图像处理方法研究及其应用

第２７卷第６期增刊２００６年６月

仪器仪表’学报

ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ

Ｖｏｌ＿２７Ｎｏ．６

Ｊｕｎｅ．２００６

图像处理方法研究及其应用

安宁１林树忠２刘海华１崔慧１

１（河北工业大学机械工程学院天津３００１３０）

２（天津工业大学机械电子学院天津３００１６０）

摘要本文重点阐述了图像平滑、图像二值化、阈值选取、边缘检测等关键图像处理方法，以及现阶段图像处理技术在工业、农业、医疗、交通等行业的应用及发展现状。

关键词图像处理图像平滑图像二值化阈值边缘检测

Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｔｈｏｄ＆ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

ＡｎＮｉｎ９１ＬｉｎＳｈｕｚｈｏｎ９２ＬｉｕＨａｉｈｕａｌＣｕｉＨｕｉｌ１（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａ巧ｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ）２（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６０，Ｃｈｉｎａ）

ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｓｏｍｅｋｅｙｍｅｔｈｏｄｓｏｆｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｕｃｈａｓｉｍａｇｅｓｍｏｏｔｈｉｎｇ，ｉｍａｇｅｂｉｎａｒｙｚａｔｉｏｎ，ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅｃｈｏｏｓｉｎｇ，ｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｅｔｃ，ａｌｏｎｇｗｉｔｈｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｍｅｄｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｔｒａｆｆｉｃｉｎｎｏｗａｄａｙｓａｒｅｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｍａｇｅｓｍｏｏｔｈｉｎｇｉｍａｇｅｂｉｎａｒｙｚａｔｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ

又不使图像的边缘轮廓和线条变模糊，这是图像平滑

１引言

图象处理技术就是利用计算机、摄像机及其他数字处理技术对图像施加某种运算和处理，以提取图像中的各种信息，从而达到某种特定目的的技术。

图像处理技术具有再现性好、精度高、适用面宽等特点。其广泛应用在工业自动化、文字及图纸的读取、医疗、交通及遥感图像处理等领域。随着计算机技术、数字技术的不断发展及图像处理设备成本的不断降低，图像处理技术在工程领域的应用将越来越普及。

２各种图像处理方法

２．１图像平滑

图像平滑的目的是消除噪声的影响，以改善图像质量。其方法为：利用邻域的平均或加权平均可以有效地抑制噪声干扰。图像平滑实际上就是低通滤波，让信号的低频部分通过，阻截属于高频部分的噪声信号。好的平滑方法应该是既能消除图像中存在的噪声处理要追求的主要目的。图像平滑滤波的方法主要有空域法和频域法两大类。

２．２图像二值化

二值视觉的产生是在机器视觉研究的早期，由于内存和计算能力非常有限，而且十分昂贵，因此视觉研究人员把精力主要集中在研究输入图像仅包含两个灰度值的二值视觉系统上。

二值图像可以通过适当地分割灰度图像得到。如果物体的灰度值落在某一区间内，并且背景的灰度值在这一区间之外，则可以通过阈值运算得到物体的二值图像，即把区间内的点置成１，区间外的点置成０。阈值的选择取决于照明条件和物体的反射特性。如何根据不同的图像选取一个动态的最优化的阈值是图像二值化的关键。

阈值选取的方法有两大类：全局门限技术和局部门限技术。

２．３边缘检测

图像的边缘是图像的最基本特征，包含了图像的重要信息。在图像处理上，一般认为，灰度发生急剧变

第６期增刊图像处理方法研究及其应用７９３

化的点即为边缘，在频域中则表现为高频分量。边缘主要存在于目标与目标、目标与背景、区域与区域之间，是图像分割、纹理特征提取和形状特征提取等图像分析的重要基础。图像分析和理解的第一步常常是边缘检测。图像中的边缘通常与图像亮度或图像亮度的一阶导数的不连续性有关。图像亮度的不连续可分为阶跃不连续和线条不连续。对一个边缘来说，有可能同时具有阶跃和线条边缘特性。由于边缘可能与场景中物体的重要特征对应，所以它是很重要的图像特征。设备就是一种图像处理应用的典型例子。该设备采用摄像检测系统，即通过低度摄像机拍摄路口车辆，采用图像处理与分析的方法判断当红灯有效时是否有车辆通过，若检测到有时，冻结该通过车辆画面，并将其保存到ＪＰＥＧ有损压缩存储格式文件上。

