数字技术与应用

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数字技术与应用范文第1篇

一、前言

长期以来，我国科学技术的发展速度一直保持在较高的水平上，计算机网络技术发展到目前已经相当成熟，获得了极大的成就，深入到人们工作生活的各个方面，为人们的生活需求和工作内容都产生了重要的帮助作用，因而在社会的发展和人们的生活中占据着不可替代的重要地位。另一方面，数字电子技术的发展时间相较而言更加短暂，发展规模和范围还没有达到较大的程度，然而，数字电子技术被运用到计算机网络的发展中后，双方的发展进程都得到了极大的提升，计算机网络与数字电子技术相互促进，相互发展，使得我国计算机网络和电子技术的发展前景得到了更加广阔的提升。

二、数字电子技术在计算机网络中运用的重要性

在信息技术的飞速发展过程中，主要是依靠着数字电子技术，将信号转化为数字化的通信，很大程度上代表着信息技术的现代化发展程度，成为当前信息技术发展的重要标志。数字信号对于信息技术的发展具有更加显著的优点。尤其是对于干扰因素的抵抗能力和信息加密的安全性等因素，都对于计算机设备的制造、使用产生了突破性的推动作用。由于数字电子技术在计算机网络中的实际应用，使得计算机网络技术在人们日常的工作生活中的应用更加广泛便捷。在数字通信中和计算机中的信号都是使用的二进制的代码，因此，数字通信和计算机中的信号形式是相通的，而由于信号的特征具有一致性，所以给计算机和数字信号联网工作提供了可能性。而在数字通信中开展数据信号的处理和转换等工作时，加入计算机的使用，也能够使得工作环节变得更加简单方便。因此，将数字电子技术在实践中运用到计算机网络中具有重要的实践意义。两者的相互结合将对计算机网络和数字电子技术的发展同时产生推动作用，为通信网管的智能和自动的发展方向提供极大的便利条件。在实际的科学技术工作中，数字通信技术和计算机网络技术的应用处在引领发展的重要战略地位上，将通信网络和计算机网络相互结合，最终形成计算机通信网络系统，能够在很大程度上将人们对信息的获取和整理时间大大缩短，这就代表着信息流动和沟通的距离将大大地减少，为社会中人们的紧密联系提供了重要条件。将对人们日常的工作、学习和生活方式产生极大改变。另一方面，在当前情况下，网络令人们产生的依赖性日益强烈，尤其当数字电子技术融合了计算机网络的快速处理之后，带给人们更加高速、高效的信息获取和沟通渠道。

三、计算机网络的特点及优势

长期以来，伴随着科学技术的不断进步，互联网技术得到了飞速发展，网络在当今社会中的地位已经愈加重要，逐渐成为人们日常生活中不可或缺的重要技术手段。同时在网络技术的发展过程中，网络为信息的传输交流和共享提供了安全可靠的平台。而从网络环境下的任务性质上来看，网络技术仍然存在着诸多的特点和优势，为互联网技术地发展提供了重要的技术支持。计算机网络作为信息共享的平台，具有极强的开放性，为资源信息的共享和获取提供了充分的空间和条件。在网络平台上的信息传播能够具有较高的时效性，最大程度上保障了信息资源能够及时共享给网络平台上的其他使用者，为当今信息爆炸时代中大批量数据信息的流通和分享提供了重要的客观条件保障。同时，计算机网络平台由于虚拟平台的特性，不会受到地理位置的限制，将全世界各个地方的资源数据都能够融合到网络平台之上，为网络使用者的数据资源需求提供极大的获取空间。世界各地不同的人们的言论、信息的更加体现了对数据信息的反馈性，很大程度上促进了思想和技术的流动，为世界科学技术的发展提供了有力手段。除此之外，当前社会的发展日新月异，发展速度较以前的时期加快了很多倍，因此，对于信息交流的时效性有着更加高的需求和标准，而传统媒介的信息传播速度对于当前的信息流通速度已经产生了极大的不适应，难以满足如今大量信息喷涌而出的交流需求。因此，网络平台的发展极大地适应了大量信息数据的流通需求，将信息交流共享的速度提升到最大程度上，对当今信息爆炸时代的信息交流产生了极大地促进。上网可以改变学习方式：互联网既有利于学生现代思维方式的形成，又有利于他们社会化的进程；既能激发其创造潜力，又能激活现代学生的思想；网络让学生接触到了多元的世界文化，接触到开放意识、效率意识、竞争意识、平等意识和全球眼光；他们通过阅读网上大量的超文本信息，潜移默化地学习了现代的发散性思维方法，懂得在处理复杂事物时必须考虑它与周围事物的种种联系，从而改变传统线性思维固有的死板和狭隘。网络还使学生对世界的认识大大超出他们所能直接体验的生存世界，增加了信息量。上网者在上机过程中学习了网络知识，锻炼了动脑、动手能力。

