當(dāng)前，安防監(jiān)控技術(shù)已從經(jīng)典模式向以圖像處理、識(shí)別與跟蹤為核心的現(xiàn)代智能化模式轉(zhuǎn)變。因此，監(jiān)控圖像的檢測(cè)、分析、處理、識(shí)別等智能化功能軟件的研發(fā)尤為重要。本文介紹監(jiān)控圖像軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下設(shè)計(jì)菜單形式的圖像處理軟件包與圖像處理的一些常用算法等。以供編寫(xiě)監(jiān)控圖像處理系統(tǒng)軟件的研發(fā)者參考。

    隨著光電等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代信息社會(huì)的需要，安防監(jiān)控系統(tǒng)已向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，安防監(jiān)控技術(shù)已從經(jīng)典模式向以圖像處理、識(shí)別與跟蹤為核心的現(xiàn)代智能化模式轉(zhuǎn)變。因此，監(jiān)控圖像的檢測(cè)、分析、處理、識(shí)別等智能化功能軟件的研發(fā)尤為重要。

    監(jiān)控圖像處理軟件的開(kāi)發(fā)，首要的問(wèn)題是要選擇所依賴(lài)的軟件平臺(tái)以及圖像硬件系統(tǒng)，即要選擇操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)種類(lèi)、圖像硬件系統(tǒng)等。顯然，這種選擇一定要注意先進(jìn)性問(wèn)題，如當(dāng)Windows操作系統(tǒng)已經(jīng)上市以后，就不要再去選用DOS操作系統(tǒng)；同樣，當(dāng)Visual C++已經(jīng)很流行的時(shí)候，就不要再去選用早期的Basic了。對(duì)于一個(gè)完整的監(jiān)控圖像處理系統(tǒng)的研發(fā)者來(lái)說(shuō)，監(jiān)控圖像軟件系統(tǒng)所配接的硬件，正是自行研制的圖像硬件系統(tǒng)，因此還必須研制出適合這種圖像硬件系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等。

圖像處理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
圖像軟件系統(tǒng)的功能
    在現(xiàn)在的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像處理系統(tǒng)里，一般采用Windows操作系統(tǒng)、PCI總線、單屏操作方式，而且又融合了圖像通信技術(shù)。當(dāng)前圖像軟件系統(tǒng)一般應(yīng)具有以下功能：

1、圖像的輸入輸出
    圖像的輸入主要包括攝像機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)的圖像輸入；圖像的輸出主要包括打印機(jī)、視頻拷貝機(jī)、監(jiān)視器的圖像輸出。要實(shí)現(xiàn)把輸入輸出設(shè)備嵌入圖像軟件系統(tǒng)以完成圖像輸入輸出的功能，就需要調(diào)用或安裝這些設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

2、圖像文件的存儲(chǔ)與加載
    圖像文件的存儲(chǔ)是把幀存或內(nèi)存的圖像儲(chǔ)存在磁盤(pán)上，圖像文件的加載是把磁盤(pán)中的圖像文件調(diào)入幀存或內(nèi)存，這里有圖像文件格式問(wèn)題，常采用通用的BMP格式等。

3、系統(tǒng)的管理
    系統(tǒng)的管理可以認(rèn)為是對(duì)圖像硬件系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。如輸入通道輸出通道的切換、存貯體的選擇等。

4、圖像處理
    圖像處理的種類(lèi)很多，常常以大類(lèi)來(lái)作為一級(jí)菜單的內(nèi)容，如灰度變換、圖像編輯、圖像量測(cè)、圖像增強(qiáng)等。

5、圖像的通信
    圖像的通信包括圖像的發(fā)送與接收，常常涉及圖像的壓縮與傳輸。一般分靜態(tài)圖像壓縮與傳輸以及動(dòng)態(tài)圖像壓縮與傳輸。有兩種圖像數(shù)據(jù)源的圖像壓縮與傳輸：圖像數(shù)據(jù)來(lái)自硬盤(pán)；圖像數(shù)據(jù)來(lái)自硬件圖像系統(tǒng)。[nextpage]

圖像軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)
    通常，圖像軟件系統(tǒng)是分層構(gòu)造的，給出了圖像軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。圖中虛線框部分是圖像軟件系統(tǒng)，其中底層是硬件驅(qū)動(dòng)層，主要解決和硬件的聯(lián)接問(wèn)題，中間層是處理層，實(shí)現(xiàn)各種各樣的算法，最上面一層是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和通信。

