纹识别，也是利用了数字图像处理技术。指纹识别不仅在公安破案时，而且在身份识别上都起到了巨大的作用。指纹识别系统的五大模块中，运用了包括但不限于图像裁剪、平滑处理、锐化处理、二值化、修饰细化处理等方法来识别、分类和存储指纹。指纹的识别和分类流程如图1所示。 图1 指纹识别和分类流程 2.3 通信工程的应用 通信工程是电子信息工程中一个非常重要的方向，目前通信领域的发展迅速，和并且具有很大的潜力。特别是数字通信、量子通信、光纤通信等技术的蓬勃发展，让人们的信息搜索、信息传递、信息收取等在速度和质量上达到了便捷、高效。通信主要研究信息的传递与接收，而图像传输，尤其是远距离图像通信中，实现的难度是最大的。首要问题便是图像信息的数据量大，传输信道狭窄，比如普通的电话线，传输速率为9600b/s，传输一幅512×512×8比特图像就需要花费300s。若想快速高效的传输图像信息，就需要采用数据压缩和图像编码来压缩图像的比特量。该技术最早应用之一是在二十世纪二十年代，通过海底电缆传输一幅由纽约到伦敦的图片，将传输时间从一周缩短到小于三小时。 2.4 工业工程方面的应用 在工业工程方面，自动控制领域与图像识别处理相结合，利用计算机提供的可靠并且精确的数据，可以自动对生产线上生产的零件质量进行检测，并可对其进行分类。还可以检测印刷电路板的瑕疵，或对特殊产品的无损检测。如木材无损检测，该检测中还引入了伪彩色增强原理。其他方面的应用还有快递包裹、信件的自动分拣，物体内部元件缺陷的排查等。 3 数字图像处理的发展 3.1 高速实时化、智能化、标准化、高分辨率、立体化 加快数字图像处理技术发展，需要提高计算机等硬件的速度，实现AD/DA转换器的实时化；在智能化方面，与计算机识别、自动控制等领域相结合，能让计算机按照人类的想法和思维工作；在标准化方面，目前图像处理技术还没有统一标准，需要进一步完善和发展；在提高分辨率方面，从图像的采样分辨率，到图像显示器的分辨率都有待提高，高清的分辨率有利于我们分析；在立体化方面，二维图像向三位图像，甚至多维图像发展，通常与虚拟显示相结合。 3.2 三维重建 未来数字图像处理会向三维重建方向发展。一般情况下，三维重建的定义，是对之前存在或已被破坏的三维物体或场景进行恢复建立和重新构造，重建得到的数字模型，便于计算机识别和处理，更方便于人们直观感受。通俗来说，三维重建可以是由二维的图像构造出与其相对应的三维立体物体或者场景。因此三维重建技术与虚拟现实技术有着密不可分的联系。 在刑事分析中，可以利用虚拟现实技术记录刑事现场。利用高清的数码相机、数字图像处理软件和专业的虚拟现实（VR）成像技术，通过二维平面图像，连接多个视点，制造出一幅最大视角可达到360°并且动态的三维场景。这样的三维虚拟图像，高度的还原了现场的方位、现场的重点部位、现场的概览以及各种细节方面，它不会随着时间以及外界影响而改变现场的模样。这样的技术，不光对于刑事案件分析提供了很大的方便，而且将该技术运用到生活中，这样人们可以足不出户，在家就可以看到商品的各种细节。 4 总结 数字图像处理技术是一门集合多学科的综合性边缘学科，在各个领域已成为热门的研究对象。在生物医学、遥感、工业工程、公安安全、通信工程等领域得到广泛的应用，并且在未来的应用会越来越广。数字图像技术的应用，给经济和社会都带来了巨大的效益，并且推动着时代和社会的进步，为改善人们的生活水平也起到了至关重要的作用。相信在今后的科技发展中，数字图像技术会日益成熟。 数字图像处理伴随着计算机技术的发展诞生，已成为现代科学与技术中不可缺少的一门学科。本文综述了数字图像处理的优点、数字图像处理的应用和发展，列举并阐释了部分数字图像处理技术在生物医学、公安安全、通信工程、工业工程领域中的分析方法；通过例举三维重建和虚拟现实在刑事案件应用的实例，分析了三维重建和虚拟现实的优点及其未来发展。