数字图形与图像技术的应用

1.数字图像处理技术优势分析

随着计算机与网络通信技术的普及，我们已经逐步习惯通过数字图像传递信息，而数字图像强大的后期处理技术也在改变我们的生活。与模拟图像处理技术相比，数字图形图像处理技术具有如下优势：

（1）再现性好

数字摄影技术取代传统摄影技术成为主流的关键性因素，就在于数字图像在存储、传输或复制等一系列过程中可以保持无损状态，而不会出现图像质量的明显退化。传统摄影技术的最大优势，在于拍摄图像精度高，不会因为放大图像而出现质量衰减，但这一优势也在数字图像获取精度不断提升、相机分辨率不断增大的过程中消失殆尽。总而言之，数字图像只要在数字化的过程中尽可能无损地反映模拟图像及景色的原貌，即使经过后续处理、多次传输及反复保存，仍能保持图像的真实再现。

（2）处理精度高

随着数字图像输入设备如扫描仪、摄像机等硬件设备的扫描精度的不断提升，我们几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，数组元素的尺寸大小仅取决于图像数字化设备与显示器件的性能。对计算机而言，无论数组大小及像素位数多少，数字图像处理流程几乎是一样的。换而言之，只要数字化设备硬件及软件系统符合要求，无论输入图像的精度多高，数字图像的处理精度都可以无限满足设计者需要。

（3）适用面广

数字图像处理技术适用于各种数字图像，无论是可见光图像，还是不可见的波谱图像，如X射线图像、γ射线图像、超声波图像及红外图像，抑或是来自特殊输入设备的电子显微镜图像、遥感图像甚至天文望远镜图像，只要变为数字编码，都可用计算机进行处理，但处理技术根据图像特点及处理目标有所调整。

（4）灵活性高

数字图像处理技术包罗万象、功能丰富，但归纳起来可分为改善图像画质、图像分析和图像重建三类。传统模拟图像处理即图像的光学处理，从原理上说只能进行线性运算，而数字图像处理技术吸收了信号处理、矩阵计算等数学处理技术，不仅可完成线性运算，还可实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系式表达的运算均可用数字图像处理技术实现。

2.数字图像处理技术的应用

数字图像处理技术不仅可用于可见光图像处理，而且可用于不可见光图像处理，甚至可用于非可视图像（图像内容的视觉效果与目标形状等外观无关，仅是信号转换的结果）。由于可处理的图像信息源范围广泛，处理技术丰富多样，数字图像处理技术的应用领域涉及人类工作生活的方方面面，而且随着人类需求的扩展及软硬件技术的提升不断发展着，发展方向包括专业精通和跨领域融合。

（1）航空航天技术方面的应用

数字图像技术具有传输速度快、压缩保存保真效果好、处理方式多样化等诸多优点，因此，在航空航天领域有广泛的应用。我们可以通过神舟“玉兔”传回的图片了解月球及太空的情况，通过卫星遥感图像了解地球上大至国土疆界、小至行人位置的各种信息，通过侦查飞机来往于各州界进行空中摄影。通过以上手段获取的数字图片浩如烟海，如果依靠人力进行筛查和分析，那么需要消耗大量人力、物力和时间，而如今可以通过高级计算机搭载的图像处理系统来判读分析，从而实现快速精准地对关键信息进行有效筛查。

以LANDSAT系列陆地卫星为例，通过多波段扫描器在900 km高空扫描，成像的地面分辨率在几十米到100 m之间。这些图像先在空中进行数字化处理形成数字信号存入磁带中，当卫星经过地面基站上空时，将图像高速传输至地面，然后由处理中心分析判读。由卫星获取的遥感图像在成像、编码、存储、传输、处理和分析等一系列过程中都需要用到大量数字图像处理方法。

航拍图像用途广泛，除了可通过陆地卫星获取地面图像进行资源调查（如森林调查、海洋泥沙和渔业调查、水资源调查等），还可用于灾害检测（如病虫害检测、水火监测、环境污染检测等）、资源勘探（石油勘查、大型工程地理位置勘探分析等）、农业与城市规划等。除以上用于地面信息获取与分析的领域，数字图像还在气象预报和星空研究等领域发挥了巨大的作用。

