基于计算机数字图像处理的木材纹理特征提取与分类识别方法

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：随着计算机技术的飞速发展，国内外学者将计算机数字图像处理技术引入木材学领域，为解决这一难题提供了新的思路。计算机数字图像处理主要包括以下几项内容：几何处理、算术处理、图像增强、图像复原、图像重建、图像编码、模式识别、图像理解等。

木材表面纹理具有精细复杂的结构，很难用明确的数学解析式表达，对其进行研究具有理论和实际双重价值，但同时也作为一个难题一直困扰着木材学术界。随着计算机技术的飞速发展，国内外学者将计算机数字图像处理技术引入木材学领域，为解决这一难题提供了新的思路。

计算机数字图像处理主要包括以下几项内容：几何处理、算术处理、图像增强、图像复原、图像重建、图像编码、模式识别、图像理解等。

1.几何处理

几何处理包括：坐标变换，图像的放大、缩小、旋转、移动，多个图像配准，全景畸变校正，周长、面积、体积计算等。

2.算术处理

算术处理主要对图像进行加、减、乘、除等运算，虽然该处理主要针对像素点的处理，但非常有用，如医学图像的减影处理技术就有显著的效果。

3.图像增强

图像增强处理主要是突出图像中感兴趣的信息，而减弱或去除不需要的信息，从而使有用信息得到增强，便于区分或解释。主要方法有直方图增强、伪彩色增强、灰度窗口等技术。

4.图像复原

图像复原的主要目的是去除干扰和模糊，恢复图像的本来面目。典型的例子，如去噪就属于图像复原。图像噪声包括随机噪声和相干噪声，随机噪声干扰表现为麻点干扰，相干噪声表现为网纹干扰。去模糊也是复原处理的任务，这些模糊来自透镜散焦、相对运动、大气湍流以及云层遮挡等。这些干扰可用维纳滤波、逆滤波、同态滤波等方法加以去除。(www.chuimin.cn)

5.图像重建

几何处理、图像增强、图像复原都是从图像到图像的处理，即输入的是图像，输出的也是图像；而图像重建则是从数据到图像的处理，即输入的是某种数据，处理结果得到的是图像。图像重建的主要算法有代数法、迭代法、傅里叶反投影法、卷积反投影法。值得注意的是，三维重建算法发展很快，而且由于与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成为三维图像，并加以光照模型和各种渲染技术，能生成各种具有强烈真实感及纯净感的高质量图像。三维重建技术也是当今虚拟现实和科学可视化技术的基础。

6.图像编码

图像编码研究属于信息论中的信息编码范畴，其主要宗旨是利用图像信号的统计特性及人类视觉的生理学及心理学特性对图像进行高效编码，即研究数据压缩技术，以解决数据量大的矛盾。一般来说，图像编码的目的有三个：①减少数据存储量；②降低数据量以减少传输带宽；③压缩信息量，便于特征抽取，为识别做准备。

7.模式识别

模式识别理论和技术经常应用在计算机数字图像处理研究中。目前，模式识别方法主要分为五种，即统计识别法、句法结构模式识别法、模糊识别法、基于神经网络的模式识别方法和人工智能方法。统计识别法侧重于特征，句法结构模式识别法侧重于结构和单元，模糊识别法是把模糊数学的一些概念和理论用于识别处理。在模糊识别处理中充分考虑了人的主观概率，同时也考虑了人的非逻辑思维方法及人的生理、心理反应。

8.图像理解

图像理解是由模式识别发展起来的一个重要研究领域，它输入的是图像，输出的是一种描述。这种描述不是单纯用符号做出的描述，而是要利用客观世界的知识使计算机进行推理、联想及思考，从而理解图像所表现的内容。

目前，计算机数字图像处理技术（计算机图像处理技术）已是各个学科竞相研究并在各个领域广泛应用的一门科学，广泛应用于许多社会领域，如工业、农业、国防军事、社会公安、科研、生物医学、通信邮电等。随着科技事业的进步以及人类需求的多样化发展，多学科的交叉、融合已是现代科学发展的突出特色和必然途径，而图像处理科学又是一门与国计民生紧密相连的应用科学，它的发展和应用与我国的现代化建设关系之密切、影响之深远是不可估量的。计算机数字图像处理技术在木材科学领域的应用主要包括以下几个方面：①木材构造的分析与测量；②人造板加工和制材控制；③木质材料表面粗糙度检测；④制浆和造纸分析；⑤木材表面纹理的分析等。计算机图像处理技术作为一种先进的技术手段，正在积极推动木材科学的研究和木材工业的发展。

基于计算机数字图像处理的木材纹理特征提取与分类识别方法

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