３．５其它方面

另外，图像处理在其它方面，如闭路电视监控系统中，被用于增强图像质量，捕捉突发事件，监控复杂场景，鉴别身份。在卫星遥感系统中，被用于分析各种遥感图像，进行环境监测、地理测量等。

３图像处理技术的应用４结束语

３．１在工业检测中的应用

图像处理技术，在生产和装配流水线上的工件自动识别中应用广泛。工件的自动识别是通过对摄像机所提供的零件试图及相关信息进行处理，判别流水线上的当前位置零件的品种、状态及方位来实现的。识别结果经过计算机传输给执行机构，如机器手或者机器人采用相应的动作，从而实现生产、装配和质量检测过程的自动化。

３．２在农产品分选中的应用

随着工厂化农业的快速发展，利用机器视觉技术对作物生长状况进行监测，实现科学浇灌和施肥，也是一种重要应用。如水果，根据颜色、形状、大小等特征参数；禽蛋，根据色泽、重量、形状、大小等外部特征；烟叶，根据其颜色、形状、纹理、面积等进行综合分级。３．３在医学中的应用

目前在医学领域普遍采用的是医学图像分割技术。图像分割是指将一幅图像分解为若干互不交迭区域的集合，是图像处理与机器视觉的基本问题之一。医学图像分割是图像分割的一个重要应用领域，也是一个经典难题。

３．４在交通系统中的应用

目前在道路交通自动控制中普遍使用的“电子眼”

图像处理技术的诞生和应用，极大地解放了人类劳动力，提高了生产自动化水平，改善了人类生活现状，具有很好的应用前景。该项技术目前在我国正处于起步阶段，急需广大科技工作者的共同努力，来迅速提高我国机器视觉技术的发展与应用水平，为现代化建设做出更大的贡献。

参考文献

Ｅｌｌ查英．自动装配生产线的机器视觉识别系统［Ｄ］．天津：天津大学，２００４．

［２］鲁昌华，徐胜海，刘春．数字图像处理技术在ＰＣＢ板检测中的应用［Ｊ］．仪器仪表学报，２００１，２２（４）：４２７

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［３］刘小华，崔卓．复杂背景下的人像检测［Ｊ］．小型微型计算机系统，２００４，２５：１００５—１００７．

［４］汪军峰，郭佑民．图像分割在医学图像中的研究方法及应用［Ｊ］．中国医学影像技术，２００５，２１（１０）：１６２７

—１６２９．

［５］许谊，徐毓娴，蔡听．图像处理技术在形貌测量中的应用［Ｊ］．仪器仪表学报，２００１，２２（３）：２１８—２２０．

［６１王勇智．数字图像的二值化处理技术探究口］．湖南理工学院学报，２００５，１８：３１—３３．

图像处理方法研究及其应用

作者：安宁， 林树忠， 刘海华， 崔慧， An Ning， Lin Shuzhong， Liu Haihua， Cui Hui

作者单位：安宁,刘海华,崔慧,An Ning,Liu Haihua,Cui Hui(河北工业大学机械工程学院,天津

,300130)， 林树忠,Lin Shuzhong(天津工业大学机械电子学院,天津,300160)

刊名：

仪器仪表学报

英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT

年，卷(期)：2006，27(z1)

引用次数：8次

参考文献(6条)

1.查英自动装配生产线的机器视觉识别系统[学位论文] 2004

2.鲁昌华.徐胜海.刘春数字图像处理技术在PCB板检测中的应用[期刊论文]-仪器仪表学报 2001(z1)

3.刘小华.崔卓.段锦.周春光复杂背景下的人像检测[期刊论文]-小型微型计算机系统 2004(7)