四、计算机网络中数字电子技术的应用

在我国社会主义发展过程中，教育的地位逐渐得到了极大重视，科教兴国战略和人才强国战略的实施代表着我国将发展教育放在社会发展的重要位置上。而在教育行业的发展过程中，计算机网络技术应用到日常的教学工作中，对于我国教育工作的顺利开展提供了客观技术条件支持。极大地丰富了教学工作中的学习资源，为课程教学任务的高效高质完成提供了重要保障。同时将数字电子技术和网络教学模式相结合之后，使得教学模式更具灵活性和合理性，为学生创造了更加方便快捷的学习环境，将教育资源不平等现象对不同地区的学生产生的不良影响降低到最低程度，有效地实现了教育资源的共享，最大程度上保障各个地区的学生都能够获得相对平等的教育资源，充分体现我国教育的平等性，为我国教育行业的发展提供了充足的动力。在我国的网络技术的发展过程中，信息资源的传输逐渐成为发展过程中的重点所在。人们日常生活工作中所需信息的获取、共享和传递需要更加高效和快捷的要求，才能够满足当前时代中信息流通的要求。而在实际工作中，计算机网络与数字电子技术的有效结合，对信息的正确、高效处理有着极为明显的提升作用，在保证信息资源正确处理的情况下，将网络信息的传输速度和效率提升到最高程度，极大满足了人们对于信息的高速获取和共享需求。

五、结语

数字技术与应用范文第2篇

[关键词]数字视频远程监控视频压缩

中图分类号:TN92文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210036-01

一、概述

远程监控是工业生产自动化的关键。利用视频会议系统进行远程监控,可以全面监视生产现场,迅速及时地对各种情况作出相应的反应,同时具有价格低廉、性能优越的特点。比如,如果在家里安装一台桌面型视频会议电视系统,就可以实现家庭办公、购物等,使工作和学习变得更加方便轻松。

数字视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。在电子技术与通信技术的发展过程中,数字视频监控系统的技术水平直接反映了不同阶段电子与通讯的技术状况,而计算机及网络技术的发展将数字视频监控技术提到了一个新的高度。

网络多媒体技术的发展导致了基于IP技术的网络远程现场视频浏览应运而生。从模拟监控到数字监控,实现了数字视频监控技术的一次飞跃,目前最先进的技术就是通过专用视频服务器(瘦服务器)把模拟图像信号转化为数字图像信号后上网,同时通过管理程序对多个视频流进行统一管理,获得授权的用户便可以通过网络看到任何一个监控现场的实时图像,并且可以控制监视器的视角和焦距。

二、数字视频监控系统的特点

(一)以平台为核心,以网络为纽带。我们现在的安防系统以及工业生产监控岗位,靠人力已经不能解决大规模监控系统出现的管理问题了,所以打造一个管理平台的需求就显得非常迫切。一个好的管理平台可以将所有的摄像头纳入管理,将所有的报警点纳入管理,将所有的编解码设备纳入管理,将所有的后台服务器纳入管理,从而使得整套系统能够顺畅运行。

(二)接入多个不同的设备,实现互联互通。由于安防系统过去以独立的小规模应用为主,造成了设备的生产厂家非常众多,而且各个厂家都有自己的一套编解码和网络传输的做法。这要求大型监控系统平台能够接入多家厂商的设备。一者保护用户原有的投资,充分利用现有资源,避免资源浪费;二者在用户在新系统建设时减少投入提供解决办法。

三、数字视频远程监控技术

数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据,基本上不受距离限制,信号不易受干扰,可大幅度提高图像品质和稳定性;数字视频可利用计算机网络联网,网络带宽可复用,无须重复布线。

