图像处理

概述图像处理(image processing)，用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术。又称影像处理。

基本内容 图像处理一般指数字图像处理。数字图像是指用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值为一整数，称为灰度值。图像处理技术的主要内容包括图像压缩，增强和复原，匹配、描述和识别3个部分。

常见的处理有图像数字化、图像编码、图像增强、图像复原、图像分割和图像分析等。图像处理一般指数字图像处理。虽然某些处理也可以用光学方法或模拟技术实现,但它们远不及数字图像处理那样灵活和方便,因而数字图像处理成为图像处理的主要方面。

图像数字化通过取样和量化过程将一个以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式。图像在计算机内部被表示为一个数字矩阵，矩阵中每一元素称为像素。图像数字化需要专门的设备，常见的有各种电子的和光学的扫描设备，还有机电扫描设备和手工操作的数字化仪。

图像编码对图像信息编码，以满足传输和存储的要求。编码能压缩图像的信息量，但图像质量几乎不变。为此，可以采用模拟处理技术,再通过模-数转换得到编码，不过多数是采用数字编码技术。编码方法有对图像逐点进行加工的方法，也有对图像施加某种变换或基于区域、特征进行编码的方法。脉码调制、微分脉码调制、预测码和各种变换都是常用的编码技术。

图像压缩由数字化得到的一幅图像的数据量十分巨大，一幅典型的数字图像通常由500×500或1000×1000个像素组成。如果是动态图像，是其数据量更大。因此图像压缩对于图像的存储和传输都十分必要。

有两类压缩算法，即不失真的方法和近似的方法。最常用的不失真压缩取空间或时间上相邻像素值的差，再进行编码。游程码就是这类压缩码的例子。近似压缩算法大都采用图像交换的途径，例如对图像进行快速傅里叶变换或离散的余弦变换。著名的、已作为图像压缩国际标准的JPEG和MPEG均属于近似压缩算法。前者用于静态图像，后者用于动态图像。它们已由芯片实现。

图像增强和复原图像增强的目标是改进图片的质量，例如增加对比度，去掉模糊和噪声，修正几何畸变等；图像复原是在假定已知模糊或噪声的模型时，试图估计原图像的一种技术。

图像增强按所用方法可分成频率域法和空间域法。前者把图像看成一种二维信号，对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强。采用低通滤波（即只让低频信号通过）法，可去掉图中的噪声；采用高通滤波法，则可增强边缘等高频信号，使模糊的图片变得清晰。具有代表性的空间域算法有局部求平均值法和中值滤波（取局部邻域中的中间像素值）法等，它们可用于去除或减弱噪声。

早期的数字图像复原亦来自频率域的概念。现代采取的是一种代数的方法，即通过解一个大的方程组来复原理想的图片。

以提高图像质量为目的的图像增强和复原对于一些难以得到的图片或者在拍摄条件十分恶劣情况下得到的图片都有广泛的应用。例如从太空中拍摄到的地球或其他星球的照片，用电子显微镜或X光拍摄的生物医疗图片等。

图像增强

使图像清晰或将其转换为更适合人或机器分析的形式。与图像复原不同，图像增强并不要求忠实地反映原始图像。相反，含有某种失真（例如突出轮廓线）的图像可能比无失真的原始图像更为清晰。常用的图像增强方法有：①灰度等级直方图处理：使加工后的图像在某一灰度范围内有更好的对比度；②干扰抑制：通过低通滤波、多图像平均、施行某类空间域算子等处理，抑制叠加在图像上的随机性干扰；③边缘锐化：通过高通滤波、差分运算或某种变换，使图形的轮廓线增强；④伪彩色处理：将黑白图像转换为彩色图像，从而使人们易于分析和检测图像包含的信息。

图像复原

除去或减少在获得图像过程中因各种原因产生的退化。这类原因可能是光学系统的像差或离焦、摄像系统与被摄物之间的相对运动、电子或光学系统的噪声和介于摄像系统与被摄像物间的大气湍流等。图像复原常用二种方法。当不知道图像本身的性质时，可以建立退化源的数学模型，然后施行复原算法除去或减少退化源的影响。当有了关于图像本身的先验知识时，可以建立原始图像的模型，然后在观测到的退化图像中通过检测原始图像而复原图像。

