中国图像工程15年

章毓晋

(清华大学 电子工程系，北京 100084)

图像工程是一个系统研究各种图像理论，开发各种图像技术和使用各种图像设备的综合学科.作者逐年查阅1995年至今发表在国内重要中文期刊上有关图像工程研究和应用的文献，并根据其内容进行了统一的分类和统计，撰写成文.所查阅的文章构成了一个中国图像工程的年度文献综述系列(见文献［1-16］).本文在此基础上，将这15年的统计数据结合起来，进行统计和分析，进一步归纳出当前我国图像工程研究和应用的总体情况.本文考虑了连续15年的全部数据，用它们来分析变化及其趋势应该更为可靠和可信.

1 图像工程和综述目的

图像技术在广义上是各种与图像有关的技术的总称.近年来图像技术得到极大的重视和长足的发展，出现了许多新理论、新方法、新算法、新手段、新设备、新应用.对各种图像技术进行综合集成的研究和应用应当在一个整体框架下进行，这个框架就是图像工程［1-2］.工程是指将自然科学的原理应用到工业部门而形成的各学科的总称.图像工程学科则是一个将数学、光学等基础科学的原理结合在图像应用中积累的经验而发展起来的、将各种图像技术集中结合起来的、对整个图像领域进行研究应用的新学科.事实上，图像技术多年来的发展和积累为图像工程学科的建立打下了坚实的基础，而各类图像应用也对图像工程学科的建立提出了迫切的需要.

图像工程的内容非常丰富，覆盖面广，根据抽象程度和研究方法等的不同可分为3个层次(见图1):图像处理、图像分析和图像理解.

图1 图像工程3个层次示意Fig.1 The three layers of image engineering

图像处理是比较低层的操作，它主要在图像的像素级别上进行处理，处理的数据量非常大.图像分析则进入了中层，分割和特征提取把原来以像素描述的图像转变成比较简洁的非图形式的描述.图像理解主要是高层操作，基本上是对从描述抽象出来的符号进行运算，其处理过程和方法与人类的思维推理可以有许多类似之处.另外由图1可见，随着抽象程度的提高，数据量是逐渐减少的，即原始图像数据经过一系列的处理过程逐步转化为更有组织和用途的信息.在这个过程中，语义不断引入，操作对象发生变化，数据量得到了压缩.高层操作对低层操作有指导作用，能提高低层操作的效能.

从1996年开始，作者逐年撰写了中国图像工程的综述性文章，构成了一个年度文献综述系列.这个工作的主要目的有3点:

1)概括我国图像工程发展现状.

期刊是一类独具特色的信息载体，由于一门学科的重要期刊一般刊载大量相关学科的信息且水平较高，能够反映该学科的最新研究成果、进展以及前沿动态［17］，因此通过对有关图像工程重要期刊上刊载文献的统计分析，不仅可以帮助人们了解我国图像工程研究和应用的总体情况及当前关注焦点［18］，还能够为制定相关学科发展方向和研究策略提供科学的依据.

2)便于从事图像工程研究和图像技术应用的人员查阅相关文献.

一门学科的重要期刊一般是受到该专业读者特别关注的期刊［17］.因为作为一门比较新的学科，图像工程内容新，覆盖面大，有关文献的内容涉及领域宽，文献的分布也较广，所以通过对重要期刊上有关文献的归纳分类可以方便研究应用人员进行文献查阅，定期掌握专业动向，以达到共同发展我国图像工程事业的目的.

3)为期刊编者和文献作者提供有用的参考信息.

由于对期刊文献的统计结果可反映出当前该学科信息在各期刊中的分布状况［17］，因此对期刊的编者来说，通过结合文献计量学原理和方法的分析(如文献［19］)，可进一步了解学科的进展和相关研究人员的情况［20］、期刊的水平特点［21］和文献作者群的情况［22-23］，并从中确定期刊应有的学术地位、作用和发展策略;对文献的作者来说，由于发表科研文献的主要目的是传播研究成果，促进技术交流，因此需要关注期刊的学术权威性和领域重点，本文可对科研人员投稿起参考和导向作用.

2 期刊和文献选取

作为对特定期刊上相关文献的综述系列的综合分析，先介绍一下这些期刊和文献的选取原则.