    一般來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)備，可以采用以下三種方法：
?提供高級(jí)語(yǔ)言調(diào)用子程序；
?提供可安裝的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；
?提供通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
在Windows操作系統(tǒng)里，用戶(hù)可以直接安裝打印機(jī)、掃描儀等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。因?yàn)樵赪indows操作系統(tǒng)里，已經(jīng)包含了許多外設(shè)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，這對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是很方便的。
圖像軟件系統(tǒng)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
圖像軟件系統(tǒng)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要完成如下任務(wù)：
?對(duì)PCI總線上設(shè)備配置空間的操作；
?對(duì)SAA7146內(nèi)部寄存器的操作；
?對(duì)視頻前端子系統(tǒng)的初始化；
?對(duì)PC硬件中斷的維護(hù)；
?視頻圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的獲得；
?視頻圖像的實(shí)時(shí)顯示；
?軟件總體結(jié)構(gòu)和特殊功能的實(shí)現(xiàn)。

    從整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程可以看到，位于主機(jī)內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是數(shù)據(jù)流從外部專(zhuān)用硬件平臺(tái)到主機(jī)內(nèi)部通用處理平臺(tái)的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。外部圖像數(shù)據(jù)經(jīng)PCI總線接口控制芯片寫(xiě)到緩沖區(qū)內(nèi)，而內(nèi)部的軟件需要從緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理和顯示。

    視頻圖像數(shù)據(jù)的顯示問(wèn)題，目前都是利用WindowsAPI函數(shù)SetDIBitsToDevice實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)到顯示設(shè)備之間的傳送。絕大多數(shù)顯卡的硬件功能支持SetDIBitsToDevice，當(dāng)硬件不支持時(shí)，Windows將提供經(jīng)軟件模擬的SetDIBitsToDevice函數(shù)。由于有統(tǒng)一的規(guī)范，不需要關(guān)心所選用的顯卡的具體細(xì)節(jié)，同是顯示模式的問(wèn)題也迎刃而解了。由于圖像數(shù)據(jù)的傳輸由顯卡的硬件完成，所以能達(dá)到很好的效果。

Windows圖像軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
    在Windows操作系統(tǒng)且采用單屏方式的條件下，要對(duì)圖像進(jìn)行處理，就必須將圖像裝入內(nèi)存。當(dāng)物理內(nèi)存不足時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)存分頁(yè)交換，利用硬盤(pán)空間模擬內(nèi)存。應(yīng)用程序使用統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)存管理，代碼簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，還具有自動(dòng)伸縮性。

    圖像作為一個(gè)處理對(duì)象放到內(nèi)存中，必須使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述它，這就是圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于任何一個(gè)圖像應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，圖像數(shù)據(jù)總是應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的核心部分。

    應(yīng)用程序的所有功能幾乎都是圍繞它進(jìn)行的。如文件讀寫(xiě)、掃描、拍攝、處理、顯示、打印等，都需要建立、訪問(wèn)圖像數(shù)據(jù)，實(shí)際上都是以圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心為中心的。即使是最簡(jiǎn)單的圖像顯示軟件，也需要圖像文件讀取和圖像顯示兩大部分。[nextpage]

    一個(gè)圖像軟件系統(tǒng)，包括不同的圖像處理算法、圖像顯示、掃描儀或攝像機(jī)支持、圖像采集卡支持、圖像文件格式轉(zhuǎn)換等，都涉及到圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如果我們建立了一個(gè)以圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為核心的Windows圖像軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，就建立了一個(gè)完整的軟件圖像環(huán)境。

    圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心和圍繞此核心構(gòu)造的周邊模塊。圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心是居于中心位置的。周邊模塊包括圖像文件格式支持、圖像顯示、圖像處理等。
    在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

    圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的核心部分以C/C++語(yǔ)言完成。因?yàn)镃/C++語(yǔ)言編譯效率高，執(zhí)行速度快，這對(duì)于要處理大量數(shù)據(jù)的圖像應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的；且C/C++語(yǔ)言非常靈活，使得圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以高效的實(shí)現(xiàn)，而用其他的語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)某些相同的功能可能要花很大的精力；C/C++語(yǔ)言移植性強(qiáng)，幾乎可以移植到任何硬件和操作系統(tǒng)中。

    圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)可以使用C++，但是對(duì)外接口一律使用C界面。因?yàn)镃++的名字解析方法沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同公司的C++編譯器對(duì)相同的C++符號(hào)解析得到的名字可能完全不同，因此不同C++編譯器生成的目標(biāo)文件不能正確連接。這使得像Windows系統(tǒng)下具有C++接口的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)（DLL）的應(yīng)用不太可行，所以對(duì)外接口使用C語(yǔ)言則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。

    避免使用依賴(lài)于平臺(tái)的聲明、函數(shù)等，保持核心的可移植性。圖像核心定義和代碼只使用標(biāo)準(zhǔn)C數(shù)據(jù)類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)（ANSI）調(diào)用。當(dāng)需要高端應(yīng)用時(shí)，圖像核心可以迅速移植到UNIX及其他平臺(tái)，使整個(gè)應(yīng)用具備較強(qiáng)的移植能力和伸縮性。

    目前，圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包含如下模塊：
?StdImage：圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心以及對(duì)此核心進(jìn)行操作的基本函數(shù)；
?ProgressStub：進(jìn)度處理機(jī)制的定義和接口；
?VirtualFile：虛擬文件I/O界面；
?Vf_file：虛擬文件I/O的實(shí)際文件實(shí)現(xiàn)；
?Vf_memory：虛擬文件I/O的內(nèi)存文件實(shí)現(xiàn)；
?ImageFile：虛擬圖像文件讀寫(xiě)界面；
?Jfit_file：虛擬圖像文件讀寫(xiě)界面的JPEG格式實(shí)現(xiàn)；
?Bmp-file：虛擬圖像文件讀寫(xiě)界面的BMP格式實(shí)現(xiàn)；
?Fgi_file：虛擬圖像文件讀寫(xiě)界面的自由灰度圖像格式實(shí)現(xiàn)；
?DibStdImage：DIB（設(shè)備無(wú)關(guān)位圖）與StdImage之間的轉(zhuǎn)換；
?mess_util：難以歸類(lèi)的雜項(xiàng)輔助功能；
?ProgressWinHint：Windows下的一個(gè)進(jìn)度處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)；
?WinMessUtilities：Windows下的難以歸類(lèi)的雜項(xiàng)輔助功能。

    由于面向幀存的圖像硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以圖像幀存為核心，還包括圖像的輸入輸出和處理等模塊；而面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像系統(tǒng)里，是以計(jì)算機(jī)內(nèi)存為核心，同樣包括有圖像的輸入輸出和處理等模塊。前者以整體硬件結(jié)構(gòu)為主體，軟件似乎只是圖像處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，后者以整體軟件結(jié)構(gòu)為主體，硬件則納入軟件的管理之下。這兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的差別很大，但從功能來(lái)講，有其相似之處。[nextpage]

    面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為Windows圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，這種Windows圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)框圖。StdImage結(jié)構(gòu)代表了一個(gè)圖像或圖像序列，所有的功能幾乎都圍繞它進(jìn)行。它可以利用ImageFile模塊從圖像文件裝入圖像，或者將圖像寫(xiě)入文件中。在Windows環(huán)境下，為了顯示或打印圖像，通常會(huì)使用DIB，此外，像掃描儀、攝像機(jī)等還會(huì)以DIB的形式向計(jì)算機(jī)輸入圖像，因此圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)有DibStdImage模塊，以便在DIB和StdImage之間進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換。圖像通信插入在網(wǎng)絡(luò)和StdImage之間，由此可以實(shí)現(xiàn)圖像的傳輸，而這種傳輸，是以?xún)?nèi)存為媒介，它具有速度快的優(yōu)點(diǎn)。

圖像處理軟件包
    圖像處理軟件包通常是以菜單的形式出現(xiàn)的，在Windows操作系統(tǒng)的環(huán)境下來(lái)設(shè)計(jì)菜單形式的圖像處理軟件包，比在DOS操作系統(tǒng)的環(huán)境下容易得多，外設(shè)的管理和漢字的注釋不再費(fèi)事，而且用VisualC++編程，已有現(xiàn)成的菜單形式可以借用，這樣可以集中精力去設(shè)計(jì)圖像處理的算法。

