试论计算机数字处理技术在图像处理方面的应用研究

（即墨区第一职业中等专业学校，山东 青岛 266000）

0 引言

随着多媒体技术和网络技术的快速发展，数字图像处理已经广泛应用到了人类社会生活的各个方面，如：遥感、工业检测、医学、气象、通信、侦查、智能机器人等。无论在哪个领域中，人们喜欢采用图像的方式来描述和表达事物的特性与逻辑关系，因此，数字图像处理技术的发展及对其的要求就越来显得重要。

1 数字图像处理技术及MATLAB技术简介

1.1 数字图像处理技术发展及特点

计算机数字图像处理技术在当前大量的工程领域当中都有所应用，当前大量的工作都需要通过信号处理来完成，信号在种类上也是十分繁多的，例如机械信号、光能信号、热能信号等。而其处理的意义就是通过变换、分析等方式来完成内部信息的提取。由此计算机数字图像处理技术应运而生，其作为单独的学科进行研究最早能够追溯到20世纪60年代，彼时随着图像处理技术的不断成熟其逐渐形成了一套完整的理论体系。在未来计算机数字图像处理技术的发展趋势首先会向着更高精密度的行业进行发展，为此其需要解决的首要问题正是图像的精度，其次在进行图像处理的过程当中会涉及到大量的数据运算，因此在未来需要由完整的数学模型来进行数据量规模的缩小，最后在对相关的技术标准进行固定后能够将人为主观上的影响降至最低[1]。

1.2 计算机数字图像处理运用目的

目前社会的信息化发展程度正在不断完备，人们的生活中充斥着各类信息。而信息的获取方式多种多样，图像也是信息传递过程当中的一项重要途径。大数据处理及储存技术作为计算机数字图像处理技术的基础，在当前计算机行业得到迅猛发展也为其提供了十分可靠的基础，人们能够通过使用计算机来对各类图像进行处理，以此来满足行业内部的种种需求。因而数字计算机图像处理的运用目的能够涵盖在生活生产的各个方面。例如在航空航天领域能够通过使用计算机数字图像处理技术来对地球资源的分布情况进行研究，而在医学领域则能够对病人的病因及病灶进行分析，由此可见计算机数字图像处理技术会对生活产生重大的影响。

1.3 MATLAB软件简介

MATLAB软件是目前主流的科学计算软件之一，MATLAB是全程Matrix Laboratory的缩写形式。该软件最早在20世纪70年代由Cleve Moler博士在教授数据分析及矩阵理论时完成编写，希望通过此软件能够帮助研究人员避免进行重复的矩阵运算及大量的基础数学运算。此软件在20世纪90年代中期进入市场，自进入市场至今经过多年的发展已经成为了工程计算领域当中最为常用的应用软件，其包含的范围有数值计算、神经网络、微积分、自动控制等，同时由于其在结构上有着极强的开放性，因此在需求有一定的特异性时，其进行对外补充也是十分便捷的。同时MATLAB对使用者提供了大量的方针模块，能够满足信号处理、图形处理、神经网络等方面的需求[2]。

MATLAB语言的特点首先是其在数值计算方面十分强力，不仅能够计算加减乘除及最为基本的正弦、余弦函数，其还能够计算例如特征值、特征向量等高级的复杂函数。此外MATLAB还支持符号计算这一功能，能够通过调用工具箱及函数集完成函数的计算。最后在仿真功能方面MATLAB的simulink组件能够完成动态模型的建立，以此用户能够根据逻辑框图当中的内容模拟并控制系统。

2 实现图形处理系统总体设计

2.1 系统设计原则及设计步骤

对于系统设计而言，首先其应当包含尽可能多的技术方位，通过这样的方式帮助所有的使用者都能在使用的过程当中收获自身需要的内容，其次在系统界面方面要足够简单明了且具备良好的交互性，当应用平台拥有较好的交互性时其使用者则能够在最短的时间掌握相应的理论内容及操作方法。

而在设计步骤方面，首先要根据实际的使用情况对具体任务完成提炼，然后根据任务分类完成模块化操作界面的分析。最后分局相关的系统功能完成结构构图的建立，由此使系统整体的实用性得到提升。

2.2 系统特点及功能

系统特点包括有较强的实用性，能够应对大部分的工作，操作界面基于MATLAB软件的界面完成开发，因此遵照了简单化及功能化的原则，同时兼备较强的适用性，所有的参数计算结果都无需进行二次调节。在系统的功能方面首先其能够对图像进行保存、读取、显示及对应类型的相互切换，其次其能够对图像完成几何属性上的操作，其几何属性操作包括图像的放大、缩小剪切等。此外图像的变化也是重要的功能，而在二值图像操作上主要内容则包含噪声滤除、边界及骨架提取等内容，最后需要实现的功能还有图像的增强，例如直方图处理、锐化滤波等，下文将分别对其进行详细的设计阐述。