2.1 期刊的选取

图像工程涉及范围广泛，研究发展迅速，相关期刊比较多，文献分布也比较广.本文在选择期刊时主要考虑了3点:

1)读者较广.选择了发行比较广泛的国内中文一次文献期刊;

2)学术水平较高.主要选择国内一级学会的会刊，或相关专业领域中重要的二级学会会刊;

3)信息较多.指期刊内有关图像工程的文献比较集中，一般平均每期在2篇以上.

另外，考虑到综述系列的连续性和统计的一致性，虽然近年来相关的新期刊时有出现，但本文还是在连续15年中都选取了比较稳定的期刊，这使得各年的统计数据有较好的可比性.

2.2 文献的选取

综述文章在选取相关文献时首要考虑的是文献内容，即参与统计的文献要与图像工程学科有关，其次考虑到期刊登载的文献有许多种类，为反映中国图像工程研究和应用的情况，在选取时还考虑了以下3点:1)以中文发表的(各刊上仅用英文写的文献和直接从外文翻译的译文未考虑)、主要报道国内研究工作的文献;2)属于学术论文、研究简报、研究通信、技术应用等介绍图像工程最新研究成果与技术进展的文献(未包括科普普及类型和介绍性讲座类型的文献);3)作为年度综述系列，每年只选取在上一年出版的期刊(暂不考虑增刊［3］)上发表的文献.

2.3 各刊文献选取的情况

表1归纳了根据前述期刊选取原则和文献选取原则而得到的结果(另有19期增刊或英文专刊没有统计，另有690篇英文或译文或讲座文献没有统计).在过去的15年中，综述系列一直选取了15种重要期刊作为其统计源.对这15种期刊上有关图像工程文献的统计结果分为5列:1)选取期数是指各期刊用于统计的期数;2)文献总数是指各刊所选取期上所有发表的满足上述文献选取准则的文献数量;3)选取数量是指各刊从文献总数中选取出来的图像工程文献数量;4)选取率是指从各刊所选取的图像工程文献数与该刊文献总数的比值(以上4项均与各对应期刊相关);5)文献比例是指从该刊中选取的图像工程文献数量在所有15种期刊中选取的文献总数里所占的比例.

表1 15种期刊图像工程文献选取结果Table 1 Selected image engineering publications for 15 journals

对表1的统计数据分析如下:

1)各刊的选取率给出了15年来相应期刊所刊载的有关图像工程文献的相对频度，在一定程度上反映了在该刊所覆盖的专业范围中图像工程学科所占的比例.由表1可见，《中国图象图形学报》的选取率最大(76.2%).这表明《中国图象图形学报》是图像工程的最专门的一种期刊.选取率其次的为《模式识别与人工智能》(35.7%).其他选取率较高的期刊依次为《中国体视学与图像分析》、《遥感学报》、《信号处理》和《CT理论与应用研究》(均超过20%).

2)在文献计量学中，期刊载文量是对科技期刊在科学活动和文献交流中所起作用及其质量进行评价常用的7个指标中的第1个［19］.表1中的各刊文献比例是该刊在(15种期刊)图像工程文献载文中所占的比例，可以看作各刊的有效载文量，在一定程度上体现了该刊对图像工程发展所起的作用和所做的贡献.从这个意义上讲，文献比例最高的《中国图象图形学报》在反映我国图像工程领域研究的进展、报道该领域科技的成果等方面都起到了重要的作用.此外，文献比例较高的期刊分别为《电子与信息学报》和《电子学报》，考虑到图像是特殊的电子信号，这2种期刊排名在前也很好理解.

3)根据文献离散律［19］，某一学科的学术文献会大量集中在少数主要期刊上，而其余少量文献则分散在较多的其他期刊上.从对图像工程15年文献的统计数据看，其分布也符合这个规律.由表1中各刊的选取数量和文献比例可见，发表在文献比例最高的3种期刊，即《中国图象图形学报》、《电子与信息学报》和《电子学报》上的图像工程文献数量比其余12种期刊还要多.

2.4 各年文献选取的情况

表2给出综述系列15年间统计得到的15种期刊所登载文献的数量(文献总数)、所选取的图像工程文献数量(选取数量)和选取率(选取数量与文献总数的比值)结果.