    圖像處理軟件包分為專(zhuān)用圖像處理軟件包和通用圖像處理軟件包，專(zhuān)用圖像處理都以軟件處理為主，解決特定的問(wèn)題。通用圖像處理軟件包主要采用菜單形式，其算法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只是要求具有一些初步的算法，但一定具有圖像輸入功能。

    菜單一般有多級(jí)，主菜單里可以分為幾個(gè)大項(xiàng)，如文件管理、圖像獲取、圖像編輯、圖像二值化、邊緣增強(qiáng)、圖像量測(cè)、圖像變換等，每一個(gè)菜單大項(xiàng)的下級(jí)菜單又分若干小項(xiàng)，現(xiàn)以單屏圖像處理軟件包為例，簡(jiǎn)要介紹菜單的各項(xiàng)內(nèi)容。

文件管理
    這一項(xiàng)主要是圖像的存盤(pán)和加載，有時(shí)把圖像的打印也放在這一類(lèi)里。圖像的存盤(pán)和加載要解決兩個(gè)主要的問(wèn)題，一個(gè)是圖像區(qū)域的確定，另一個(gè)是圖像格式的規(guī)范。

    圖像區(qū)域分為規(guī)則區(qū)域和不規(guī)則區(qū)域，規(guī)則區(qū)域通常指矩形區(qū)域，不規(guī)則區(qū)域通常指用鼠標(biāo)器畫(huà)出來(lái)的一個(gè)封閉的單連通區(qū)域。

    在規(guī)則區(qū)域的情況下，存儲(chǔ)圖像時(shí)常用鼠標(biāo)器來(lái)確定所需存儲(chǔ)的區(qū)域，加載時(shí)又可以用鼠標(biāo)器來(lái)確定所加載圖像的顯示位置。圖像處理常常按整幅圖像來(lái)進(jìn)行，有時(shí)也把區(qū)域分為整幅圖像區(qū)域和局部圖像區(qū)域，由于整幅操作不再需要鼠標(biāo)器來(lái)確定區(qū)域，因此可以簡(jiǎn)化操作。

    規(guī)則區(qū)域圖像的格式有自由格式和標(biāo)準(zhǔn)格式兩種。對(duì)于灰度圖像，自由格式文件的第一個(gè)字節(jié)為0，表示是灰度圖像，后兩個(gè)字節(jié)表示矩形區(qū)域的寬，接下來(lái)的兩個(gè)字節(jié)表示矩形區(qū)域的高，隨后是灰度圖像數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)表示一個(gè)像素，每個(gè)像素按照從左到右、從上到下排列。對(duì)于彩色圖像，常用RGB基色的彩色空間。其自由格式文件的第一個(gè)字節(jié)為1，表示是彩色圖像，后兩個(gè)字節(jié)表示矩形區(qū)域的寬，接下來(lái)的兩個(gè)字節(jié)表示矩形區(qū)域的高，隨后是彩色圖像數(shù)據(jù)，三個(gè)字節(jié)表示一個(gè)像素，順序是R，G，B，每個(gè)像素按照從左到右、從上到下的順序排列。標(biāo)準(zhǔn)格式的圖像文件有BMP，TIFF等格式，也有壓縮存儲(chǔ)的格式。

    不規(guī)則區(qū)域的圖像存儲(chǔ)和加載比一般矩形區(qū)域復(fù)雜，首先遇到的是區(qū)域邊界的描述問(wèn)題，一般有多邊形描述方法和鏈碼（chaincodes）描述方法。 [nextpage]

    不規(guī)則的圖像文件的結(jié)構(gòu)。文件頭是一個(gè)CHAIN-HEAD型的結(jié)構(gòu)體的對(duì)象；鏈碼數(shù)據(jù)就是從圖像起始掃描點(diǎn)（xs，ys）開(kāi)始，以順時(shí)針?lè)较蜓貐^(qū)域外邊界曲線行走得到的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，其數(shù)目由文件頭的code＿size確定；掃描線的位置數(shù)據(jù)是若干個(gè)CHAIN＿SORT型結(jié)構(gòu)體的對(duì)象，數(shù)目由文件頭中的couple＿size確定。