图像分割 将图像划分为一些互不重叠的区域，每一区域是像素的一个连续集。通常采用把像素分入特定区域的区域法和寻求区域之间边界的境界法。区域法根据被分割对象与背景的对比度进行阈值运算，将对象从背景中分割出来。有时用固定的阈值不能得到满意的分割，可根据局部的对比度调整阈值，这称为自适应阈值。境界法利用各种边缘检测技术，即根据图像边缘处具有很大的梯度值进行检测。这两种方法都可以利用图像的纹理特性实现图像分割。

图像分析从图像中抽取某些有用的度量、数据或信息。目的是得到某种数值结果，而不是产生另一个图像。图像分析的内容和模式识别、人工智能的研究领域有交叉，但图像分析与典型的模式识别有所区别。图像分析不限于把图像中的特定区域按固定数目的类别加以分类，它主要是提供关于被分析图像的一种描述。为此，既要利用模式识别技术，又要利用关于图像内容的知识库，即人工智能中关于知识表达方面的内容。图像分析需要用图像分割方法抽取出图像的特征，然后对图像进行符号化的描述。这种描述不仅能对图像中是否存在某一特定对象作出回答，还能对图像内容作出详细描述。

图像处理的各个内容是互相有联系的。一个实用的图像处理系统往往结合应用几种图像处理技术才能得到所需要的结果。图像数字化是将一个图像变换为适合计算机处理的形式的第一步。图像编码技术可用以传输和存储图像。图像增强和复原可以是图像处理的最后目的，也可以是为进一步的处理作准备。通过图像分割得出的图像特征可以作为最后结果，也可以作为下一步图像分析的基础。

图像匹配、描述和识别 对图像进行比较和配准，通过分制提取图像的特征及相互关系，得到图像符号化的描述，再把它同模型比较，以确定其分类。图像匹配试图建立两张图片之间的几何对应关系，度量其类似或不同的程度。匹配用于图片之间或图片与地图之间的配准，例如检测不同时间所拍图片之间景物的变化，找出运动物体的轨迹。

从图像中抽取某些有用的度量、数据或信息称为图像分析。图像分析的基本步骤是把图像分割成一些互不重叠的区域，每一区域是像素的一个连续集，度量它们的性质和关系，最后把得到的图像关系结构和描述景物分类的模型进行比较，以确定其类型。识别或分类的基础是图像的相似度。一种简单的相似度可用区域特征空间中的距离来定义。另一种基于像素值的相似度量是图像函数的相关性。最后一种定义在关系结构上的相似度称为结构相似度。

以图片分析和理解为目的的分割、描述和识别将用于各种自动化的系统，如字符和图形识别、用机器人进行产品的装配和检验、自动军事目标识别和跟踪、指纹识别、X光照片和血样的自动处理等。在这类应用中，往往需综合应用模式识别和计算机视觉等技术，图像处理更多的是作为前置处理而出现的。

多媒体应用的掀起，对图像压缩技术的应用起了很大的推动作用。图像，包括录像带一类动态图像将转为数字图像，并和文字、声音、图形一起存储在计算机内，显示在计算机的屏幕上。它的应用将扩展到教育、培训和娱乐等新的领域。

常见图像处理软件Adobe Photoshop

软件特点：知明度以及使用率最高的图像处理软件。

软件优势：使用业界标准的Adobe Photoshop CS软件更加快速地获取更好效果，同时为图形和Web设计、摄影及视频提供必不可少的新功能。

与同行软件的比较：这回Adobe的确给设计师们带来了很大的惊喜，Photoshop CS新增了许多强有力的功能，特别是对于摄影师来讲，这次它大大突破了以往Photoshop系列产品更注重平面设计的局限性，对数码暗房的支持功能有了极大的加强和突破。

Adobe Illustrator

软件特点：专业矢量绘图工具，功能强大，界面友好。

软件优势：无论您是生产印刷出版线稿的设计者和专业插画家、生产多媒体图像的艺术家、还是互联网页或在线内容的制作者，都会发现Illustrator 不仅仅是一个艺术产品工具，能适合大部分小型设计到大型的复杂项目。