从表2的统计数据可以看出以下特点:

1)各年15种期刊所登载的文献总数是逐年增加的.这表明图像工程及与图像工程接近的领域的研究成果越来越多.

2)各年从这15种期刊所选取到的图像工程文献总数也是逐年增加的.这表明图像工程自身领域的研究成果也越来越多.

3)最重要的一点是，这15种期刊的文献选取率在这期间总的变化趋势是快速上升的，15年间几乎翻了一倍.也就是说，15年前，这15种期刊上每7篇文献中有1篇与图像工程有关，而15年后，这15种期刊上每不到4篇文献中就有1篇与图像工程有关.这不仅表明图像工程方面的研究成果和投稿数量历年都在不断增加，而且也表明图像工程学科在这15年得到了蓬勃的发展.上述15种期刊覆盖了信息领域的多个方面，图像工程文献选取率的大幅增加说明相对其他信息领域研究方向，图像工程方面得到的重视和关注更大，发展和进展更为迅速.

表2 1995年～2009年图像工程文献选取结果Table 2 Selected image engineering publications from 1995 to 2009

3 文献分类统计和分析

图像工程文献涉及内容多，覆盖面广，合理的文献分类方案至关重要.根据合理的文献分类方案才能获得有意义的统计结果.

3.1 文献分类方案

综述系列设计了一个2级分类方案.首先，图像工程有3个层次，即图像处理、图像分析和图像理解.作为一门工程学科，根据理论研究结果开展技术应用是不可或缺的.另外，从文献类型的角度，涉及跨类工作的综述评论也有其特色.所以，第1级将文献分为5个大类:图像处理、图像分析、图像理解、技术应用和综述评论.

其次，为进一步详细且准确地了解图像工程的进展和热点，在分大类的基础上，还根据文献自身的研究内容、主要技术特点或应用领域进一步分入小类.目前共有23个小类(包括最后一大类仅对应的一小类).这些小类比较细致和全面地描述了图像工程的各个主要研究和应用方向.

科技论文的发表是科研人员研究成果的一种体现，所以各类文献的数量在一定范围内反映了不同领域研究所受到的关注程度，下面分别给出文献分大类和分小类的统计结果.

3.2 文献分大类统计结果

表3给出对5个大类的图像工程文献的统计结果.其中“总数”为对应大类15年来的文献总数量，“百分比”给出对应大类15年来的文献总数量在所有图像工程文献中的比例，“平均值”给出对应大类平均每年的文献数量.

表3 5个大类图像工程文献统计表Table 3 Statistics of 5 categories of image engineering publications

由表3可见，图像处理的文献约占总数的33.1%;图像分析的文献约占总数的29.6%，略少于总数的1/3;而图像理解和技术应用的文献总百分比为36.9%，略多于总数的1/3(其中图像理解与技术应用之比约为2∶3).这些比例反映了图像工程各层次目前的成果分布，图像处理和图像分析是图像工程目前发展的主体，而图像理解方面的研究还需要加强.

3.3 文献分小类统计结果

表4给出对23个小类的图像工程文献的统计结果.“小类代号”中第1个字母对应所属的大类.第2列给出的名称是基本名称，其完整内容可见各综述文献［1-16］.相关名称和概念的定义见文献［24］.需要注意，有些小类是随着综述的进行而在近年增加上的，对这些小类，在计算“平均值”时仅考虑了其存在的年份.

通过对表4统计数据的分析可以看出:

1)在所有小类中，文献总数排名第1的是“B1:图像分割，边缘等基元检测”.图像分割一直是图像分析的一个热点和难点，具有很强的挑战性，多年来人们投入其中的精力很大.目前看来，尽管对图像分割的研究已取得了许多成果［25］，但还有许多没有解决和需要解决的问题，且更广泛的研究正在深入开展［26］.所以，今后图像分割仍会是一个关注的焦点.

2)在所有小类中，文献总数排名第2的是“A4:图像(视频)压缩编码”.但与图像分割的研究趋势还在不断上升不同，图像编码的研究在10年前达到顶峰后，正在缓慢下降.如果没有新的动力和焦点，其榜眼位置将会不保.2009年该小类的数量仅与23个小类的平均值持平.