(一)组播技术。在传统的网络传输中,大都采用点对点的传输方式,这种方式比较可靠,但对于一点向多点传输相同的数据的情况下,这种方式就不能充分利用带宽,使传输的路数有限。以确保需要数据的用户能够得到所需的数据;采用IP组播就是为了解决这个棘手问题而开发出来的。IP组播采用了组地址的概念,把需要视频流数据的用户编入用户组,并利用一些高级的网络协议来确保最经济地利用带宽,把数据通过用户组传递给真正需要的用户。

目前,IP Multicast是使用最广泛的传输技术。IP Multicast组播是一种合理利用网络资源和频谱带宽的技术,它是标准IP网络协议技术的一个扩展。IP组播的核心思想是:通过一个IP地址(组播地址)向一组主机发送同一个数据包(UDP包),即一对多的工作方式。发送方仅仅需要向一个组播地址发送一份信息,就能保证所有的接收方(前提是必须加入到同一组播)能够收到相同的信息。组中的成员是动态的,可以根据自己的意愿随时加入、离开,并且,每台主机可以同时加入到多个组中去。IP组播技术可以有效地避免由于重复发送造成的发送方负担过重以及广播风暴,组播数据可以突破路由器的限制,将数据包发送到不同的物理网段。

(二)视频数据的压缩\解压缩技术。数字视频图像数据巨大,传输极其不便。视频图像播放的关键是做到平滑显示,帧率一般应为22～30帧/s。低于20帧/s,就会感到视频跳动。因此要实时显示,其关键在于保证图像更新的帧速率不小于20帧/s。但是,假设1幅640*480中分辨度的彩色图像(24bit/像素),则其数据量为0.92MB,如果以每秒30帧的速度播放,则视频信号的数码率就高达27.6Mbps。显然,视频压缩技术数字化是压缩技术的关键。目前,适用于远程视频监控的图像压缩标准有H.261,MPEG-1。两者的核心技术都是离散余弦变换及运动补偿算法,它的主要思想是通过减少每帧图像间时间上和空间上的冗余性和相关性信息来减少数据量。H.261适合在64-384Kbps的低带宽下传输实时视频图像、但图像质量不理想;MPEG-l在800KbPs-2Mbps的传输速率下图像清晰度能达到较好的图像效果。用户可根据不同的场合和需求选用不同的压缩标准。

(三)多线程技术在视频数据传输的应用。在数字视频网络传输中,发送方和接收方工作步骤如下:

1.启动视频压缩卡;

2.取出复合数据流(视频流和音频流的复合流);

3.复合数据流的打包、传输;数据流的接收;

4.对数据进行解码、播放。

因此,如果采用单线程工作方式,发送和接收播放就不能同时进行。采用系统的抢先式多线程任务机制,采用线程这个最小执行体作为CPC分配时间的实体,同时运行多个线程,并且按线程的优先级别调度多个线程。这样在发送方“取流”和“传输”共享与同一内存区域,采用多个线程同时进行“取流”和“传输”等几个过程,提高了CPC的利用率,保证了系统的实时性。接收方“接收”和“播放”同时进行,保证了画面的连续性。

四、远程监控系统的应用

在监控领域中、数字化和网络化是一种趋势,可厂泛应用在电信、电力、交通、银行等领域。利用各种数据通信网络如:DDN、ISDN、E1、xDSL,把经过数字化压缩、编码的视频、音频、报警感应数据传输置监控中心,中心的计算机对各种数据进行解压缩、解编码同时回放视频、音频,对报警事件进行告警处理。

随着TCP/IP技术与视频编码技术各个领域都得到发展和应用,基于IP技术与图像编码技术的视频监控系统必将电信、电力、交通、银行等领域的安全及生产监控上得到更广泛的应用,超媒体的综合自动化系统在不久的将来将会成为主流。在现今的社会,数字视频远程监控系统的发展也将标志着一个国家、一个产业的进步程度,它的发展对世界工业的发展进程来说起着举足轻重的作用。

参考文献:

[1]刘富强、钱建生等,多媒体图象技术及应用[M].北京:人民邮电出版社,2000,88-90.

