图像处理简介.doc

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1、图像处理简介 图像处理技术发展到今天，已经被应用到工程学、计算机科学、信息科学、 统计学、 物理学、化学、生物学、医学甚至社会科学等多个学科，并成为这些学科获取信 息的重 要来源及利用信息的重要手段， 所以图像处理科学己经成为与国计民生紧密相连 的一门 应用科学。 图像处理技术研究的重点在于图像处理算法和系统结构，随着计算机、集成 电路等 技术的飞跃发展，图像处理技术在这两方面都取得了长足的发展。但随着图像信 息数据 量的增大，图像处理算法复杂度的提高，图像处理技术依然面临着许多挑战性的 问题， 具体可概括为图像处理

2、的网络化、复杂问题的求解与处理速度的高速化，可以通 过选择 合适的图像处理平台以及恰当的图像处理算法来解决这些挑战性的问题。  图像处理技术最初是在采用高级语言编程在计算机上实现的， 后来还在计算 机中加 入了图像处理器(GPU)，协同计算机的 CPU 工作，以提高计算机的图形化处理 能力。在 大批量、小型化和低功耗的要求提出后，图像处理平台依次出现了基于 VLSI 技 术的专 用集成电路芯片((ASIC)和数字信号处理器((DSP)，近年来，随着EDA技术的发展以及FPGA(Field-ProgrammableGa

3、teArray,现场可编程门阵列)技术的提高，越来越多的厂家和科研机构将FPGA作为图像处理技术实现的主要平台，以提高图像处理系统的性能。FPGA是在PAL,GAL,CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。4.2数字图像处理的硬件平台    数字图像处理的发展是和计算机、集成电路等技术的发展密切相关的，曾经作为数字图像处理平台的有:计算机、专业集成电路、DSP 芯片和 FPGA，下面

4、将按时间的顺 序予以介绍。 从 1946 年到 1964 年，计算机分别进入了“电子管计算机时代，和“晶体管计算机时 代” ，这个时代的计算机才能称之为现代计算机，特别是进入“晶体管计算机时代”后， 由于晶体管比电子管小得多，不需要暖机时间，消耗能量较少，处理更迅速、更可靠。 第二代计算机的程序语言从机器语言发展到汇编语言。接着，高级语言 FORTRAN 语言 和 COBOL 语言相继开发出来并被广泛使用。这时，开始使用磁盘和磁带作为辅助存储 器。第二代计算机的体积和价格都下降了，使用的人也多起来了，计算机工业迅速发

5、展。 所以，虽然数字图像处理起源于 20 世纪 20 年代，但真正意义上的发展开始于 20 世纪 50 年代。 随着集成电路的发展，计算机进入中小规模集成电路计算机时代及大规模集 成电路计算机时代，这个时代中计算机通常作为非实时图像处理平台和图像管理工作站 平台，后来为了提高计算机的图形化处理能力，在计算机中加入 GPU 协同 CPU 工作， 但 GPU 仅仅是对 CPU 若干指令的加速，并不是实际意义上的并行化处理，其实时图像处理能力还是较弱。 为了解决实时图像处理， 降低单件图像处理设备的成本， 图像处理设备生产

6、商开始使用集成 电路生产图像处理专用芯片，利用集成电路技术生产的图像处理专用芯片，其 优势在于:集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性 能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。超大规模集成电路(VLSI)的今天，大批量 的图像处理专用芯片 ASIC(专用集成电路)与 ASSP(专用标准产品)仍占据着很大的市场 份额。 在小批量的图像处理系统中，使用专用芯片成本太高，研发周期太长，所以需要使 用合适的微处理器予以取代，DSP 的出现解决了这方面的问题。DSP(Digital Signal P

7、rocessor,数字信号处理器)，是一种具有特殊结构的微处理器，DSP 芯片的内部采用程 序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。 从上世纪 80 年代末直至现在， DSP 一直作为小批量的图像处理系统的处理器，用来实现如二维和三维图形处理、图像 压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等图像处理。随着计算机、多媒体和数据通信技术的高速发展，数字图像技术近年来得到了极大 的重视和长足的发展，并在科学研究、工业生产、医疗卫生、教

8、育、娱乐、管理和通信等方 面取得了广泛的应用。同时，人们对计算机视频应用的要求也越来越高，从而使得高速、便 捷、 智能化的高性能数字图像处理设备成为未来视频设备的发展方向， 实时图像处理技术在 目标跟踪、机器人导航、辅助驾驶、智能交通监控中都得到越来越多的应用。由于图像处理 的数据量大，数据处理相关性高，实时的应用环境决定严格的帧、场时间限制，