数字图像处理技术在通信工程中的应用方法探析

乔宝民

（华为技术有限公司，江苏 南京 210000）

1 数字图像处理技术的基本概念

图像处理主要可以分成两类：模拟图像处理（Analog Image Processing）和数字图像处理（Digital Image Processing）。数字图像处理技术是指将图像的信息信号转换成数字信号的模式，再利用计算机进行分析、加工、处理的过程，最终是以数字的形式存储在计算机内，从而达到压缩数据量和传递图像的目标。因为计算机是不能直接处理图像信息的，我们需要将图像或视频转化成为计算机可以处理的数据[1]。可用二维数组来显示数字图像的形状的，二维数组的行和列为像素坐标(x,y)，特定行和列中包含的值成为像素的值(r,g,b)。我们可以推算和计算出二维平面空间中图像所对应的坐标和对应的值，通过这些信息，可以根据一系列算法找到具有特定形状的像素的位置，或者找出满足某个条件的像素的值，这咱技术被称为信号处理技术，采用算法可以从图像中获取所需的信息。例如，在捉取图像边缘时，可以采用Roberts梯度法。即GR=|f(x,y)-f(x+1,y+1)|+|f(x+1,y)-f(x,y+1)|。

图像处理喷气推进实验室始于1964年的美国国家航空航天局，它是负责航天发展计划和无人探索航天器研发和运营的研究机构。数字图像处理始于使用数字计算机改善月球表面卫星图像的质量和失真情况。由于相机性能和失真，从美国第一个太空探测器Ranger 7传输到地球的月球图像无法被正确确认，这是一个应用数字图像处理来恢复从航天器传输的月球表面图像的质量和失真机会，通过数字图像处理获得的月球表面图像清晰，于是数字图像处理技术开始被应用到工业场所和医疗领域。此后，数字图像处理技术应用领域已扩大至物体识别、制造过程自动化、医学图像处理、字符识别和人脸识别等[2]。

图像处理是指所有形式的图像信息处理，重点是图像识别和理解，包括在研究和解释领域。换句话说，它通过重新处理视频或图像来提取信息。我们日常生活中遇到的图像放大、缩小、旋转、色彩校正等也是图像处理技术。例如，当图像灰度级为[0,L-1]时，利用s=L-1-r的公式来实现图像反转。通过应用图像放大或旋转度计算来更改图像，相对更高级的操作包括识别、分析、操纵等。识别是指在肉眼无法识别的区域中找出差异，并与其他图像进行比较以找到特征。指纹识别、病变检测等分析是指在经过图像处理修正和变换的图像中寻找特征。它意味着测量物体的尺寸或分析卫星图片等。操纵是指，如果图像太模糊或太嘈杂，则意味着对其进行校正或变换以获得所需的信息，主要是预处理阶段使用最多、最重要的部分。

2 数字图像技术的内容

2.1 几何处理

几何处理是数字图像技术最基本的内容，同时这也是数字图像技术最主要的内容。数字图像技术的几何处理功能主要是对几何图形进行加工处理，例如，改变几何图像的坐标，将几何图像进行一定比列的变动。运用数字图像技术还可以实现多个图像的同步处理，对多个图像进行同时匹配或者矫正等。

2.2 图像增强

图像增强也是我们在生活中常见的一种数字图像技术内容。图像增强简单来说就是对图像的特定内容进行放大或者缩小，不同于图像缩放的地方在于这种放大缩小是在像素的范围内进行的，通过增加或减少像素来达到增强图像的效果。在数字图像技术当中，直方与伪颜色增强是最常用的两种方式。

2.3 图像压缩

进行图像压缩的基本目的是为了实现图像的传输与处理。利用数字图像技术对图像进行压缩可以有效减少图像的数据量，在进行信息传输与处理时，信息的数据量是影响传输速率的最主要因素将图像压缩之后便可以明显提高图像的传输速率，同时较少的数据量也会在一定程度上降低图像的处理难度。在数据传输过程中，即使出现数据失真的情况也不会对读取文件产生影响。图像压缩技术是依靠计算机编码进行的，因此实现图像压缩技术也有一定的难度，属于较为高端的图像处理技术。

2.4 图像修复

图像修复可以有效提高图像的质量，可以对损坏的图像进行复原，以此来恢复其原来的面貌。同时图像修复技术还可以提高图像的像素或者消除图像中出现的不和谐因素。图像修复的关键在于了解影响图像质量的因素，通过计算机编码技术构建科学合理的运行程序，以此来对需要处理的图像进行修复，或者利用计算机编程提取图片的初始信息，直接运用重建图像的方式来提高图像的质量。

2.5 图像分割

在对图像进行处理时，将图像进行分割会在一定程度上降低图像处理的难度，进行图像分割可以为图像分析、研究和识别提供一定帮助。现阶段，数字图像技术的发展还不够完善，在进行图像分割时只能采用简单的区域分割与边缘分割法，还未研究出较为全面的图像分割法，但是简单的图像分割也会在一定程度上为进一步处理图像提供帮助。

2.6 图像重建

基于CT技术的飞速发展，图像重建技术也逐渐的趋于完善，图像重建技术可以利用相关的图像数据对图像进行重构，图像重建技术还可以为图像增强提供一定的帮助。

3 数字图像处理技术的优点

3.1 再现性好

在日常生活的通信中，图片的传递经过复制、粘贴和处理之后就有可能会变得模糊不清，无法识别原来的图像信息，影响正常使用，但是在数字图像处理技术中主要是把图像进行数字转换，所以只要数字化时能够准确地还原图像原来的数据，计算机就能很简单地完成图像的再现，并且能准确地还原原来的图像信息。