数字技术与应用范文第3篇

关键词：数字通信；技术原理；应用

通信产业是国民经济结构的重要组成部分，渗透在各行各业中，没有通信技术的服务，各行业的正常运行和发展都会受到严重制约，可以说，不管是人们的日常生活还是工作生产都已经离不开通信技术，一旦出现特殊的社会环境，迫使人们不得不减少外出而需要在室内完成工作或者学习，这时候就需要强大的通信网络来支撑，所以通信技术的发展显得至关重要，随着社会的进步，对通信技术也不断提出更高的要求，只有满足这些需求，通信产业才能更好的生存和发展。当前，我们早已迈进了数字通信时代，所以对数字通信技术进行分析，展望其未来的发展具有重要的现实意义。

1数字通信技术的原理

数字通信系统模型如图1，数字通信就是利用数字信号进行信息的传递，所谓数字信号，在电子电路中是采用二值逻辑中的1和0来进行信息的表示，用多位二值数码的组合表示不同的信息。而在现实中，大多数信息都是模拟信号的形式，可以通过模数转换将其转换为数字信号，然后就可以在数字信道中进行信息的传递。为了保证信息传输的可靠性和保密性，以及为了提高信道的利用率，在传输之前通过对数字信号采用不同的编码方式，能够大大提高抗干扰能力，降低外界或者系统自身噪声的干扰。再利用调制器对信号进行调制，调制之后的信号频谱得到扩展，更适合在信道中传输，充分利用信道，提高传输性能。同时，在数字信号系统中，同步也是非常重要的环节，如果时钟同步或者帧同步不准确，也会直接导致信息出错。信号通过有线或者无线信道传输到接收端后，再经过解调、译码后可恢复信息。在数字通信系统中极其重要的技术还包括程控交换，在最初的电话交换机的基础上逐步发展为数字程控交换机，利用存储着交换控制程序的计算机来控制信息的接驳，信息的类型从最初单一的语音发展为多种形式的数据信息，程控交换机的使用使得通信系统的维护管理更加便捷可靠，增强了灵活性，功能更全面，在一定程度上，通过对软件的控制来增强硬件的功能扩展，从而更好的提供通信服务。

2数字通信技术的优点和缺点

2.1数字通信技术的优点

（1）数字通信技术具有很好的抗干扰性能。信息在通过信道传输的过程中，不可避免的会受到来自外界或者自身的噪声干扰，但是数字信号不同于模拟信号，数字信号本身是离散的信号，通常采用二值逻辑来表示，实际应用中可以用脉冲的两种不同状态代表1和0，只要能控制噪声信号不严重破坏脉冲的两种状态，就可以在接收端被识别，在这一点上，模拟信号是不能够相比的，噪声对模拟信号的影响是很明显的，很容易使信号失真，所以相对来说数字通信技术的抗干扰能力强于模拟通信技术。（2）数字通信技术有较好的保密性能。用数字信号进行信息的表示、存储和传输，更便于对信息加密，可以将数字信息进行各种运算处理，对其进行伪装，常用的方法就是采用密钥技术，一般密钥很难被外界破解，从而保证了通信信息的保密性。（3）数字通信技术能实现远距离的高质量信号传输。信号在传输过程中，距离越长，损耗越大，那么就必须对信号进行放大，但是同时也会放大噪声，甚至噪声可能会覆盖有用信号。在采用数字通信后，由于数字信号的波形在失真后可以通过整形电路恢复原有的信息，利用再生中继器可以大大增加传输距离，同时又保证了信号的不失真性。（4）数字通信技术支持多种形式信息传输。随着计算机、多媒体技术的发展，人们对信息的需求呈现多样性，但是不论何种形式的信息，都可以转换成数字信号，所以数字通信技术的普及也促进了综合业务数字网的形成。（5）数字通信系统普遍采用大规模集成电路，具有体积小、重量轻、耗电低、后期维护方便等等优势。另外随着光纤技术的发展，现代通信大量使用光纤作为传输媒介，大大节省了成本，提高了传输速度，加强了信息的保密性。

2.2数字通信技术的缺点

（1）数字通信技术对频带的利用率较低。相对于模拟通信，同样的电话业务，数字通信占用的带宽远高于模拟通信，当传输带宽有限的时候，就会影响频带利用率。（2）数字通信系统的设备更加复杂、繁琐。为了实现通信质量的提高，就要增加信号处理的复杂程度，相应的，通信设备的功能更多也就更加复杂。虽然数字通信技术存在一些缺点，但是随着宽带信道的采用、窄带调制技术和微电子技术的发展，这些缺点已经被弱化，数字通信必然会取代模拟通信，成为占主导地位的通信技术。