自二十世纪六十年代起，数字技术与计算机技术的高速发展，数字图像处理孕育而生，成为了一门崭新的学科。数字图像处理是将图像信号转化为数字信号，通过计算机对图像的一系列操作，如图像变换、图像增强、图像分割和图像复原等，以达到预期目标的技术。数字图像在采样、量化、识别、速度等方面占有一定优势，因此，数字图像处理技术被广泛应用于工业、远距离通信、遥感航天、军事公安和生物医学中。多学科的融合以及市场的大量需求，促使着数字图像处理在现代社会的快速发展。1 数字图像处理的优点1.1 再现性好不同于模拟图像处理，所有的数字图像都是用数组或数组集合来表示，只要图像在数字化时准确地表现了原图像的特征，在图像传输、复制和存储过程中，都能保持好图像的数据不变，从而拥有良好的再现性。1.2 处理精度高图像数字化时，依靠现在的技术，可以量化为任意大小的二维数组，而处理图像应用的计算机程序是一样的。我们只需要通过修改参数即可修改图像像素和大小。1.3 通用性不论图像是何种光谱成像，不论成像设备是何种规模和精度，都可以将图像数字化成对应灰度图像组成的二维数组，因此均可通过计算机来处理。1.4 灵活性强可以通过设计许多不同的程序，将图形按照预期进行线性或者非线性变换来实现不同种类的功能，来达到处理图像的目的，对此数字图像处理拥有很强的灵活性。2 数字图像处理的应用2.1 生物医学方面的应用在信息化、数字化的时代，数字信息应用在生物医学方面的成果伴随着人们的生活。大家最为熟知的便是超声医学影像。如今，医学影像成为医生对于人体内部组织或器官是否病变，更为直观、清晰、准确的判断。这门技术不光运用于人类，动物体内器官病变的诊断和治疗也会使用。由于超声医学影像的方便、快速、准确、安全和费用低廉的有点，在临床诊断、术前术后检测、治疗等方面起着很大的作用。一直以来，高清的医学影像一直以来是临床医学者所追求的。X射线光源亮度不均匀，存在噪声干扰、灰度的误差等，最终都会影响图像的清晰度，甚至模糊不清。因此，我们利用图像处理技术来消除模糊，提高清晰度。具体应用到的方法有很多，根据实际所需，运用图像去噪的方法来去除噪声；运用图像增强技术提高整体图像效果；运用空间域平滑或空间域锐化对图像细节的调整；还可以运用灰度变换，对灰度进行线性的或非线性的变换，增大图像的对比，让图像变得更加清晰，特征更加明显。总所周知，人眼对于彩色的敏感度是远高于对灰度的敏感度，所以，将所得到的灰度图像经过伪彩色增强，生成彩色图像，增强人眼对于影像中细节的分辨能力，从而提高诊断的准确性。2.2 公安安全方面的应用随着平安城市不断地建设，闭路电视在近几十年得到了快速的发展，大街小巷都安装着各式各样的监控设备。监控系统可以记录监控可视范围内的人员活动的录像，为公安案件侦查提供了很大的帮助。但是电子产品跟随着时间的推移，或多或少会受到外界和自身老化的影响，记录的画面会变得模糊不清，不能有效分辨图像的有用信息，这种情况给公安机关侦查带来了诸多不便。常见的，因大雾大雨等天气原因、无光照夜晚、干扰噪声、车辆超速等造成的拍照模糊。或者由于成像系统、传输介质和设备的不完善，导致图像质量下降，造成图像的退化，我们就可以利用数字图像处理技术来处理图像模糊。同样，不同类型的模糊图像，采取不同的处理方式。直方图均衡化是计算机视觉和图像处理中一种经典的点处理算法，非常适合应用于黑暗环境下，低照度狭窄灰度范围的情况。图像去噪与图像去雾，可以处理噪声影响和大雾引起的模糊不清。图像除抖则可以用于机动车超速拍照，便于识别机动车车牌。图像退化的恢复，首先需要了解图像的退化原因，然后列出图像退化的数学模型，再逆向推演，最后将图像恢复。