3.2 处理精度高

现在随着技术的不断发展和进步，已经可以把每个像素的灰度级量转化为16位甚至更高的位数，使数字化的精度更高更好，可以很好地满足通信工程中工作上的需求，更好处理通信中一些模糊不清的图像信息，使得通信更加便利和提高通信效率。理论上，无论图像的准确度要求有多高，只要在程序中改变二维数组的参数就可以处理图像信息，不仅可以提高图像处理信息的精确度，而且可以数字处理的方式图像，精简了图像处理的方法。

3.3 适用面宽

数字图像处理技术是把通过不同的渠道获得的图像进行数字转化，采用二维数组的形式来表示图像，然后通过计算机来处理图像信息。所以针对不同渠道的图像只要采取相应的收集措施，把这些图像信息集中收集起来用数字图像技术处理便可。数字图像处理技术的适用范围是很广泛的，可以根据针对不同渠道的图片来进行处理，现在通信工程是朝多方面发展的多媒体通信，数字图像技术对通信工程的发展有着重要的影响和辅助作用[3]。

3.4 灵活性高

采用数字图像处理技术可以处理多种图像和图形信息，通过对图像进行数字化转化然后再用计算机对其进行处理和分析便可得出最终信息。图像处理技术不仅能完成线性运算还能完成非线性的运算，并且能准确地还原图像信息。它可以灵活运用在各个领域上，发挥数字图像处理技术的作用。例如，在航空领域，可以处理卫星拍下的图像信息；在交通领域上可以智能识别车牌号码。因此发展数字图像处理技术是非常有必要的，是现在科学技术探索的热点话题之一。

4 数字图像处理技术在通信工程中的应用方法探析

4.1 图像变换方法

理论上，所有的图像处理其实都是图像变换，因为数字图像处理技术本质上就是把图像经过处理转化成数字化的形式，然后再通过计算机的处理达到图像的再现和传递。它的原理就是通过重映射的方法将图像中某位置的元素放置到另一图像的指定位置。为了保证图像的完整性，还需要插值。重映射主要有最近邻插值、双线性、像素区域重新采样、双三次插值这四种插值方法。在通信工程中，要处理的图像信息又很多，一些图像阵列很大需要直接在空间域中处理，计算机的计算量是很大的，所以采用图像变换的方法间接将原来在空间域的处理转换为变换域的处理，这样在减少计算量的同时，也可以使得图像得到有效的处理。例如，傅立叶变换就是将时域或者空域上的信号变换成为频域上的能量分布描述，使得图像在变换之后也可以有效地传达原来的图像信息。

4.2 图像编码压缩方法

图像编码压缩是在通信工程中比较重要的一个应用方法，因为在通信的过程中，人们常常需要传送数据量庞大的图像，这个时候为了不让传送的图像信息失真，且快速传送，要节省图像的传输、处理时间和减少图像数字化所占用的存储空间就要通过编码压缩技术来达到这种效果，提高通信的效率。一些常用的编码方式主要有哈弗曼编码、算术编码、字典编码、KLT编码、分型编码、模型编码、基于小波编码等方法。

4.3 图像增强和复原方法

图像增强可分为频率域法和空间域法。在通信工程中，往往需要提高图像信息的像素，以便于信息的提取和分析，数字图像处理技术中的图像增强和复原的方法很好的满足了通信过程中的这一需求，图像的增强一般不考虑降质的原因，它突出图像中的重要信息部分，比如强化图像的高频分量，可以让图像中的细节变得明显，轮廓线条变得更加清晰[4]。而有些图片在传送的过程中失去了原来的像素，可能因操作不慎造成失真，此时可以通过数字图像处理技术复原的方法是图像恢复原来的数据，使得传送无误。然后再图像通过二维离散傅里叶变换与反变换来完成图像频域和空间域的转换。

4.4 图像分割方法

在有些图像的处理中，分割方法主要有阈值分割、区域分割、边缘分割和直方图法这几种技术。通信工程需要对这些图像进行局部的分析和解读，例如，对卫星图像的解读分析就需要对局部进行仔细观察，对原来的完整的图像进行分割提取，在提取出来的部分图像里进行放大观察，对提取的边缘、区域进一步进行图像识别和分析，最终得到观察分析的结果，便于通信工作的开展[5]。

4.5 图像分类方法

图像分类主要是通过处理对图像进行识别，将图像归类的一个过程，因为在通信工程中存在着大量的图像和图形信息，这些图像和图形涉及的领域和作用也是多种多样，需要先把图像信息做一个规整分类，在对应的类别中处理相对的图像信息，所以对图像的分类是非常有必要的，分类便于通信工作的展开，在通信过程中能更快地把属于不同领域的图像提取检索出来，提高了通信工作的效率，减少工作量。所以数字图像处理技术是今年的重要研究热点之一。

5 结束语

本文通过对数字图像处理技术的基本概念和原理进行分析解读，给出了数字图像处理技术的优点，并对通信工程中可以运用到的应用方法进行了分析探索。目前数字图像处理技术还有值得我们去深度研究的问题，通信工程在数字图像处理技术中可以提高通信的工作效率和工作水平，为通信工程提供便利，利于工作的开展。但是还是存在一些技术上的问题需要解决，是我们现在科学技术不断发展和进步中去探索的方向，数字图像处理技术对通信工程的发展和其他领域的发展都有很大的辅助作用，所以要加强对数字图像处理技术的研究力度，更深层次对其展开研究，扩展它的适用领域，提高我们的生活质量和水平。