数字图像特效处理的设计与实现

摘? 要 图像处理方法的研究源于两个主要应用领域：其一是为了便于人们分析而对图像信息进行改进；其二是为使机器自动理解而对图像数据进行存储、传输及显示。图像处理涉及的范畴及其他相关领域的界定在初创人之间并没有一致的看法。有时用处理的输入和输出内容都是图像这一特点来界定图像处理的范畴。从图像处理到计算机视觉这个连续的统一体内并没有明确的界线。在这个连续的统一体中可以考虑三种典型的计算处理（即初级、中级和高级处理）来区分其中的各个学科。低级处理涉及初级操作，如降低噪音的图像预处理、对比度增强和图像尖锐化、低级处理是以输入、输出都是图像为特点的处理。中级处理涉及分割以及缩减对目标物的描述，以使其更适合计算机处理及对不同目标的识别。中级处理是输入为图像，但是输出的是从这些图像中提取的特征（如边缘、轮廓及不同五天的标识等）为特点的。最后，高级处理涉及图像分析中被识别物体的总体理解，以及执行与视觉相关的识别函数等。 图像特效处理属于图像初级处理，我们输入的是图像，输出的也是图像，只是增加了一些特效显示，如浮雕图像、百叶窗效果、栅条显示效果、马赛克效果、使图像扭曲、放大、缩小，添加模糊、锐化、水波等效果等。 本文主要工作是介绍图像特效处理的算法，设计并实现一个能够对数字图像进行特效处理的软件。 关键字：图像处理；特效处理；图像转置；水波纹理 1.1 研究背景 数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL）。他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的CT（Computer Tomograph）。CT的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。1979年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。 1.2研究现状 从20世纪60年代至今，图像处理领域已得到了生机勃勃的发展。除了医学和空间项目的应用外，图像处理技术现在已应用在了更广泛的范围。计算机程序用于增强对比度或将亮度编码为彩色，以便于解释X射线和用于工业、医学及生物科学等领域的其他图像、地理学用相同或相似的技术从航空和卫星图像中研究污染模式。图像增强和复原过程用于处理不可修复物体的已损图像或者造价昂贵不可复制的实验结果。在考古学领域，使用图像处理方法已成功地复原了模糊的图片，这些图片是丢失或损坏的稀有物品唯一现存的记录。在物理学和相关领域，计算机技术通常增强如高能等离子和电子显微镜方法等领域的实验图像。图像处理技术也成功地应用在天文学、生物学、核医学、法律实施、国防及工业领域中。图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科。随着图像处理技术的深入发展，从70年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。 1.3图像特效处理概述 图像处理方法的研究源于两个主要应用领域：其一是为了便于人们分析而对图像信息进行改进；其二是为使机器自动理解而对图像数据进行存储、传输及显示。图像处理涉及的范畴及其他相关领域（例如，图像分析和计算机视觉）的界定在初创人之间并没有一致的看法。有时用处理的输入和输出内容都是图像这一特点来界定图像处理的范畴。我们认为这一定义仅是人为界定和限制。 从图像处理到计算机视觉这个连续的统一体内并没有明确的界线。在这个连续的统一体中可以考虑三种典型的计算处理（即初级、中级和高级处理）来区分其中的各个学科。低级处理涉及初级操作，如降低噪音的图像预处理、对比度增强和图像尖锐化、低级处理是以输入、输出都是图像为特点的处理。中级处理涉及分割（把图像分为不同区域或目标物）以及缩减对目标物的描述，以使其更适合计算机处理及对不同目标的分类（识别）。中级处理是输入为图像，但是输出的是从这些图像中提取的特征（如边缘、轮廓及不同五天的标识等）为特点的。高级处理涉及咱图像分析中被识别物体的总体理解，以及执行与视觉相关的识别函数等。 图像特效处理属于图像初级处理，我们输入的是图像，输出的也是图像，只是增加了一些特效显示，如浮雕图像、百叶窗效果、栅条显示效果、马赛克效果、使图像扭曲、放大、缩小，添加模糊、锐化、水波等效果等。