（2）生物医学工程方面的应用

现代医学技术的提升过程离不开CT、磁共振、超声技术的发展，医学图像处理技术在CT图像合成、X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、磁共振图像合成及软组织标定、立体定向放射治疗、微创手术导引等医学诊断领域都有重要的作用。除此以外，数字医学图像处理技术还在医用显微图像的处理分析过程中起到关键作用，如红细胞、白细胞分类，染色体分析，癌细胞识别等。综上所述，医学图像处理技术经历着从宏观到微观、人工辅助到自主智能的过程。

（3）通信工程方面的应用

当前通信技术的主要发展方向是文字、图像、声音与数据结合的多媒体通信。其最具代表性的技术就是将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上进行传输。其中，图像通信技术由于瞬时数据量十分庞大，需要采用数字编码技术压缩信息的比特量，应运而生的就是数字图像信号的压缩与传输技术研究。目前，该领域应用较为广泛的有熵编码、DPCM编码及变换编码等，除此以外，国内外还在大力研究新的编码技术，如分行编码、自适应网络编码等。

（4）工业和工程方面的应用

图像处理技术在工业制造和检测领域也有广泛的应用，如自动装配生产线中的零器件质检及分装、印刷电路板疵病检查、基于图片信息的关键部件的应力分析和阻力/升力分析、邮政信件的自动分拣等，都是该技术的体现。除此以外，搭载智能感知系统，初步具备类人视觉、听觉和触觉功能的智能机器人，不仅可在结构化的工厂车间中进行喷漆、焊接和装配等工艺，还可在非结构化高危环境内监控险情、寻找目标。

（5）军事安防方面的应用

随着图像处理技术的发展，基于雷达图像目标识别的导弹精确末制导技术，各种侦察照片的计算机自动判读技术，具有图像传输、存储和显示功能的自动化军事指挥系统，飞机、坦克和军舰模拟训练系统也应运而生。

图像处理技术除了在军事国防领域发挥巨大的作用，在民防安保领域也有广阔的空间。例如，经常在电影中看到的嫌疑人照片自动筛选识别、指纹识别、不完整图像复原，以及城市交通摄像头画面的自动筛查、流量监控、事故分析、车牌自动识别以及高速公路ETC自动收费系统等都是图像处理技术的最佳体现。

（6）文化艺术方面的应用

数字图像处理技术在文化艺术方面的应用十分广泛，可以说每一次多媒体技术的变革都离不开数字图像处理技术的发展。从近五年春节联欢晚会丰富多彩的数字大屏背景，到高清电影中令人眼花缭乱的特技特效，再到每个人手机里的各种电子图像游戏，我们的精神生活由于数字图像技术的融入而变得丰富多彩。除此以外，数字图像处理技术的融入使纺织工艺品设计、服装设计、发型设计、景观设计、文物资料的复原等工作的时间、人力和物力成本得到极大地降低，也在一定程度上改变了我们固有的工作模式。

（7）其他领域的应用

除以上所列领域，图像处理技术还在电子商务、科学可视化、网络技术（如身份认证、产品防卫、水印技术、信息可视化）等领域有着广泛的应用。数字图像处理技术的跨学科、跨领域融合，也使许多我们以前无法想象的科幻故事场景变为了现实。数字图像信息处理不只涵盖传统意义上的图像，还影响着非可见光图像处理技术、信号处理技术等相关领域的发展，而该领域技术发展的影响作用，也迅速地从实验室向日常生活蔓延。

总而言之，数字图像处理技术已在国家安全、经济发展、生产生活、科学研究、空天探测等领域中充当着越来越重要的角色，该技术的每一次变革和腾飞，都会带动相关领域产生“科技”革命。由此可见，努力发展数字图像处理技术，对国计民生的作用不可低估。