孫喜超
【摘? 要】光學(xué)模式識別信息處理容量大,運算速度快,但精度不高,存儲不靈活,不易判斷控制和分析。聯(lián)合變換相關(guān)器在光學(xué)圖像相關(guān)識別中得到廣泛的應(yīng)用。為了提高聯(lián)合變換相關(guān)器的性能,將數(shù)字圖像處理技術(shù)引入光學(xué)相關(guān)識別中,主要體現(xiàn)在對聯(lián)合圖像進(jìn)行預(yù)處理及對聯(lián)合功率譜的濾波處理。本文闡述國內(nèi)外常用的聯(lián)合圖像預(yù)處理算法和功率譜濾波算法,并對這些算法在光學(xué)相關(guān)識別中應(yīng)用效果進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字圖像處理;光學(xué)相關(guān)識別;應(yīng)用
一、數(shù)字圖像處理技術(shù)概述
計算機(jī)的顯著特征在于,能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)的處理,數(shù)字圖像在經(jīng)過采樣-量化處理后轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字存儲在計算機(jī)當(dāng)中,在經(jīng)過數(shù)字圖像處理之后,數(shù)據(jù)信息便會被分割、增強(qiáng)、復(fù)原,這一過程就是我們所說的數(shù)字圖像處理過程。
由此可見,數(shù)字圖像處理是計算機(jī)軟硬件有效結(jié)合的一種技術(shù),伴隨著先進(jìn)計算機(jī)的快速發(fā)展及其各行業(yè)中廣泛運用。在先進(jìn)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的推動下,數(shù)字圖像處理技術(shù)在獲得大程度發(fā)展的同時,展現(xiàn)出以下幾方面的特點:
1.圖像處理的多樣性
數(shù)字圖像編寫算法及程序上存在一定差異,會造成最終的圖像處理結(jié)果也是有所不同的。
2.圖像處理精準(zhǔn)度較高
隨著數(shù)字圖像處理精準(zhǔn)度的不斷升高,圖像再現(xiàn)性質(zhì)量也得到了相應(yīng)的提升,數(shù)字圖像處理實則是利用多種計算方法對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行的相關(guān)編寫與計算,伴隨著先進(jìn)計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,促使計算結(jié)果的精準(zhǔn)度得到了有效的保障,除此之外,多種計算方法的融合會獲得相近的計算結(jié)果,具有良好的再現(xiàn)性。
3.各學(xué)科技術(shù)的相互融合
數(shù)學(xué)與物理是數(shù)字圖像處理的基本性因素,除此之外,數(shù)字圖像處理技術(shù)是與計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電視技術(shù)等緊密的聯(lián)系在一起。
4.大量的數(shù)據(jù)處理
圖像當(dāng)中涵蓋了大量的信息,其中包含:有用、無用等各類信息,我們可利用圖像處理技術(shù)將無用信息完全的進(jìn)行消除,從而獲得圖像當(dāng)中的有用信息數(shù)據(jù)。
二、數(shù)字圖像在光學(xué)相關(guān)識別中處理技術(shù)及處理過程
圖像是人類獲取信息、表達(dá)信息和傳遞信息的重要手段。利用計算機(jī)對圖像進(jìn)行 去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等的理論、方法和技術(shù)稱為數(shù)字圖像處理。 數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為信息科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、工程科學(xué)、地球科學(xué)等諸多方面的學(xué)者研究圖像的有效工具。數(shù)字圖像處理主要包括圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像編碼、圖像復(fù)原、圖像重建、圖像識別以及圖像理解等內(nèi)容。
1.圖像處理的基本操作
讀取和顯示圖像可以通過imread和imshow來實現(xiàn);圖像的輸出用imwrite函數(shù)就可以很方便的把圖像輸出到硬盤上;另外還可以imcrop、imrisize、 imrotate等來實現(xiàn)圖像的裁剪、縮放和旋轉(zhuǎn)等功能。
2.圖像類型的轉(zhuǎn)換
Matlab 支持多種圖像類型,但在某些圖像操作中,對圖像的類型有要求,所以要涉 及到對圖像類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。Matlab7.0圖像處理工具箱為我們提供了不同圖像類型相互轉(zhuǎn)換的大量函數(shù),如mat2gray函數(shù)可以將矩陣轉(zhuǎn)換為灰度圖像,rgb2gray轉(zhuǎn)換RGB 圖像或顏色映像表為灰度圖像。在類型轉(zhuǎn)換的時候, 我們還經(jīng)常遇到數(shù)據(jù)類型不匹配的情況,針對這種情況,Matlab7.0工具箱中,也給我們提供了各種數(shù)據(jù)類型之間的轉(zhuǎn)換函數(shù),如double就是把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為雙精度類型的函數(shù)。
3.圖像增強(qiáng)
圖像增強(qiáng)的目的是為了改善圖像的視覺效果,提高圖像的清晰度和工藝的適應(yīng)性, 以及便于人與計算機(jī)的分析和處理,以滿足圖像復(fù)制或再現(xiàn)的要求。圖像增強(qiáng)的方法分為空域法和頻域法兩大類,空域法主要是對圖像中的各個像素點進(jìn)行操作;而頻域法是 在圖像的某個變換域內(nèi)對整個圖像進(jìn)行操作,并修改變換后的系數(shù),如傅立葉變換、DCT變換等的系數(shù),然后再進(jìn)行反變換,便可得到處理后的圖像。下面以空域增強(qiáng)法的幾種方法加以說明。