4.汪军峰.郭佑民.金晨望.牛刚图像分割在医学图像中的研究方法及应用[期刊论文]-中国医学影像技术 2005(10)

5.许谊.徐毓娴.蔡明图像处理技术在形貌测量中的应用[期刊论文]-仪器仪表学报 2001(z3)

6.王勇智数字图象的二值化处理技术探究[期刊论文]-湖南理工学院学报（自然科学版） 2005(1)

相似文献(10条)

1.学位论文朱相波基于偏微分方程的图像处理方法2005

本文首先介绍了偏微分方程模型在图像处理与分析中的应用、基本思想、发展历史和解决问题的基本框架，主要介绍了在图像恢复中的应用，总结了偏微分方程在图像中应用的优点及其面临的问题；其次建立了图像的数学模型；最后提出了一种新的图像平滑方法及其数值实现方法。同时在Alavarez模型的基础上，引入了奇异性检测理论和小波变换模极大值表示，提出了由小波变换模Msu(x，y)决定扩散速度的设想，建立了一种新的基于偏微分方程的图像平滑模型，并给出了模型的数值逼近模型，进一步给出了模型解的存在性、唯一性及其差分形式的稳定性、收敛性等相应的证明和说明。论文的最后给出了详细的算法及算例，来说明该方法在实际应用中能够取得明显的效果，优于文中实验过的其它方法。

2.会议论文王红亮.王洋.赵纯基于小波变换的ICT断层图像处理方法2008

鉴于小波变换良好的时频特性，具有突出信号局部特征的能力和进行多分辨率分析的能力。本文主要研究利用小波变换进行ICT断层图像处理的方法，着重研究了利用小波理论进行图像平滑和边缘检测的方法，针对摩托车气缸头复杂零件ICT断层图像进行了实验研究，取得了较满意的实验结果。

3.期刊论文李晋惠.彭海波公路病害检测中的图像平滑算法研究-现代电子技术2003,26(22)

在对公路路面裂缝类病害的检测过程中,通过认真分析路面病害图像特征,研究适合于路面病害识别的图像平滑算法.采用加权的邻域平均噪声滤除算法对病害图像进行平滑处理,裂缝的边缘得到了很好的保护.该算法用于对公路路面裂缝类病害的识别检测过程中,检测精度和检测效果都很好.

4.学位论文陈欣基于医学图像的Snake轮廓提取算法研究2004

医学图像处理是计算机视觉领域的一个分支，是计算机图形学和数字图像处理技术在生物医学工程中的重要应用。其中，基于医学图像轮廓序列的三维重建及可视化是当前研究的一个热点问题，在诊断医学、手术规划、模拟仿真、解剖教学及医学仿真训练等方面都有广泛的应用。因此，作为三维重建的前期处理阶段，对医学图像轮廓提取算法的研究具有重要的理论意义和广泛的应用前景。主动轮廓线模型Snake所特有的高度动态特性，使之非常适合于医学图像的分割和轮廓提取处理。本论文具体研究了利用Snake模型解决目标轮廓提取所面临的关键技术问题。

传统的图像平滑方法在去除噪声的同时往往会破坏边缘、线条、纹理等图像特征，本文研究了基于偏微分方程的各向异性扩散算法，改进

Perona&Malik图像平滑模型。实验结果表明改进后的平滑方法既能有效消除孤立噪声点，又可以较好地保持图像的边缘信息。

运用Snake模型实现医学图像轮廓提取的核心内容，是定义合理的能量公式，并采用合理的策略快速收敛到该能量的全局极小值。本文从Snake的几何模型出发，提出基于A*搜索过程的Snake轮廓提取算法，该算法解决了几何Snake模型的两个关键问题：1、采用加权平均法构造搜索图，使之能够合理反映图像像素的Snake能量；2、采用A*算法实现指定两点之间目标轮廓线的提取。由于A*搜索过程是一种全局最优搜索算法，并且在搜索过程中充分利用启发信息，从而能够保障并加快全局最小能量的收敛。