圖像獲取
    圖像輸入設(shè)備有攝像機(jī)、掃描儀等，要在菜單里嵌入這些設(shè)備的圖像輸入功能，就必須使用相應(yīng)設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)攝像機(jī)輸入時(shí)，有兩種狀態(tài)：
?直通狀態(tài)，這是為了調(diào)整攝像機(jī)的工作狀態(tài)，如聚焦、調(diào)整光圈等。這種“直通”，實(shí)際上是一個(gè)連續(xù)數(shù)字化、傳輸、顯示的過(guò)程；
?采集狀態(tài)，采集分單幀采集和多幀采集，多幀采集時(shí)至少需要開(kāi)辟相應(yīng)存儲(chǔ)容量的內(nèi)存空間。

圖像編輯
    圖像編輯功能包括圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、平移、文字注釋、圖像動(dòng)態(tài)顯示等。軟件進(jìn)行的圖像放大基本上都是無(wú)級(jí)放大，所謂無(wú)級(jí)放大，是指放大倍數(shù)可以是非整數(shù)的放大，如放大2.2倍。圖像放大時(shí)，要進(jìn)行插值處理，有兩種插值處理的方法：
?重讀插值，如放大兩倍，即在x,y兩個(gè)方向上都放大兩倍，這樣一個(gè)點(diǎn)變成了2×2鄰域的四個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的數(shù)值相同且為原來(lái)點(diǎn)的值；
?線性插值，雙線性插值的放大效果最好。
圖像縮小一般是抽點(diǎn)，即按縮小的比例把多余的點(diǎn)去掉。圖像的旋轉(zhuǎn)是原始圖像乘一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣，旋轉(zhuǎn)的角度可以由鼠標(biāo)器確定。算法實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先應(yīng)確定旋轉(zhuǎn)后得到的區(qū)域，由這個(gè)區(qū)域的每一個(gè)點(diǎn)去對(duì)應(yīng)原始圖像的點(diǎn)，即把原始圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的值來(lái)作為該點(diǎn)的值，這樣做的好處是不會(huì)出現(xiàn)空點(diǎn)。

灰度變換
    在數(shù)字圖像處理中，經(jīng)常需要對(duì)圖像的灰度進(jìn)行某種變換，達(dá)到好的視覺(jué)效果或者便于以后的特征提取和識(shí)別。灰度變換是圖像預(yù)處理（preprocessing）的基本內(nèi)容之一。下面只簡(jiǎn)介3種灰度變換，其數(shù)學(xué)公式從略。

1、灰度級(jí)的線性變換
    圖像由于成像時(shí)曝光不足或過(guò)度，成像設(shè)備的非線性或圖像記錄設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍太窄等因素，都會(huì)產(chǎn)生對(duì)比度不足的弊病，使圖像中的細(xì)節(jié)分辨不清。這時(shí)如果將圖像灰度線性擴(kuò)展，常能顯著改善圖像的觀看質(zhì)量。

2、灰度級(jí)的對(duì)數(shù)變換
    當(dāng)希望對(duì)圖像的低灰度區(qū)有較大的擴(kuò)展而對(duì)高灰度區(qū)壓縮時(shí)，可采用灰度級(jí)的對(duì)數(shù)變換，它能使圖像灰度的分布均勻，與人的視覺(jué)特性相匹配。

3、直方圖統(tǒng)計(jì)與直方圖均衡化
    對(duì)于灰度圖像可統(tǒng)計(jì)其直方圖，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果用圖示法直觀地表示出來(lái)。直方圖均衡化是當(dāng)一個(gè)圖像具有平坦的均勻分布直方圖時(shí)，各個(gè)灰度等級(jí)都能充分發(fā)揮作用，可以得到比較好的視覺(jué)效果。

邊緣增強(qiáng)
    邊緣是圖像的最基本特征。邊緣包括著有價(jià)值的目標(biāo)邊界信息，這些信息可以用于圖像分析、目標(biāo)識(shí)別以及圖像濾波。邊緣檢測(cè)和邊緣增強(qiáng)的常用方法是微分運(yùn)算。圖像中灰度發(fā)生突變或不連續(xù)的地方稱(chēng)為邊緣，這些地方的微分值往往比較大。[nextpage]