(1)灰度增強(qiáng)
有多種方法可以實現(xiàn)圖像的灰度變換,其中最常用的就是直方圖變換的方法,即直方圖的均衡化。這種方法是一種使輸出圖像直方圖近似服從均勻分布的變換算法。Matlab7.0圖像處理工具箱中提供了圖像直方圖均衡化的具體函數(shù)histeq,同時我們可以用函數(shù)imhist函數(shù)來計算和顯示圖像的直方圖[4]。
(2)空域濾波增強(qiáng)
空域濾波按照空域濾波器的功能又可分為平滑濾波器和銳化濾波器。平滑濾波器 可以用低通濾波實現(xiàn),目的在于模糊圖像或消除噪聲;銳化濾波器是用高通濾波來實現(xiàn),目的在于強(qiáng)調(diào)圖像被模糊的細(xì)節(jié)。
在Matlab中,各種濾波方法都是在空間域中通過不同的濾波算子實現(xiàn),可用 fspecial函數(shù)來創(chuàng)建預(yù)定義的濾波算子,然后可以使用imfilter或filter2 函數(shù)調(diào)用創(chuàng)建好的濾波器對圖像進(jìn)行濾波。
4.邊緣檢測
數(shù)字圖像的邊緣檢測是圖像分割、目標(biāo)區(qū)域識別、區(qū)域形狀提取等圖像分析領(lǐng)域 十分重要的基礎(chǔ),也是圖像識別中提取圖像特征的一個重要屬性。邊緣檢測算子可以檢查每個像素的鄰域并對灰度變化率進(jìn)行量化,也包括對方向的確定,其中大多數(shù)是基于 方向?qū)?shù)掩模求卷積的方法。常用的Sobel算子,Prewitt算子,Roberts算子,Log算子等。Matlab7.0工具箱中提供的edge(函數(shù)可以進(jìn)行邊緣檢測,在其參數(shù)里面,可以根據(jù)需要選擇合適的算子及其參數(shù)。
三、數(shù)字圖像處理在光學(xué)相關(guān)識別中主要研究的內(nèi)容
1.圖像變換
由于圖像陣列很大,直接在空間域中進(jìn)行處理,涉及計算量很大。因此,往往采用各種圖像變換的方法,如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù),將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理,不僅可減少計算量,而且可獲得更有效的處理(如傅立葉變換可在頻域中進(jìn)行數(shù)字濾波處理)。目前新興研究的小波變換在時域和頻域中都具有良好的局部化特性,它在圖像處理中也有著廣泛而有效的應(yīng)用。
2.圖像編碼
壓縮圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量(即比特數(shù)),以便節(jié)省圖像傳輸、處理時間和減少所占用的存儲器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得,也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法,它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。
3.圖像增強(qiáng)和復(fù)原
圖像增強(qiáng)的目的是為了提高圖像的質(zhì)量,如去除噪聲,提高圖像的清晰度等。圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的原因,突出圖像中所感興趣的部分。如強(qiáng)化圖像高頻分量,可使圖像中物體輪廓清晰,細(xì)節(jié)明顯;如強(qiáng)化低頻分量可減少圖像中噪聲影響。至于圖像復(fù)原,我們將在下邊作詳細(xì)討論。
四、數(shù)字圖像處理技術(shù)在光學(xué)相關(guān)識別中的未來發(fā)展
1.需進(jìn)一步強(qiáng)化軟件理論知識的探究,挖掘出全新的數(shù)字圖像處理方法,注重與其相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域成果的探究,憑借新思維、新方法在圖像處理中進(jìn)行有效的運用;
2.圖像處理準(zhǔn)確性與處理速度非常重要。通過對氣象云圖、遙感進(jìn)行的深入淺析可以看出,大量的數(shù)據(jù)信息與處理速度二者之間存在很大的矛盾,是需要針對具體問題來加以解決的;
3.深入探究數(shù)字圖像處理基本知識。需對數(shù)字圖像處理基本知識進(jìn)行深層次的學(xué)習(xí)與掌握,這樣才能夠使得圖像處理技術(shù)基本理論完善化;
4.注重邊緣學(xué)科的探究??茖W(xué)的邊緣性探究是通過對與數(shù)字圖像處理技術(shù)有關(guān)學(xué)科進(jìn)行的探究,與數(shù)字圖像處理技術(shù)緊密聯(lián)系的學(xué)科包括:心理學(xué)、視覺學(xué)等。在通過深入探究后便能夠有更大的突破與創(chuàng)新,促使我國的數(shù)據(jù)圖像處理技術(shù)獲得更大的進(jìn)步;
5.標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。較大的數(shù)據(jù)量信息是數(shù)字圖像的顯著特征,可是,圖像信息處理中的檢索、交流中潛存很多的問題,目前與計算機(jī)圖像處理相關(guān)的軟硬件是非常多的,同時并無一體化的平臺,這對于數(shù)字圖像處理工作的開展造成了很大的障礙。
結(jié)語
將光學(xué)處理和數(shù)字處理結(jié)合起來,可以取長補(bǔ)短,相輔相成。將數(shù)字圖像處理方法應(yīng)用在光學(xué)相關(guān)識別中能很大程度改善傳統(tǒng)光學(xué)相關(guān)識別器的性能,具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1]朱安琪.? 數(shù)字圖像處理與識別系統(tǒng)的開發(fā)研究[J]. 電子測試. 2016(09)
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[3]唐云龍,陳平. 智能交通中數(shù)字圖像處理技術(shù)的運用[J]. 中國高新區(qū). 2018(01)