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目录第1章绪论.........................................................................................................................................................11.1数字图像处理的研究背景....................................................................................................................11.2数字图像处理的研究内容....................................................................................................................11.3DSP系统简介.........................................................................................................................................21.4图像增强简介........................................................................................................................................3第2章图像增强.................................................................................................................................................52.1图像增强的基本概念............................................................................................................................52.2图像增强的方法....................................................................................................................................52.2.1图像锐化.....................................................................................................................................62.2.2Sobel边缘检测算法.................................................................................................................8第3章直方图均衡化和规定化算法的DSP实现............................................................................................93.1算法的DSP实现与优化.......................................................................................................................9结论.....................................................................................................................................................................9数字图像处理现状与未来的发展1第1章绪论1.1数字图像处理的研究背景数字图像处理又称为计算机图像处理，它最早出现于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。图像处理的基本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。图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，使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，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。随着数字多媒体技术的不断发展，数字图像处理技术被广泛应用于可视电话、电视会议、监控系统、智能交通监控、目标跟踪、机器人导航等各种民用、商用及工业生产领域中。但在这些数字图像处理系统中，一个突出的问题就是数据量庞大，数据处理相关性高，实现实时比较困难。因此图像处理速度成为实时性的主要因素，这就要求实时图像处理系统必须具有强大的运算能力。高性能DSP的发展为实时的图像处理提供了一个解决途径。高速DSP不仅可以满足在运算性能方面的需要，而且由于DSP的可编程性，还可以在硬件一级获得系统设计的极大灵活性。1.2数字图像处理的研究内容数字图像处理技术，主要研究的内容:图像变换、图像编码压缩、图像增强和复原、图像分割、图像分类(识别)等。(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，而且可获得更有效地处理(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。数字图像处理现状与未来的发展2(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。(6)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。1.3DSP系统简介随着计算机及通信技术的发展，图像和视频的应用愈加广泛。大部分图像数据在实际应用前皆需进行有针对性的处理，如根据图像数据特点和应用领域对图像进行增强、除噪、锐化和识别等。此外，为了有效实时地传输信息，还必须对图像进行压缩。图像处理技术尤其是实时处理，现已成为一热门的研究课题。实现图像处理的主要方式有：(1)在通用计算机上用软件实现图像处理；数字图像处理现状与未来的发展3(2)在通用计算机系统中加入专用的加速处理模块；(3)利用通用单片机；(4)利用专用DSP芯片；(5)利用通用可编程DSP芯片。在众多图像处理方式中，最常用的是第1种，但此种方式要占用CPU几乎全部的处理能力，速度相对较慢，不适于实时处理，需要对其加以改进；而其他几种方式各有不足，如第2种方式不适于嵌入式应用，专业性较强，应用受到限制；第3种方式适于数字控制等不太复杂的数字信号处理，不适合计算较大的图像数据处理；第4种方式因为采用的是专用DSP芯片，故其应用范围受限，系统不够灵活，无法进行算法的升级与更新；第5种方式必须要用能充分考虑DSP内部并行性的汇编语言进行编制DSP程序，具有一定困难。但是，TI公司为了解决这个问题，推出了一个开放、具有强大集成能力的开发环境（CCS）。它采用了由先进的开发工具组成的直观系统，使用CCS提供的工具，开发者可以非常方便地对DSP软件进行设计、编码、编译、调试、跟踪和实时性分析，可有效减少DSP编程时间。综上所述，利用通用可编程DSP芯片实现图像处理较之其他方式具有一定的优越性，而且DSP芯片的可编程性和强大的处理能力，使其可用于快速地实现各种数字信号处理算法，成为目前图像处理系统的最佳选择。1.4图像增强简介图像处理最基本的目的就是改善图像。图像改善技术中最常用的方法是图像增强，以改善图像的视觉效果，并把图像处理成为适于计算机分析或控制的形式，典型应用以监视跟踪航天飞行器轨迹为代表。为满足图像增强目的，图像往往要发生变化，或称畸变。在空间飞行器跟踪中，增强技术是突出图像的某些明显特征以利于计算机快速处理，达到实时的控制，这些畸变可改善跟踪速度。在图像形成、传输或变换的过程中，由于受到其他客观因素诸如系统噪声、曝光不足或过量、相对运动等影响，获取图像往往会与原始图像之间产生某种差异。变化后的图像通常模糊不清或者经过机器提取的信息量减少，甚至提供错误信息，因此必须对其采取一些手段进行改善，获取图像真正的信息。在获取正确信息之前，要对图像进行处理，一般处理方法有两种，一是图像增强；二是图像复原。图像复原技术需要了解图像质量下降的数字图像处理现状与未来的发展4原因，首先要建立“降质模型”，再利用该模型恢复原始图像，因此分析起来比较麻烦。而图像增强与此不同，图像增强不考虑图像质量下降的原因，只将图像中感兴趣的特征有选择地突出，而衰减不需要的特征，它的目的主要是提高图像的可懂度。图像增强包括内容广泛，如图像去噪、抽取图像中一些目标的轮廓、图像的勾边处理、提取图像中的特征以及把黑白图像映射为彩色图像等技术。图像增强可分为空域处理和频域处理两大类。具体而言有空域变换增强、空域滤波增强以及频域增强。空域法主要是对图像中的各个像素点进行操作；而频域法是在图像的某个变换域内，修改变换后的系数，对图像进行操作，然后再进行反变换得到处理后的图像。本文将对各种方法进行介绍。数字图像处理现状与未来的发展5第2章图像增强2.1图像增强的基本概念图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要的信息，它是一种将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像质量丰富信息量，