基于量子理论的数字图像处理分析

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1、基丁．量子理论的数字图像处理研究1绪论1．1数字图像处理研究的目的和意义信息对人类社会发展进步起着至关重要的作用，20世纪50年代末计算机的出现，标志着人类已进入信息时代。目前信息资源已成为现代社会人类赖以生存和发展的基本条件之一。而图像是承载各种信息的主要载体之一，也是人类最容易、最直接获取的视觉信息，虽然它并非是原物体的完全精确表示，却是一个比较直观和恰当的表示。从数学和物理光学的角度上看，图像是物体辐射能量在空间的分布，它可以写成空间坐标、时间和波长的函数：I=f(X，Y，Z，允，f)(1．1)其中，X，Y，Z为空间坐标，旯，t分别为波长和时间。对于一幅二

2、维静态单色的平面图像，其能量分布函数与波长和时间无关，可以定义为一个二维函数f(x，y)，其中X和Y是空间坐标，而厂在任意一对坐标(x，少)处的幅度则称该点处图像的亮度和灰度。当x，Y和厂的幅值均为有限的离散值时，则该图像称为数字图像【卜31。目前随着计算机科技不断发展，计算机及其相关设备已经成为人们生活中不可或缺的工具，实践中的图像处理过程绝大部分也是经由计算机来完成的。但是计算机有个很重要的特点，就是计算机只能识别和处理离散的、数字化的二进制信息。也就是说，一幅图像作为计硕十学位论文算机“信息处理"【41的一个对象，通常是计算机能够处理的数据类型，即离散的、

3、数字化的数字图像。因此，数字图像已经成为现行图像处理技术的主流研究对象，对其进行处理的主要目的有三个方面的内容：(1)改善图像的质量，提高图像的视觉信息量。(2)提取图像中某些所需的特征信息，便于计算机分析图像。(3)对图像数据进行变换、编码和压缩，便于图像的存储和传输。不管是何种目的的图像处理，都需要由计算机和图像专用设备组成的图像处理系统对图像数据进行输入、加工和输出。而日常生活中的人眼可见图像大部分是属于连续的模拟图像‘51，并非计算机所能直接识别的数据信息。为了便于计算机对图像的分析与处理，通常有以下三种途径获取数字图像：(1)通过各种扫描仪器将传统的可

4、见图像进行抽样量化等数字化处理转换为数字图像。(2)应用各种光电转换设备直接获取数字图像。例如数码相机所拍摄的照片就是经过了一系列处理后所得到的数字图像。(3)直接通过一个被均匀采样和均匀量化的二维数值矩阵获取。实质上，无论经过何种方式所获取的数字图像，在数学上都能用一个二维矩阵来表示。而数字图像处理实际就是对图像数据的二维矩阵进行各种运算处理，由一个矩阵变为另一个优化矩阵，从而得到我基于量子理论的数字图像处理研究们所期望的目标图像，便于进一步分析和理解图像。【6】数字图像处理最早出现于20世纪50年代，大约于20世纪60年代初期形成一门学科。早期的图像处理单纯

5、地改善图像的质量，以提高人的视觉效果为目的，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。1964年，美国喷气推进实验室(JPL)的科研人员对航天探测器“徘徊者7号”发回的几千张月球照片进行了处理。充分考虑太阳位置和月球环境的影响，在计算机上对照片进行如几何校正、灰度变换、噪声去除等方法的处理，并成功地绘制出了具有良好视觉效果的月球表面地图。随后，实验室成员通过对“徘徊者8号"发回的几万张月球照片进行更为复杂的解卷积、消除运动模糊等处理，从而获得了质量更好的月球图像。这是早期最为成功的数字图像处理应用，同时这也是数字图像处理作为一门学科领域向前不断拓展的开始

6、。随着设备与科技的进步，数字图像处理的应用已经渗透到社会科技的各个领域，并且还在不断地加深和拓展，在国防与国家安全、社会经济发展、国计民生以及日常生活中发挥越来越重要的作用，如工业应用、医学与生物工程、通信领域、遥感、安全与交通、商业与电子商务、教学和科研等领域。其中最具重大意义的是医学与生物工程方面的应用，如临床诊断和治疗的各种成像技术中，最具代表性的X射线CT(X．rayComputedTomography)技术。1972年，英国EMI公司开发人员Hounsfeld首次研制出了用于头部检测的CT设备，其方法是根据人的头部截面的投影，利用计算机对截面图像进行重

7、建。此后于1975年推出了可用于全身检测的CT仪器，它的发明对人类医学3硕士学位论文具有重大实用意义。随后，科研人员根据不同组织和器官具有不同的特性，在CT技术的基础上设计出了更多的类似设备，如核磁共振技术NMRI、电阻抗断层图像技术EIT和阻抗成像(ImpedanceImaging)等。随着计算机技术和人工智能研究的迅速发展，数字图像处理被建设性地引入到更多、更高、更深层次的模式识别和计算机视觉等科研领域，并为这些领域的科研提供了基础理论的支撑。图像处理、模式识别和计算机视觉等【71相关领域并没有明显的区分界线，但我们可以大致将其分为低级、中级和高级处理三大部

8、分。低级处理主要包括降低