与同行软件的比较：功能极其强大，操作相当专业。与Adobe公司其它软件如Photoshop、Primiere及Indesign等软件可以良好的兼容，在专业领域优势比较明显。

CorelDRAW

软件特点：界面设计友好，空间广阔，操作精微细致。兼容性佳。

软件优势：非凡的设计能力广泛地应用于商标设计、标志制作、模型绘制、插图描画、排版及分色输出等等诸多领域。市场领先的文件兼容性以及高质量的内容可帮助您将创意变为专业作品。从与众不同的徽标和标志到引人注目的营销材料以及令人赏心悦目的Web图形，应有尽有。

与同行软件的比较：功能强大，兼容性极好，可生成各种与其它软件相兼容的格式，操作较Illustrator简单，目前在国内中小型广告设计公司应用率极高。

ACDSee

软件特点：不论您拍摄的相片是什么类型－家人与朋友的，或是作为业余爱好而拍摄的艺术照－您都需要相片管理软件来轻松快捷地整理以及查看、修正和共享这些相片。

软件优势：ACDSee 9可以从任何存储设备快速“获取相片”，ACDSee 9可以根据元数据信息（如关键词、大小、拍摄日期）将相片自动分类。您还可以使用受密码保护的“隐私文件夹”这项新功能来存储机密信息。

与同行软件的比较：强大的电子邮件选项、幻灯放映、CD/DVD刻录，还有让共享相片变得轻而易举的网络相册工具。使用红眼消除、色偏消除、曝光调整以及“相片修复”工具等快速修正功能来改善相片。

Macromedia Flash

软件特点：一个可视化的网页设计和网站管理工具，支持最新的Web技术，包含HTML检查、HTML格式控制、HTML格式化选项等。

软件优势：除了新的视频和动画特性，还提供了新的绘图效果和更好的脚本支持，同时也集成了流行的视频辑和编码工具，还提供软件允许用户测试移动手机中的 Flash内容等新功能。

与同行软件的比较：在编辑上你可以选择可视化方式或者你喜欢的源码编辑方式。

AutoCAD

软件特点：Autodesk公司的AutoCAD是目前应用广泛的CAD软件，具有完善的图形绘制功能、强大的图形编辑功能、可采用多种方式进行二次开发或用户定制、可进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。

软件优势：AutoCAD2004采用了XP风格的界面，所有工具栏的图标都是真彩色的、蓝色基调，看起来很漂亮。

与同行软件的比较：AutoCAD2004终于开始完全支持无限次地撤消和恢复操作。在图像管理方面功能有所加强，如现在可以保存调出图层状态、将图层状态存盘、图层拷贝、图层转换等。

Ulead GIF Animator

软件特点：友立公司出版的动画GIF制作软件，内建的Plugin有许多现成的特效可以立即套用，可将AVI文件转成动画GIF文件，而且还能将动画GIF图片最佳化，能将你放在网页上的动画GIF图档减肥，以便让人能够更快速的浏览网页。

软件优势：这是一个很方便的 GIF 动画制作软件，由 Ulead Systems.Inc 创作。Ulead GIF Animator 不但可以把一系列图片保存为 GIF 动画格式，还能产生二十多种 2D 或 3D 的动态效果，足以满足您制作网页动画的要求。

与同行软件的比较：与其它图形文件格式不同的是, 一个GIF文件中可以储存多幅图片，这时, GIF 将其中存储的图片像播放幻灯片一样轮流显示, 这样就形成了一段动画。

大头贴制作系统 V5.25

软件特点：大头贴制作系统就是本着简易操作的宗旨来开发的一套制作贴纸相的软件，用户只要简单的点一下鼠标就可以轻松制作出贴纸照片来。

软件优势：本软件不但能够打印出标准的大头贴,而且还支持将大头贴照片输出到屏幕保护程序以及将大头贴保存到硬盘,让你每时每刻都能看到自己亲手制作的大头贴！

与同行软件的比较：轻松简单的操作，轻松点几下鼠标，就可以轻松做出满意的大头贴，完全是傻瓜程式系统制作大头贴。[1]