数字技术与应用范文第4篇

关键词：数字动漫，教学辅助

受众通过数字动漫技术影片带来的感官享受潜移默化的受影片内容影响，轻松地将影片中呈现的知识、思想、观念植入了自身认知系统，比起获取传统乏味的书面表达信息，受众更青睐于通过数字化影视媒体直观感受获得信息，将这种娱乐方式应用于教学形式中，进而让学习变得更加轻松，理解变得更加容易，记忆变得更加深刻，对知识信息的传播速度和传播范围也都有积极影响。因此，将数字动漫技术与教学内容结合，将教学内容通过数字媒体技术予以展现进行辅助教学，通过学习者对数字媒体的鲜活形式接收知识，从动态教学影片的展示形式中轻松获取知识，改变学习者认为学习枯燥、排斥学习的心理，进而既提高了学习质量，又是教学手段发展变革的必然趋势。

动漫技术作为数字技术中的重要部分，也是国家目前大力扶植、推动发展的重点技术对象，它不仅具有风格活泼、易被大众接受的信息传达特点，而且作为一种视觉传达艺术，还具有灵活性强和审美价值高的特点。鉴于动漫的这些特点可以有效弥补传统教学形式生硬、枯燥、乏味的不足，因此近年来，国内外已经出现少数儿童教学机构将教材编成动画影片，吸纳动漫中的各种趣味形式。例如美国以数字动漫技术开发的幼教节目库《爱冒险的朵拉》、日本的乔虎动漫教育集团的幼教动画《乔虎》等，这说明以数字动漫技术为手段辅助教学的形式已经逐渐在全球范围内被人们所追捧。国内在此方面的探索亦有，但因为规模太小和人才缺乏，动画的制作技术和理念还不够成熟，处于数字动漫技术的教学辅助初级探索阶段，如《蓝猫淘气三千问》等，该儿童教学动画系列局限于商业上的品牌形象塑造，使其没有直接投入教育系统的条件，不能充分发挥动漫技术在教学辅助中的巨大价值。目前，我国不断在动漫教学、动漫技术、动漫理论上做出创新和努力，未来若干年，我国动漫的发展必将有一个质的飞跃，这也要求其他产业带动动漫产业，动漫产业推进其他产业，实现产业融合，相互进步。将动漫技术应用于教学辅助，不仅是人才培养机制的创新，也是动漫产业发展的机遇。

由此可见，研究探寻一种数字动漫技术结合教学内容的具体转化机制，分析数字化媒体动画技术的特点，结合动漫技术生动活泼的优势，以数字动漫技术对教学的辅助改变当今教学手段和教学形式古板、生硬的现状，进而完善教育机制，这不仅是我国提高教学质量、丰富教学内容、改善教学结构的必然要求，同时，更是实践我国科教兴国，促进国家教育“十二五”规划建设的积极探索。

一、数字动漫技术应用于教学辅助中的研究现状

1.国内现状

从学术角度研究现状来看，一是关于数字动漫技术动画影片对人们认知的影响。这方面主要研究了当前市场上的动漫短片对儿童心理、道德认知、行为规范、知识构建等的影响。如有的研究概括和归纳了动画片的内容设计对儿童心理的影响极其深远，认为积极的动画内容结合动画生动的传授特点对儿童正确价值观的形成有相当重要的促进作用（鲁光楠，2012）；二是关于新的教学形式的开发。如有研究者指出，不同教学形式对教学质量的高低水平有直接影响作用，将开发创新教学形式作为研究对象，探讨我国课堂教学现状的有效性、合理性，进而分析当前传统教学形式中存在的问题（齐嘉妍，2012）。国内将数字动漫技术结合于教学内容的研究不多，还没有更多人意识到这样一种生动灵活的新型教学模式能给教育范围的扩展和教学效率的提高带来不可估量的推动作用。从知网检索来看，关于教学形式创新的研究主题有很多，但绝大多数停留在理论创新层面，并且只是片面的针对某一学科或专业，关于把教学内容植入数字动漫技术教学辅助手段应用于教学系统的研究却寥寥无几，几近没有。如此具有价值的一种新型教学方式就犹如一个聚宝盆，却鲜有人开发和挖掘，一旦这种数字动漫技术教学辅助模式发展并完善成为一种范式，很可能影响未来的教学机制，同时也带动了数字动漫技术行业的发展。

