影象處理中的模糊演算法及實現

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摘要:影象處理技術是用計算機對影象進行分析,以達到所需結果的技術,又稱影像處理。影象處理一般指數字影象處理,數字影象是指用數字攝像機、掃描器等裝置經過取樣和數字化得到的一個大的二維陣列,該陣列的元素稱為畫素,其值為一整數,稱為灰度值。而目前,我國影象處理水平遠遠落後於世界先進水平,技術的發展需求迫在眉睫。基於以上原因,本文研究了以模糊資訊處理技術為基礎的影象處理演算法及其實現,用一個簡單的程式實踐影象處理演算法。
  關鍵詞:影象處理;模糊技術;模糊演算法;物件導向;類庫函式  
  資訊是自然界物質運動總體的一個重要方面,人們認識世界和改造世界就是要獲得各種各樣的資訊。影象資訊是人類獲得外界資訊的主要來源,因為大約有70%的資訊是通過人眼獲得的,而人眼獲得的都是影象資訊。在近代科學研究、軍事技術、工農業生產、醫學、氣象及天文學等領域中,人們越來越多地利用影象資訊來認識和判斷事物,解決實際問題。例如:由於空間技術的發展,人造衛星拍攝了大量的地面和空間的照片,人們可以利用照片獲得地球資源、全球氣象和汙染情況等;在醫學上,醫生可以通過X射線層析照像,觀察到人體各部位的斷層影象;在工廠,技術人員可以利用電檢視像管理生產,由此可見影象資訊的重要性。獲得影象資訊非常重要,但目的不僅僅是為了獲得影象,而更重要的是將影象資訊進行處理,在大量複雜的影象中找出我們所需要的資訊。因此影象資訊處理在某種意義上講,比獲得影象更為重要,尤其是在當今科學技術迅速發展的時代,對影象資訊處理提出了更高的要求,以便更加快速、準確、可靠地獲得有用資訊。
  一、影象是指景物在某種成像介質上再現的視覺資訊
  影象是具有特定資訊的某種集合體,本質上可認為影象是資料的集合。為了研究和分析影象,需對影象進行必要的處理,常用的影象處理方法可分為下列幾種:
  (一)電學模擬處理把光強度訊號轉換成電訊號,然後用電子學的方法,對訊號進行加、減、乘、除、進行濃度分割、反差放大、彩色合成、光譜對比等。電視視訊訊號中常用它。近期發展較快的CCD模擬處理方法,是根據CCD的特性,有三種處理功能;①模擬延遲,改變時鐘脈衝頻率就能實現模擬;②多路調製把並列輸入的訊號轉換成序列的時序訊號,或者建立它的反變換,可實現資料資訊的重新排列:③它能作各響應的濾波器,而濾波器就是一個訊號處理裝置。CCD模數處理在裝置、成本方面都有很大的優越性,在濾波技術方面較計算機更易於實現。
  (二)光學一計算機混合處理混合處理一是先用光學辦法對影象作預處理,再用數字方法做精處理。因而兼備了二者的優點,在某些場合得到應用。
  二、影象處理技術基礎
  (一)影象處理技術。
  影象處理技術是用計算機對影象進行分析,以達到所需結果的技術,又稱影像處理。影象處理一般指數字影象處理,數字影象是指用數字攝像機、掃描器等裝置經過取樣和數字化得到的一個大的二維陣列,該陣列的元素稱為畫素,其值為一整數,稱為灰度值。影象處理技術的主要內容包括影象壓縮,增強和復原,匹配、描述和識別3個部分。
  影象壓縮,由數字化得到的一幅影象的資料量十分巨大,一幅典型的數字影象通常由500×500或1000×1000個畫素組成。如果是動態影象,是其資料量更大。因此影象壓縮對於影象的儲存和傳輸都十分必要[2]。

影象處理中的模糊演算法及實現

有兩類壓縮演算法,即不失真的方法和近似的方法。最常用的不失真壓縮取空間或時間上相鄰畫素值的差,再進行編碼。遊程碼就是這類壓縮碼的例子。近似壓縮演算法大都採用影象交換的途徑,例如對影象進行快速傅立葉變換或離散的餘弦變換。著名的、已作為影象壓縮國際標準的JPEG和MPEG均屬於近似壓縮演算法。前者用於靜態影象,後者用於動態影象。它們已由晶片實現。
  影象增強和復原,影象增強的目標是改進圖片的質量,例如增加對比度,去掉模糊和噪聲,修正幾何畸變等;影象復原是在假定已知模糊或噪聲的模型時,試圖估計原影象的一種技術。影象增強按所用方法可分成頻率域法和空間域法。前者把影象看成一種二維訊號,對其進行基於二維傅立葉變換的訊號增強。採用低通濾波(即只讓低頻訊號通過)法,可去掉圖中的噪聲;採用高通濾波法,則可增強邊緣等高頻訊號,使模糊的圖片變得清晰。具有代表性的空間域演算法有區域性求平均值法和中值濾波(取區域性鄰域中的'中間畫素值)法等,它們可用於去除或減弱噪聲。
  (二)影象處理的應用。