表4 文献分小类统计表Table 4 Sub-categories and statistics of publications

3)与前面讨论的2个小类不同，在“总数”一栏中排名第3至第8的小类与在“平均值”一栏中排名第3至第8的小类不完全对应.如前面指出的，有些小类是近些年才增加上的，对这些新增的小类，如果其“平均值”排名高于其“总数”排名，则说明这些小类在近年得到了更多的关注和研究.例如，小类“A5:图像数字水印和图像信息隐藏”在“总数”里排名第6而在“平均值”里排名第3.该小类是从2000年才加入的，但由于有关知识产权保护的内容迅速成为图像技术中的一个重要研究热点，其数量的增加非常快.再如小类“B5:人体生物特征提取和验证”也是从2000年才加入的，但近几年数量增加比较明显，并在2009年荣登榜首，显示出该类相关研究和应用的突飞猛进.在该类文献中，有关人脸识别的占据了大多数(一些基本原理和具体方法见文献［27］)，还有一部分与更广泛的人脸图像分析有关(国际上的一些相关工作见文献［28］).

4)值得关注的小类分别是“A3:图像增强和恢复等”和“C1:图像匹配和融合等”.这2个领域原来已比较成熟(“总数”排名分别为3和4)，但图像应用的不断扩展激发了一些新的研究方向.例如，对图像质量的评价，图像修补/修复(inpainting)以及图像认证等都给小类“A3:图像增强和恢复等”加入了新的活力.另一方面，多传感器图像的融合随着成像技术的发展和计算机运算速度的提高而得到了广泛的重视，遥感图像的研究和应用也快速增加，这些都使小类“C1:图像匹配和融合等”以及相关的技术应用小类“D5:遥感、雷达、测绘”的文献数量保持在较高的水平.

4 结论

通过对过去15年综述数据的综合统计，对图像工程在中国的发展情况给出了全面的评定，比已有的逐年综述能更可靠地反映中国图像工程进展的趋势.

随着国内外学术交流的广泛开展，信息传播和分享技术手段的不断发展，国内外有关图像工程领域的研究和应用越来越接近，所以基于国内文献数据的统计工作在一定程度上揭示了国际上的动态，从中分析得出的研究热点反映了国际上的趋势，这些都对相关研究人员有较高的参考价值.

［1］章毓晋.中国图像工程:1995［J］.中国图象图形学报，1996，1(1):78-83.ZHANG Yujin.Image engineering in China:1995 ［J］.Journal of Image and Graphics，1996，1(1):78-83.

［2］章毓晋.中国图像工程:1995(续)［J］.中国图象图形学报，1996，1(2):170-174.ZHANG Yujin.Image engineering in China:1995(Supplement) ［J］.Journal of Image and Graphics，1996，1(2):170-174.

［3］章毓晋，中国图像工程:1996［J］.中国图象图形学报，1997，2(5):336-344.ZHANG Yujin.Image engineering in China:1996 ［J］.Journal of Image and Graphics，1997，2(5):336-344.

［4］章毓晋.中国图像工程:1997［J］.中国图象图形学报，1998，3(5):404-414.ZHANG Yujin.Image engineering in China:1997 ［J］.Journal of Image and Graphics，1998，3(5):404-414.

［5］章毓晋.中国图像工程:1998［J］.中国图象图形学报，1999，4(5):427-438.ZHANG Yujin.Image engineering in China:1998 ［J］.Journal of Image and Graphics，1999，4(5):427-438.

［6］章毓晋.中国图像工程:1999［J］.中国图象图形学报，2000，5A(5):359-373.ZHANG Yujin.Image engineering in China:1999 ［J］.Journal of Image and Graphics，2000，5A(5):359-373.

［7］章毓晋.中国图像工程:2000［J］.中国图象图形学报，2001，6A(5):409-424.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2000 ［J］.Journal of Image and Graphics，2001，6A(5):409-424.

［8］章毓晋.中国图像工程:2001［J］.中国图象图形学报，2002，7A(5):417-433.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2001 ［J］.Journal of Image and Graphics，2002，7A(5):417-433.

［9］章毓晋.中国图像工程:2002［J］.中国图象图形学报，2003，8A(5):481-498.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2002 ［J］.Journal of Image and Graphics，2003，8A(5):481-498.