将本文提出的Snake算法应用于实际医学图像的分割与轮廓线提取，获得了较为满意的结果，它既能简化Snake模型的初始化工作，降低Snake对初始位置的敏感性，又可在较短时间内收敛到能量的全局极小值。实验结果表明，通过调节搜索地图构造参数，本文设计的轮廓提取算法对复杂多样的医学图像目标具有稳健的适应能力和准确的提取效果。

此外，本文还研究了基于轮廓线序列的医学图像三维重建技术，用于建立人体器官组织的几何模型。我们采用的工作路线是先对各断层轮廓进行二维的三角面片划分，然后在相邻层间连接四面体，最终形成三维的四面体网格。

5.会议论文李小红.蒋建国.吴从中.齐美彬基于TMS320C5416图像处理系统的开发与实现2008

DSP具有高速时钟频率,快速的运算速度和更高的数据精度,在图象处理领域得到广泛的应用。本文围绕基于TMS320C5416 DSP图象处理实验系统的硬件结构和处理软件进行了深入详细的研究.文章给出了基于TMS320C5416 DSP的图象处理系统硬件结构图,系统软件是基于MS320C5416的图象处理实验系统的一个重要组成部分.文章最后介绍了基于DSP的图像平滑的软件流程图和实验结果.

6.学位论文牟少敏昆虫图像处理与识别方法的研究2000

该论文讨论了数字图像处理技术在农业昆虫上的应用.主要研究了图像平滑、图像锐化、图像分割和图像识别等算法在昆虫图像上的具体应用,利用连通区域标记、孤立点和无关小区域的消降等算法进行了小昆虫自动计数的研究,同时,建立了昆虫特征库对昆虫进行了简单的识别.

7.学位论文张铁栋前视声呐的后置图像处理算法研究2004

水下目标的声探测与识别是一个困难而又有意义的课题.本文以某型号的前视声呐的显控系统为背景,内容涉及声呐数据分析、声呐图像显示以及声呐图像的后置图像处理与识别.具体的说,本文的主要内容包括:(1)综述了国内外图像处理的发展趋势以及声呐图像处理研究的现状.(2)分析声呐数据,并依据声呐数据进行了图像重建,并编写了图像显示控制软件.(3)在图像增强方面,尝试了直方图均衡化增强方法,并对其处理结果进行了分析.同时还深入分析了一种模糊增强算法,并将其应用于声呐图像的模糊增强过程中.(4)对中值滤波、均值滤波和高斯滤波的去噪效果进行了比较和分析,并将其应用到

蚀、膨胀和开运算算法进行了分析,并将其应用到声呐图像的修复过程中.(7)对模板匹配算法进行了分析,并将其应用到目标声呐图像的搜索定位的过程中.(8)对不变矩理论进行了研究,对图像的7个不变量进行了仿真实验,分析了误差原因,并将其应用到声呐图像的识别过程中本文对于水下目标的声探测与识别技术的研究有一定的借鉴意义.

8.学位论文王斌应用MATLAB实现数字图像增强2005

图像增强技术是图像处理领域中一项基本、很重要的技术，一直是图像处理领域长期、不可回避的研究课题。因为一幅图像总是可能受到各种因素的影响，造成图像质量的下降。图像增强包含两个方面内容：一是消除噪声，二是增强(或保护)图像特征。对图像恰当增强，能使图像去噪的同时其特征得到较好保护，使图像更加清晰明显，从而提供给我们准确的信息。目前图像增强方法的很多，常用的图像增强技术各有其特点和效果。

本论文介绍了应用MATLAB进行图像增强处理的方法。首先在理论上讨论了灰度变换、直方图、平滑滤波、锐化等的工作原理，并由工作原理的差异引出了不同的处理方法。然后讨论了用MATLAB实现各种图像增强的处理方法，并对处理结果进行比对、归纳。从处理的结果可以看出：如果图像偏暗、偏亮，采用直方图和灰度变换处理效果较好；如果图像中有噪声则采用平滑处理效果较好，其中中值滤波对椒盐噪声滤波效果较好；而wiener2函数提供的自适应滤波对含有高斯白噪声的图像滤波效果较好；如果图像边界模糊、轮廓不清，则采取锐化处理从而使图像变得清晰。总的来说，图像增强处理没有一种普适的方法，要根据图像特点的不同，采用相应的多种方法进行处理，并比对处理的效果，选出一种最适合的处理方法。