2.国外现状

从学术角度研究现状来看，国外关于数字动漫技术与教学内容相结合的研究同样不多，已有相关学术研究一是集中于动画片对儿童发展的影响，如有研究者认为动画片能激励孩子编故事，去幻想，对丰富想象力有一定帮助（美国学者戴维・刘易斯）。还有美国的教育心理学家波斯纳总结出动画对孩子的语言发展、智力发展、行为习惯形成、心理素质提高等方面都有重要影响，家长要选择适宜的动画片去帮助正确引导孩子，规避动画片对孩子健康成长的不良影响，以促进孩子的健康教育；二是关于多样化教学方法丰富教学形式的研究。有研究者认为创新教学手段，改进教学方法，运用现代化媒体技术是创新教学的重要途径，如日本有少数儿童教学集团利用直观教材和媒体教学设备营造真实的感受氛围进行教学，增强视听效果，从而优化课堂教学，这是教学形式创新有效实践的尝试（姚艳梅，2007）。正因为数字动漫技术影片对人的影响之大，把教学内容结合于媒体技术影片形式中，如此一来正确价值理念、科学文化知识甚至对语言文字的学习都能更容易的被学习者所欣然接受，并且深刻记忆。

二、数字动漫技术在教学辅助中的应用发展趋势

传统教学主要倚重语言和文字教学形式以及简单图文的教学材料，使学生在相对生硬的学习气氛中难以更有效地吸收和接纳知识和信息，通过数字动漫技术的教学辅助来实现动漫化教学材料应用于学校教育、家庭教育及社会教育中，弥补了传统教学形式上缺乏生趣活泼的不足，使学习者能更轻松、快乐、深刻地接受和记忆新的知识。

随着教育教学的深化改革及“十二五”规划对教育形式的创新要求，建立更完善和丰富的数字动漫技术教学辅助机制是势在必行。数字化媒体动漫技术的开发运用是现代科学技术和艺术设计文化的最新成就，是数字化时展的必然趋势，它改变着人们传统的学习方式和娱乐方式，已经广泛应用到社会生活的各个方面。数字动漫技术与教学内容结合的教学辅助模式具有极其重要应用价值，它也正逐渐受到更多研究人员的关注，成为值得深挖和探究的主题。

结语

研究将静态教学素材向动态形式转化的教学创新策略，将各类文化知识、道德标准以及故事传记等从静态教材转化为动画系列，析出更适应与我国数字动漫技术互动的结合点，探寻其具体的实现方式，构建生动活泼的数字动漫技术教学辅助模型，深入研究多种数字动漫技术表现形式的优点和受众心理，完善数字动漫技术教学辅助的内容和方式，提高教学质量。

使用数字化媒体动漫技术应用于教育教学中，使教学手段与时俱进，是动漫技术应用于新领域的尝试。用数字动漫技术动态影片取代静态教材，更是创新我国教育模式、教学机制跨出的一大步。（作者单位：湖南师范大学美术学院）

参考文献

数字技术与应用范文第5篇

关键词：基本概况及简要发展 ，常用方法， 实际应用 ，未来发展

Abstract: the digital image processing is to point to will image signal converted into digital signals and use the computer to the treatment of the process. Image processing first appeared in the 1950 s, when the electronic computer has developed to a certain level, people began to use computers to graphics processing and image information. Digital image processing as a subject about formed in the early 1960 s. The purpose of the early image processing is to improve the quality of the image, it with artificial object, to improve the visual result of the person for the purpose. The image processing, the input is the image quality is low, the output is to improve the quality of the images, common image processing method has image enhancement, recovery, coding, compression, etc. Nowadays, digital image processing is and the various aspects of society closely linked, inseparable. Let us know the digital image processing technology.

