圖像處理難點(diǎn)分析及處理器選擇

?

　　圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像是指用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、掃描儀等設(shè)備經(jīng)過(guò)采樣和數(shù)字化得到的一個(gè)大的二維數(shù)組，該數(shù)組的元素稱為像素，其值為一整數(shù)，稱為灰度值。圖像處理技術(shù)的主要內(nèi)容包括圖像壓縮，增強(qiáng)和復(fù)原，匹配、描述和識(shí)別3個(gè)部分。

　　隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高和全球反恐的大勢(shì)所需，以及數(shù)字化技術(shù)本身的不斷進(jìn)步，依托指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、人臉識(shí)別等技術(shù)的生物識(shí)別方案和視頻監(jiān)控方案等正逐步成為提高個(gè)人、家庭、企業(yè)和社會(huì)安全性的重要手段。生物識(shí)別方案主要包括四個(gè)步驟：圖像采集、圖像預(yù)處理，特征取樣，匹配分析;而視頻監(jiān)控方案則主要包括圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像處理與傳輸、圖像顯示及圖像管理等。不難看出，無(wú)論是生物識(shí)別還是視頻監(jiān)控，圖像預(yù)處理都是必需的。事實(shí)上，圖像預(yù)處理算法的靈活度、復(fù)雜度、對(duì)圖像處理芯片資源的占用度，以及處理時(shí)間的長(zhǎng)度將直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生舉足輕重的影響。因此，圖像預(yù)處理對(duì)于整個(gè)安防方案來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)艱巨而又關(guān)鍵的任務(wù)，直接決定了后續(xù)圖像處理與分析的準(zhǔn)確性和便捷性。

　　圖像分析

　　從圖像中抽取某些有用的度量、數(shù)據(jù)或信息。目的是得到某種數(shù)值結(jié)果，而不是產(chǎn)生另一個(gè)圖像。圖像分析的內(nèi)容和模式識(shí)別、人工智能的研究領(lǐng)域有交叉，但圖像分析與典型的模式識(shí)別有所區(qū)別。圖像分析不限于把圖像中的特定區(qū)域按固定數(shù)目的類別加以分類，它主要是提供關(guān)于被分析圖像的一種描述。為此，既要利用模式識(shí)別技術(shù)，又要利用關(guān)于圖像內(nèi)容的知識(shí)庫(kù)，即人工智能中關(guān)于知識(shí)表達(dá)方面的內(nèi)容。圖像分析需要用圖像分割方法抽取出圖像的特征，然后對(duì)圖像進(jìn)行符號(hào)化的描述。這種描述不僅能對(duì)圖像中是否存在某一特定對(duì)象作出回答，還能對(duì)圖像內(nèi)容作出詳細(xì)描述。

　　圖像處理的各個(gè)內(nèi)容是互相有聯(lián)系的。一個(gè)實(shí)用的圖像處理系統(tǒng)往往結(jié)合應(yīng)用幾種圖像處理技術(shù)才能得到所需要的結(jié)果。圖像數(shù)字化是將一個(gè)圖像變換為適合計(jì)算機(jī)處理的形式的第一步。圖像編碼技術(shù)可用以傳輸和存儲(chǔ)圖像。圖像增強(qiáng)和復(fù)原可以是圖像處理的最后目的，也可以是為進(jìn)一步的處理作準(zhǔn)備。通過(guò)圖像分割得出的圖像特征可以作為最后結(jié)果，也可以作為下一步圖像分析的基礎(chǔ)。

　　圖像匹配、描述和識(shí)別 對(duì)圖像進(jìn)行比較和配準(zhǔn)，通過(guò)分制提取圖像的特征及相互關(guān)系，得到圖像符號(hào)化的描述，再把它同模型比較，以確定其分類。圖像匹配試圖建立兩張圖片之間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，度量其類似或不同的程度。匹配用于圖片之間或圖片與地圖之間的配準(zhǔn)，例如檢測(cè)不同時(shí)間所拍圖片之間景物的變化，找出運(yùn)動(dòng)物體的軌跡。