［10］章毓晋.中国图像工程:2003［J］.中国图象图形学报，2004，9(5):513-531.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2003［J］.Journal of Image and Graphics，2004，9(5):513-531.

［11］章毓晋.中国图像工程:2004［J］.中国图象图形学报，2005，10(5):537-560.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2004［J］.Journal of Image and Graphics，2005，10(5):537-560.

［12］章毓晋.中国图像工程:2005［J］.中国图象图形学报，2006，11(5):601-623.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2005［J］.Journal of Image and Graphics，2006，11(5):601-623.

［13］章毓晋.中国图像工程:2006［J］.中国图象图形学报，2007，12(5):753-775.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2006［J］.Journal of Image and Graphics，2007，12(5):753-775.

［14］章毓晋.中国图像工程:2007［J］.中国图象图形学报，2008，13(5):825-852.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2007［J］.Journal of Image and Graphics，2008，13(5):825-852.

［15］章毓晋.中国图像工程:2008［J］.中国图象图形学报，2009，14(5):809-857.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2008［J］.Journal of Image and Graphics，2009，14(5):809-837.

［16］章毓晋.中国图像工程:2009［J］.中国图象图形学报，2010，15(5):689-722.ZHANG Yujin.Image engineering in China:2009［J］.Journal of Image and Graphics，2010，15(5):689-722.

［17］林被甸，张其苏.中文核心期刊要目总览［M］.北京:北京大学出版社，1996.LIN Beidian，ZHANG Qisu.A guide to the core journals of China［M］.Beijing:Beijing University Publishers，1996.

［18］章毓晋.中国图像工程及当前的几个研究热点［J］.计算机辅助设计与图形学学报，2002，14(6):489-500.ZHANG Yujin.Image engineering in China and some current research focus［J］.Journal of Computer-Aided Design and Graphics，2002，14(6):489-500.

［19］丁学东.文献计量学基础［M］.北京:北京大学出版社，1993.DING Xuedong.Fundamentals of Literature Metrology［M］.Beijing:Beijing University Publishers，1993.

［20］章毓晋，李睿.对＂中国图像工程＂综述系列里文献作者的统计分析［J］.中国图象图形学报，2001，6A(1):1-5.ZHANG Yujin，LI Rui.Statistical analysis on the authors of paper cited in the survey series＂Image engineering in China＂［J］.Journal of Image and Graphics，2001，6A(1):1-5.

［21］章毓晋，马婧.对《中国图象图形学报》之洛特卡分布参数的统计分析［J］.中国图象图形学报，2007，12(5):776-781.ZHANG Yujin，MA Jing.Statistic analysis of Lotka＇s parameters for ＂Chinese Journal of Image and Graphics＂［J］.Journal of Image and Graphics，2007，12(5):776-781.

［22］章毓晋，李睿.对《中国图象图形学报》论文和作者的统计分析［J］.中国图象图形学报，2000，5A(1):6-10.ZHANG Yujin，LI Rui.Statistical analysis on the articles and authors of＂China Journal of Image and Graphics＂［J］.Journal of Image and Graphics，2000，5A(1):6-10.

［23］章毓晋，胡峰.对《中国图象图形学报》创刊10年来文章和作者的统计分析［J］.中国图象图形学报，2006，11(1):1-7.ZHANG Yujin，HU Feng.Ten years＇statistical analysis on the articles and authors of＂Journal of Image and Graphics＂since its first publication［J］.Journal of Image and Graphics，2006，11(1):1-7.

［24］章毓晋.英汉图像工程辞典［M］.北京:清华大学出版社，2009.ZHANG Yujin.An English-Chinese dictionary of image engineering［M］.Beijing:Tsinghua University Press，2009.

［25］章毓晋.图像分割［M］.北京:科学出版社，2001.ZHANG Yujin.Image segmentation［M］.Beijing:Science Publishers，2001.

［26］ZHANG Yujin，et al.Advances in image and video segmentation［M］.Hershey:IRM Press，2006.

［27］章毓晋，等.基于子空间的人脸识别［M］.北京:清华大学出版社，2009.ZHANG Yujin，et al.Subspace-based face recognition［M］.Beijing:Tsinghua University Press，2009.

［28］ZHANG Yujin，et al.Advances in face image analysis:techniques and technologies［M］.Hershey:IGI Global，2010.