3 系统详细设计

3.1 文件模块设计

文件模块主要是通过菜单来完成对图像的基本操作，例如读取或显示都能够通过文件模块完成。其具体的操作流程详情见图1。

由图1可知，在使用MATLAB进行工作时读取文件是对图像进行处理的一项先决条件[3]。而在对图像进行读取的过程当中需要使用imread来实现，imread能够在任意文件格式当中使用任意深度来完成图像的读取，其实际格式为：

其中，FILENAME是图像读取时的文件名称，FMT为图像文件的格式。在对图像信息进行读取时其相关信息格式如下：

其中，INFO是M塔拉报的结构体，在图像显示当中所使用的函数分别是imshow、colorbar、image等，其中image使用的窗口及坐标轴都是默认形式的，imshow函数与image函数相似能够完成句柄图形的创建同时也能够对句柄图形的各方面属性及特征进行编辑以此达成更好的效果。对于图像打开及保存而言其系统的操作形式为交互式的操作形式，因此不能使用单纯的相应命令实现，即使其拥有较强的执行力但是对操作人员的专业素养有着相当的需求。

3.2 图像转换模块设计

图像转换模块的目的是为了帮助不同类型的文件进行相互的转换，MATLAB的图像类型由索引图像、灰度图像、二值图像、RGB图像所构成。其储存格式详情见表1。

表1 图像存储格式

在对图像类型转换的过程当中MATLAB分别对其包含对应的函数，例如在真彩图像向索引图像进行转换的过程当中其函数为：

真彩图像向索引图像进行转换的用处为能够帮助降低存储空间，而索引图像向真彩图像进行转化的函数为：

由索引图像向真彩图像进行转化的作用是能够帮助便于图像的处理，同时其转化形式还包含彩色模型的转换，在对图像进行处理的过程当中用以体现颜色的数据为RGB数据，但在RGB数据之外还能够使用例如NTSC模型及HSV模型等来完成颜色空间的构成[4]。其中NTSC模型有能够被称为YIQ模型，其中Y、I、Q分别代表亮度信息、橙色到青色的裱花及紫色到绿色的变化。在MATLAB软件工具箱当中也是涉及了其相互之间转换的函数，具体函数为：

3.3 运算模块设计

作为图形处理最为基础也是在实际应用当中应用最为广泛的技术之一，通过运算模块能够完成图像的非线性运算来对图形的对比度进行调整，其基本形式首先为图像点运算，通过图像点运算能够在完成一个像素值的输入后得出对应点的具体值，其具体的函数形式为：

在此函数当中A（x，y）是输入的图像，B（x，y）为输出的图像，通过使用点运算的方式能够完成图像的增强处理。这样的方式能够帮助图像灰度范围及分布情况得到改变，同时图像在动态范围上也能有所增大其自然能够收获更高的清晰度[5]。点运算由灰度映射函数f决定，因此其能够由此作为依据分为非线性运算及线性运算两种形式，其中线性点运算能够使用线性方程的形式进行表达，详情为：

就代数运算方面的内容而言其图像的加法能够在场景相同的多幅图像当中用于平均效果的求出，通常此时会对多幅图像进行采集，同时将多幅图像用于代数加法的运算当中后对同一像素点的平均值完成求导，此时能够在运算的过程当中去除多余的噪点[6]。在减法的应用当中减法也能够被称为差分法，即为将相同的图像进行相减计算，其能够完成图像变化状态的检测。

图像的乘法即为对其相应的元素值进行以像素点为单位的对乘，其主要是用于提高图像的亮度及对图像当中的指定部分进行屏蔽，但是可能会由于数值变化范围过大出现溢出的情况，在出现此状况时应当在进行操作前将类型转化为uint16类型。最后图像的除法则是形态学图像处理当中经常会使用的，通过除法能够对图像之间的差别进行检测，由此能够完成图形非线性差别影响的校正。

3.4 增强模块设计

在大量的图形处理方式当中图像增强是日常使用率最为频繁地一种，通过图像增强能够收获视觉效果更好的图像。图像增强的技术种类有很多种，分别是空域变换增强、域频变换增强及空域滤波增强。

首先空域变换增强能够通过直接灰度调整的方式来完成矩阵灰度值的动态调整，此时调整可以是线性或非线性的。其次空域变换增强还能够通过灰度切分的方式来帮助某一范围的灰度范围变得较为突出，通过这样的方式来完成图像增强。第二域频变换增强是基于集卷理论将图像当中的空域向所需要的域频进行转换，这样的转换过程能够被称为域频的正变换，经常使用的域频变化形式由傅里叶变化、radon变换等。最后空域滤波增强则是通过借助末班对相邻域完成操作，使用这样的方式保证所有像素点的取值都能够输入到相邻的像素值当中并通过计算完成图像增强。

4 结论

通过本文的论述将计算机数字处理技术在图像处理方面的应用进行了对应的研究，具体方式则是由相关的技术简介入手完成总体设计及详细设计方面的论述，希望通过这样的形式来对其常用函数、常用技术进行分解分析。但是就目前的情况而言计算机数字处理技术在图像处理方面仍有较大的进步空间，其在处理的速率上依旧不够流畅，这也标志着未来在算法的优化上需要进一步的强化，而在系统界面方面未来的发展方向应当向着更利于大型系统的开发方向发展。