Keywords: basic situation and brief development, commonly used method, the practical application, the future development

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

一、数字图像处理的基本概况及简要发展

数字图像处理，即Digital Image Processing，是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响：一是计算机的发展；二是数学的发展（特别是离散数学理论的创立和完善）；三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。20世纪20年代，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量。到20世纪50年代，数字计算机发展到一定的水平后，数字图像处理才真正引起人们的兴趣。1964年美国喷气推进实验室用计算机对“徘徊者七号”太空船发回的大批月球照片进行处理，收到明显的效果。20世纪60年代末，数字图像处理具备了比较完整的体系,形成了一门新兴的学科。20世纪70年代，数字图像处理技术得到迅猛的发展，理论和方法进一步完善，应用范围更加广泛。在这一时期，图像处理主要和模式识别及图像理解系统的研究相联系，如文字识别、医学图像处理、遥感图像的处理等。20世纪70年代后期到现在，各个应用领域对数字图像处理提出越来越高的要求，促进了这门学科向更高级的方向发展。特别是在景物理解和计算机视觉（即机器视觉）方面，图像处理已由二维处理发展到三维理解或解释。近年来，随着计算机和其它各有关领域的迅速发展，例如在图像表现、科学计算可视化、多媒体计算技术等方面的发展，数字图像处理已从一个专门的研究领域变成了科学研究和人机界面中的一种普遍应用的工具。图像处理工具箱提供一套全方位的参照标准算法和图形工具，用于进行图像处理、分析、可视化和算法开发。可用其对有噪图像或退化图像进行去噪或还原、增强图像以获得更高清晰度、提取特征、分析形状和纹理以及对两个图像进行匹配。工具箱中大部分函数均以开放式MATLAB语言编写。这意味着可以检查算法、修改源代码和创建自定义函数。图像处理工具箱在生物测定学、遥感、监控、基因表达、显微镜技术、半导体测试、图像传感器设计、颜色科学及材料科学等领域为工程师和科学家提供支持。它也促进了图像处理技术的教学。

二、数字图像处理常用方法1、图像变换：由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。2、图像编码压缩：图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。3、图像增强和复原：图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立“降质模型”，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。4、图像分割：图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此，对图像分割的研究还在不断深入之中，是目前图像处理中研究的热点之一。5、图像描述：图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性，一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展，已经开始进行三维物体描述的研究，提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。

图像分类（识别）：图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。图像分类常采用经典的模式识别方法，有统计模式分类和句法（结构）模式分类，近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。

三、数字图像处理在生活中的实际应用

图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大。

1、航天和航空技术方面的应用数字图像处理技术在航天和航空技术方面的应用，除了上面介绍的JPL对月球、火星照片的处理之外，另一方面的应用是在飞机遥感和卫星遥感技术中。许多国家每天派出很多侦察飞机对地球上有兴趣的地区进行大量的空中摄影。对由此得来的照片进行处理分析，以前需要雇用几千人，而现在改用配备有高级计算机的图像处理系统来判读分析，既节省人力，又加快了速度，还可以从照片中提取人工所不能发现的大量有用情报。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。现在世界各国都在利用陆地卫星所获取的图像进行资源调查（如森林调查、海洋泥沙和渔业调查、水资源调查等），灾害检测（如病虫害检测、水火检测、环境污染检测等），资源勘察（如石油勘查、矿产量探测、大型工程地理位置勘探分析等），农业规划（如土壤营养、水份和农作物生长、产量的估算等），城市规划（如地质结构、水源及环境分析等）。我国也陆续开展了以上诸方面的一些实际应用，并获得了良好的效果。在气象预报和对太空其它星球研究方面，数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。

2、生物医学工程方面的应用数字图像处理在生物医学工程方面的应用十分广泛，而且很有成效。除了上面介绍的CT技术之外，还有一类是对医用显微图像的处理分析，如红细胞、白细胞分类，染色体分析，癌细胞识别等。此外，在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处理技术。

3、通信工程方面的应用当前通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的多媒体通信。具体地讲是将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上传输。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100Mbit/s以上。要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的关键。除了已应用较广泛的熵编码、DPCM编码、变换编码外，目前国内外正在大力开发研究新的编码方法，如分行编码、自适应网络编码、小波变换图像压缩编码等。

4、工业和工程方面的应用在工业和工程领域中图像处理技术有着广泛的应用，如自动装配线中检测零件的质量、并对零件进行分类，印刷电路板疵病检查，弹性力学照片的应力分析，流体力学图片的阻力和升力分析，邮政信件的自动分拣，在一些有毒、放射性环境内识别工件及物体的形状和排列状态，先进的设计和制造技术中采用工业视觉等等。其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机器人，将会给工农业生产带来新的激励，目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。

5、军事公安方面的应用在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确末制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统，飞机、坦克和军舰模拟训练系统等；公安业务图片的判读分析，指纹识别，人脸鉴别，不完整图片的复原，以及交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别都是图像处理技术成功应用的例子。

