1.4 數字圖像處理的工程應用

數字圖像處理在航空航天、生物醫學、公共安全、工業制造、軍事、遙感、農業、通信等諸多領域均有著廣泛的應用。

（1）航空航天

圖像處理技術在我國航空航天領域發揮著重要作用。嫦娥號是我國制造的一系列繞月人造衛星。2007年10月24日，嫦娥一號成功奔月。2013年12月14日，“嫦娥三號”月球探測器完成月面軟著陸，創造了全世界在月工作最長紀錄。它拍攝的月面照片是人類時隔40多年首獲最清晰月面照片，其中包含大量科學信息，照片和數據向全球免費開放共享。圖1-7是“嫦娥三號”拍攝的彩色月面圖像。

2021年5月15日，我國天問一號攜帶的“祝融號”火星車在烏托邦平原南部成功著陸，開始了漫長的探測之旅。工作期間，“祝融號”火星車通過配置的地形相機、多光譜相機、次表層探測雷達、表面成分探測儀等6臺載荷，對巡視區開展詳細探測。圖1-8是“祝融號”拍攝到的火星表面圖片。

（2）生物醫學

數字圖像處理技術具有直觀性、無創傷、安全方便等優點，在醫學領域有著非常廣泛且重要的應用。利用電磁波譜成像分析系統診斷病情，如：顯微鏡圖像分析、DNA成像分析等；CT、B超、血管造影、紅外乳腺、顯微病理、電子顯微鏡、遠程醫療圖像、皮膚圖像、X射線、γ刀與χ刀腦外科等都離不開圖像，通過三維測量可視化軟件系統還可對各類醫學斷層圖像進行分析處理，提供診斷依據。如圖1-9所示為人體組織CT圖像，通過數字圖像處理技術檢測病變部位，可以提高醫療診斷的智能化。

（3）公共安全

公共安全包括社會治安、交通安全、生活安全、生產安全、食品安全、生態安全等。圖像處理在公共安全領域的應用場景主要包括犯罪偵查、交通監控、自然災害監測、消防安全檢測、食品安全保障、環境污染監測等，更具體的應用有人臉、指紋、掌紋、虹膜等生物特征識別，以及偽鈔識別、手跡印記鑒別及安檢等。

在犯罪偵查中，利用數字圖像處理技術和人工智能技術相結合，將采集到的人物圖片與其所持身份證照片進行對比，可有效核對身份信息，實現黑名單實時報警，從而有效的協助公安機關進行身份核查、安全檢查等工作，提升工作效率，節約警力。在交通安全中，可通過圖像處理技術智能分析路口路段車流量、飽和度、占有率等交通數據，進而優化路口信號燈的時長控制方案；也可以利用視頻圖像的檢測、跟蹤和識別技術來獲取車輛特征和駕乘人員姿態，從而有效識別假牌、套牌、車內不系安全帶、開車打電話等違法行為。在消防安全方面，圖像處理技術可用于火災和煙霧的檢測，及時發現火災并報警，更好地保證人民生命與財產安全。在環境污染監測方面，圖像處理可以用于污水排放色度和懸浮物檢測、海洋環境污染監測、空氣質量等級檢測、路面揚塵污染和路面固體垃圾檢測等。圖1-10是用于垃圾分類自動識別系統，通過雙目相機采集垃圾圖片，先利用數字圖像處理技術對垃圾進行定位、識別，再將檢測結果傳送給機械臂，進行垃圾分揀，減少環境污染。

（4）工業制造

工業制造是數字圖像處理的重要應用領域之一。作為工業之眼的機器視覺技術是智能制造時代和工業4.0時代實現工業自動化、智能化和互聯化的必要技術手段之一，而機器視覺是通過對目標圖像進行圖像處理來得到檢測和判斷信號的。

近年來在工業制造行業，圖像處理技術在自動缺陷檢測、智能識別、智能測量、智能檢測等方面飛速發展。圖像處理可以提高質量檢測的可靠性、生產效率、生產柔性和生產的自動化程度，在危險的工作環境中它可以替代人工視覺進行目視檢查，從而滿足制造過程中的安全檢測需求。圖1-11是圖像處理技術在不同工業領域中的應用實例。

（5）軍事

在軍事領域中，航空及衛星偵察照片的測繪與判讀、雷達圖像處理、導彈制導、軍事仿真等都要用到數字圖像處理技術。掌握先進的圖像處理技術，實現目標的精準識別和快速跟蹤，對于加強國防力量建設具有重要的意義。

海陸空三大領域的軍事目標各有特點，其目標識別的難點也各不相同，利用圖像處理技術重點解決惡劣環境下軍艦、坦克、火炮、裝甲車、無人機、導彈等軍事目標的識別，對一些虛假、偽裝目標的正確快速識別，以及地面小目標及發生遮擋的目標的識別。基于目標跟蹤的視頻監控能夠有效掌握戰場環境，并對敵方位置進行搜索和跟蹤，了解敵方動態，以求在戰爭中掌握先機。目前，國際上已有大量武器裝備應用了目標跟蹤技術，包括應用于高炮、導彈、坦克等武器裝備的火控系統，以及一些紅外搜索系統。

（6）農業

圖像處理早已成為智慧農業的重要支撐技術之一。其應用包括：借助遙感圖像處理統計作物的種植面積和耕地數據信息；利用圖像處理分辨農作物生長情況，幫助農民及時評估農作物生長中的缺水、缺營養及病蟲害等狀況；利用圖像處理提取農作物的色澤、尺寸等質量特征，進行農作物的分級；利用圖像處理進行水果定位，進而實現自動采摘等。

（7）通信

目前在圖像傳真、數字電視、網絡可視聊天、可視電話、網頁動畫、電視制作等領域都廣泛采用圖像處理技術進行各種視頻信號的傳輸及特效的制作。