　　從圖像中抽取某些有用的度量、數(shù)據(jù)或信息稱為圖像分析。圖像分析的基本步驟是把圖像分割成一些互不重疊的區(qū)域，每一區(qū)域是像素的一個(gè)連續(xù)集，度量它們的性質(zhì)和關(guān)系，最后把得到的圖像關(guān)系結(jié)構(gòu)和描述景物分類的模型進(jìn)行比較，以確定其類型。識(shí)別或分類的基礎(chǔ)是圖像的相似度。一種簡(jiǎn)單的相似度可用區(qū)域特征空間中的距離來(lái)定義。另一種基于像素值的相似度量是圖像函數(shù)的相關(guān)性。最后一種定義在關(guān)系結(jié)構(gòu)上的相似度稱為結(jié)構(gòu)相似度。

　　以圖片分析和理解為目的的分割、描述和識(shí)別將用于各種自動(dòng)化的系統(tǒng)，如字符和圖形識(shí)別、用機(jī)器人進(jìn)行產(chǎn)品的裝配和檢驗(yàn)、自動(dòng)軍事目標(biāo)識(shí)別和跟蹤、指紋識(shí)別、X光照片和血樣的自動(dòng)處理等。在這類應(yīng)用中，往往需綜合應(yīng)用模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)，圖像處理更多的是作為前置處理而出現(xiàn)的。 多媒體應(yīng)用的掀起，對(duì)圖像壓縮技術(shù)的應(yīng)用起了很大的推動(dòng)作用。圖像，包括錄像帶一類動(dòng)態(tài)圖像將轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像，并和文字、聲音、圖形一起存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。它的應(yīng)用將擴(kuò)展到教育、培訓(xùn)和娛樂(lè)等新的領(lǐng)域。

　　圖像預(yù)處理分析

　　根據(jù)目的的不同，圖像預(yù)處理可分為對(duì)采集圖像進(jìn)行清晰化處理，對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別前的預(yù)處理，以及對(duì)圖像進(jìn)行壓縮前的預(yù)處理等。其中，對(duì)采集圖像進(jìn)行清晰化處理主要包括對(duì)CMOS或CCD圖像傳感器感光單元的不一致進(jìn)行后續(xù)糾正，對(duì)實(shí)際環(huán)境與傳感器采集的圖像進(jìn)行差異補(bǔ)償(如背光)，以及對(duì)采集到的原始圖像進(jìn)行去噪處理等。雖然這種預(yù)處理算法本身的難度不大，但隨著實(shí)時(shí)性需求的普及，尤其是在像素較大時(shí)，這種算法還是對(duì)DSP的處理能力提出了很高的要求。

　　而對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別前的預(yù)處理則目的性很強(qiáng)，可能需要破壞原來(lái)的像素和分布，以便后續(xù)進(jìn)行特征提取。這種預(yù)處理算法的難度視識(shí)別場(chǎng)合的不同而不同。要綜合后面的識(shí)別算法部分，選擇適當(dāng)?shù)腄SP.圖像壓縮前的預(yù)處理主要是指將YUV422變?yōu)閅UV420、將RGB變?yōu)閅UV等。這類處理往往有實(shí)時(shí)性要求，如果采用軟件實(shí)現(xiàn)，會(huì)對(duì)處理性能有較高的要求;如果采用硬件實(shí)現(xiàn)，則雖然在處理性能上有保證，但硬件成本會(huì)有所上升。

　　同時(shí)，根據(jù)應(yīng)用不同，圖像預(yù)處理又可分為生物識(shí)別應(yīng)用中的圖像預(yù)處理和視頻監(jiān)控應(yīng)用中的圖像預(yù)處理。對(duì)于生物識(shí)別應(yīng)用，以指紋識(shí)別為例，其預(yù)處理主要包括指紋圖像增強(qiáng)、指紋圖像二值化、指紋圖像細(xì)化、指紋圖像細(xì)化后處理。而視頻監(jiān)控應(yīng)用中的圖像預(yù)處理主要是指對(duì)圖像傳感器輸出的連續(xù)圖像進(jìn)行分析，獲取足夠的信息，并通過(guò)自動(dòng)白平衡、伽馬(Gamma)校正、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)曝光、背光補(bǔ)償?shù)葋?lái)提高圖像的實(shí)際效果。