6、文化艺术方面的应用目前这类应用有电视画面的数字编辑，动画的制作，电子图像游戏，纺织工艺品设计，服装设计与制作，发型设计，文物资料照片的复制和修复，运动员动作分析和评分等等，现在已逐渐形成一门新的艺术--计算机美术。

7、机器人视觉:机器视觉作为智能机器人的重要感觉器官,主要进行三维景物理解和识别,是目前处于研究之中的开放课题。机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人,邮政、医院和家庭服务的智能机器人,装配线工件识别、定位,太空机器人的自动操作等。

8、视频和多媒体系统:目前,电视制作系统广泛使用的图像处理、变换、合成,多媒体系统中静止图像和动态图像的采集、压缩、处理、存贮和传输等。

9、科学可视化:图像处理和图形学紧密结合,形成了科学研究各个领域新型的研究工具。

10、电子商务:在当前呼声甚高的电子商务中,图像处理技术也大有可为,如身份认证、产品防伪、水印技术等。

四、数字图像处理未来发展

自20世纪60年代第三代数字计算机问世以后，数字图像处理技术出现了空前的发展，在该领域中需要进一步研究的问题主要有如下五个方面：1、在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题；

2、加强软件研究，开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法；

3、加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展；

4、加强理论研究，逐步形成处理科学自身的理论体系；

5、时刻注意图像处理领域的标准化问题。

五、直方图规定化原理和算法

在直方图规定化的过程中, 正确地选择规定化的函数有可能获得比直方图均衡化更好的效果, 一般分为三个步骤:

（1）如同均衡化方法中，对原始图的直方图进行灰度均衡化：

………………………………………（1）

（2）规定需要的直方图，并计算能使规定的直方图均衡化的变换：

…………………………………………（2）

（3）将第1个步骤得到的变换反转过来，即将原始直方图对应映射到规定的直方图，也就是将所有的对应到去。因为在映射过程中有取整误差的影响, 所以采用什么样的映射规则在离散空间中很重要。常用的两种方法为单映射规则( single mapping law, SML) 和组映射规则(group mapping law,GML)。

单映射规则( single mapping law, SML) : 是从小到大依次找到能使式（3）最小的k和l,

………………………………………………（3）

然后将对应到去, 由于这里每个是分别对应过的, 故这种方法简单直观, 但有时会有较大的取整误。

组映射规则(group mapping law, GML): 设有一个整数函数，, 满足: , 确定使式（4）达到最小的。

………………………………………………（4）

这时, 如果, 则将其从到的都对应到去;如果, 则将其从 到都对应到去[5]。

我们采用MATLAB进行仿真运算，具体实现的MATLAB算法的流程图为：

图1SML算法流程图图2GML算法流程图

六、 仿真效果对比

设有一幅64×64，8比特灰度图像，其直方图见图3所示，图4为希望变换得到的规定直方图。我们采用MATLAB进行仿真，按照单映射（SML）和组映射(GML)规则分别进行计算，可以得到在这两种映射规则下的直方图分布，仿真运算结果见图5图6所示。

图3 原始直方图 图4 规定直方图

图5 SML规定化后的直方图 图6 GML规定化后的直方图

七、 结论

对比图5和图6表明，本文实现的GML算法可以改进在以往的直方图规定化算法中出现的规定化后的图像的灰度级不能与规定直方图的灰度级相似的问题。同时我们可以看出，SML映射规则是一种有偏的映射规则，因为一些对应灰度级被有偏的映射到接近计算开始的灰度级，而GML映射规则是统计无偏的。

量化的比较可借助映射产生的误差来进行，这个误差可用对应映射间数值的差值（取绝对值）的和来表示，和的数值越小，映射效果越好。以图5图6 的数据为例，对单映射来说，这个和为：；而对组映射来说，这个和为：。组映射所产生的误差小于单映射所产生的误差。

八、 参考文献

[1] 冈萨雷斯.数字图像处理（MATLAB版）.北京：电子工业出版社.2004：58-64

[2] 章毓晋. 图像工程(上册) : 图像处理[M]. 北京: 清华大学出版社,2006.90-97

[3] Zhang Y J.1992.Improving the accuracy of direct histogram specification. IEEE Electronics Letters,28(3):213-214