本论文利用MATLAB对图像进行增强处理，使图像质量得到改善，为进一步的图像分割、特征分析提取等奠定了基础。

9.学位论文马辉动态背景下运动目标的提取2004

在实际的图像处理问题中,图像的边缘作为图像的一种基本特征,被经常应用到较高层次的特征描述、图像识别、图像分割、图像增强以及图像压缩等的图像处理和分析技术中,从而可对图像作进一步的分析和理解.当前动态背景中运动目标的处理是数字图像处理领域中的一个重要发展方向,对于运动目标的特征提取具有深远的意义.通常,在复杂的背景中,人们更加关心的往往是对人类视觉系统具有很强冲击性的目标或者是人们要特别关注的目标,因此对于该目标的综合处理变得尤为关键.在对运动目标处理的众多方面中,对其精确轮廓的提取是最重要、最基本的环节.因为只有得到运动目标的带纹理精确轮廓图像后,人们才能在此基础上,对其进行进一步的深入研究.运动目标提取的传统方法是利用各种空间域或频率域的边缘检测算子对原始图像进行分析,再将得到的轮廓进行处理.这样做既没有考虑到原始图像序列中所附带的纹理信息,也没有对已检测得到的轮廓进行深入的、细致的处理,从而使得轮廓图像中存在很多的干扰信息,比如:尚未处理的杂乱孤立干扰点、伪边缘、运动目标边缘不连续等.本文在实际项目"体育运动员三维人体模拟系统"的开发中,我们发现传统的运动目标边缘轮廓检测算法,已经不能完全地适合本文的需求.因此,在传统边缘检测方法的基础上,本文提出了一套适合于从此类体育运动员图像序列中进行运动目标的带纹理精确轮廓提取的算法理论.并对以下几个方面也进行了重点讨论:1)讨论了数学形态学方法在图像边缘检测中的应用,及其灵活变化与实践.2)在边界连接中,根据对实际情况的研究,提出了一种具有通用意义边界连接算法3)根据精度要求的不同,可以利用膨胀算法简化轮廓提取的步骤,以提高算法的时间效率.4)本文巧妙地将计算机图形学中的扫描线算法利用到轮廓提取中,简单有效地达到了运动目标的带纹理精确轮廓提取的目的.

10.会议论文安宁.林树忠.刘海华.崔慧图像处理方法研究及其应用2006

本文重点阐述了图像平滑、图像二值化、阈值选取、边缘检测等关键图像处理方法,以及现阶段图像处理技术在工业、农业、医疗、交通等行业的应用及发展现状.

引证文献(8条)

1.殷国军.秦莉图像分割方法研究综述[期刊论文]-河北工程技术高等专科学校学报 2009(2)

2.崔明.莫立东.王滨.张文明SOPC技术在图像处理中的应用与展望[期刊论文]-新技术新工艺 2009(6)

3.王晓兰.吕家美触摸屏手机GUI中分层显示的设计与实现[期刊论文]-电子测量技术 2009(5)

4.蔡京甫.文方.刘其斌符合激光雕刻特点的图像处理方法[期刊论文]-计算机工程与设计 2008(23)

5.谢捷如.王震机器视觉试验平台的研究与开发[期刊论文]-电子测量技术 2008(7)

6.唐英干.邸秋艳.关新平.刘福才基于最小Tsallis交叉熵的阈值图像分割方法[期刊论文]-仪器仪表学报 2008(9)

7.李向荣基于莫尔条纹法的船体扭转角测量技术研究[期刊论文]-仪器仪表学报 2008(10)

8.张同艳.张爱梅.张建华对玻璃缺陷进行选择性轮廓跟踪方法的研究[期刊论文]-电脑知识与技术(学术交流) 2007(07)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/6f8571136.html,/Periodical_yqyb2006z1310.aspx

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