与人们息息相关的指纹识别，也是利用了数字图像处理技术。指纹识别不仅在公安破案时，而且在身份识别上都起到了巨大的作用。指纹识别系统的五大模块中，运用了包括但不限于图像裁剪、平滑处理、锐化处理、二值化、修饰细化处理等方法来识别、分类和存储指纹。指纹的识别和分类流程如图1所示。图1 指纹识别和分类流程2.3 通信工程的应用通信工程是电子信息工程中一个非常重要的方向，目前通信领域的发展迅速，和并且具有很大的潜力。特别是数字通信、量子通信、光纤通信等技术的蓬勃发展，让人们的信息搜索、信息传递、信息收取等在速度和质量上达到了便捷、高效。通信主要研究信息的传递与接收，而图像传输，尤其是远距离图像通信中，实现的难度是最大的。首要问题便是图像信息的数据量大，传输信道狭窄，比如普通的电话线，传输速率为9600b/s，传输一幅512×512×8比特图像就需要花费300s。若想快速高效的传输图像信息，就需要采用数据压缩和图像编码来压缩图像的比特量。该技术最早应用之一是在二十世纪二十年代，通过海底电缆传输一幅由纽约到伦敦的图片，将传输时间从一周缩短到小于三小时。2.4 工业工程方面的应用在工业工程方面，自动控制领域与图像识别处理相结合，利用计算机提供的可靠并且精确的数据，可以自动对生产线上生产的零件质量进行检测，并可对其进行分类。还可以检测印刷电路板的瑕疵，或对特殊产品的无损检测。如木材无损检测，该检测中还引入了伪彩色增强原理。其他方面的应用还有快递包裹、信件的自动分拣，物体内部元件缺陷的排查等。3 数字图像处理的发展3.1 高速实时化、智能化、标准化、高分辨率、立体化加快数字图像处理技术发展，需要提高计算机等硬件的速度，实现AD/DA转换器的实时化；在智能化方面，与计算机识别、自动控制等领域相结合，能让计算机按照人类的想法和思维工作；在标准化方面，目前图像处理技术还没有统一标准，需要进一步完善和发展；在提高分辨率方面，从图像的采样分辨率，到图像显示器的分辨率都有待提高，高清的分辨率有利于我们分析；在立体化方面，二维图像向三位图像，甚至多维图像发展，通常与虚拟显示相结合。3.2 三维重建未来数字图像处理会向三维重建方向发展。一般情况下，三维重建的定义，是对之前存在或已被破坏的三维物体或场景进行恢复建立和重新构造，重建得到的数字模型，便于计算机识别和处理，更方便于人们直观感受。通俗来说，三维重建可以是由二维的图像构造出与其相对应的三维立体物体或者场景。因此三维重建技术与虚拟现实技术有着密不可分的联系。在刑事分析中，可以利用虚拟现实技术记录刑事现场。利用高清的数码相机、数字图像处理软件和专业的虚拟现实（VR）成像技术，通过二维平面图像，连接多个视点，制造出一幅最大视角可达到360°并且动态的三维场景。这样的三维虚拟图像，高度的还原了现场的方位、现场的重点部位、现场的概览以及各种细节方面，它不会随着时间以及外界影响而改变现场的模样。这样的技术，不光对于刑事案件分析提供了很大的方便，而且将该技术运用到生活中，这样人们可以足不出户，在家就可以看到商品的各种细节。4 总结数字图像处理技术是一门集合多学科的综合性边缘学科，在各个领域已成为热门的研究对象。在生物医学、遥感、工业工程、公安安全、通信工程等领域得到广泛的应用，并且在未来的应用会越来越广。数字图像技术的应用，给经济和社会都带来了巨大的效益，并且推动着时代和社会的进步，为改善人们的生活水平也起到了至关重要的作用。相信在今后的科技发展中，数字图像技术会日益成熟。

文章来源：生物医学工程与临床 网址: http://swyxgcylc.400nongye.com/lunwen/itemid-22369.shtml

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