    下面只羅列7種邊緣增強(qiáng)方法及其檢測(cè)算子，其數(shù)學(xué)公式這里從略，應(yīng)用時(shí)可參閱有關(guān)專(zhuān)著資料。常用的邊緣增強(qiáng)方法有：
?雙向一次微分；
?二次微分；
?Roberts算子。這是一種差分算子，由于窗口小，平滑噪聲作用也小，改進(jìn)的另兩種算子是Prewitt算子和Sobel算子，它們對(duì)有噪聲的階躍型邊沿的檢測(cè)能力比Roberts的好；
?Sobel微分運(yùn)算。Sobel可以產(chǎn)生較好的邊緣檢測(cè)效果，而且受噪聲的影響也比較?。?
?拉普拉斯運(yùn)算。拉普拉斯算子有時(shí)找到的邊緣是偽邊緣，特別是在圖像灰度變化不大的區(qū)域。因?yàn)檫@時(shí)小的灰度干擾（噪聲）便可能使二階導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生過(guò)零輸出；
?Robinson邊緣檢測(cè)。Robinsons算子實(shí)際上是4個(gè)不同的模板，分別算出4個(gè)加權(quán)和，進(jìn)行比較，取其中最大者作為最終結(jié)果。由于它考慮到了水平、垂直、45°、135°各個(gè)方向的灰度值的影響，所以通常濾除噪聲效果較好，邊界較清晰；
?Frei&Chen邊緣檢測(cè)等。
二值化
所謂二值化，就是通過(guò)設(shè)定閾值（threshold）把灰度圖像變換成僅用兩個(gè)值分別表示目標(biāo)和背景的二值圖像。圖像二值化可根據(jù)下列的閾值處理（thresholding）來(lái)進(jìn)行（見(jiàn)圖(1))。
通常，用最后的二值圖像g(i,j)中的1值（亮）部分表示目標(biāo)子圖，0值（黑）部分表示背景子圖。確定二值化閾值t的方法叫做閾值選擇，大多數(shù)的閾值選擇以圖像的灰度概率密度函數(shù)（直方圖）為依據(jù)。
二值化方法有：
1、非0像素置1法二值化
對(duì)于灰度圖像，把灰度值非黑的所有像素變?yōu)榘?，其他為黑，得到二值圖像。這種方法僅在背景象素多為黑時(shí)有效。
2、固定閾值法二值化
對(duì)于灰度圖像，小于閥值的像素變?yōu)楹冢笥陂撝档南袼刈優(yōu)榘?，閾值由用?hù)輸入。當(dāng)已經(jīng)了解灰度直方圖的情況，且預(yù)先通過(guò)對(duì)直方圖的統(tǒng)計(jì)已經(jīng)找到了目標(biāo)與背景之間的閾值時(shí)，宜采用這種方法。
3、微分直方圖法二值化
微分直方圖法是設(shè)想圖像中的目標(biāo)和背景之間的邊界灰度值急劇變化，此時(shí)利用灰度的變化率（微分值）來(lái)決定閥值。

噪聲消除
    數(shù)字圖像中往往存在著噪聲干擾，如光電元件產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲，數(shù)字化產(chǎn)生的量化噪聲等。這些噪聲與圖像信號(hào)可以是相加的或相乘的，這種噪聲干擾下的圖像可以用數(shù)字處理的辦法得到改善。消除圖像中的噪聲干擾的有效辦法是用局部平滑濾波，通過(guò)平滑濾波可以達(dá)到消除噪聲、提高圖像質(zhì)量的目的。

濾波方法有：
1、二值圖形麻點(diǎn)噪聲的濾除
    對(duì)于二值圖像f，消去麻點(diǎn)噪聲。設(shè)圖像像素f(i,j)周?chē)?個(gè)像素的灰度平均值為a，若|f(i,j)－a|≤0.5時(shí)，則f(i,j)黑白反轉(zhuǎn)；若大于0.5時(shí)則f(i,j)不變。

2、3×3平均值濾波
    對(duì)于灰度圖像f，設(shè)像素f(i,j)周?chē)?個(gè)像素的灰度平均值為a，進(jìn)行如下處理：
?若|f(i,j)－a|＜e，則f(i,j)=a；
?若|f(i,j)－a|≥e，則f(i,j)不變；
?程序中，誤差容限e由用戶(hù)指定。

3、中值濾波
    中值濾波可以有效地去除脈沖噪聲。3×3十字中值濾波和5×5十字中值濾波的數(shù)據(jù)形式分別如圖3（a）、（b）所示。5×5十字中值濾波的效果比3×3十字中值濾波的效果要好，但計(jì)算時(shí)間要長(zhǎng)。

4、多幀平均
    多幀平均可以有效地去除雪花噪聲，具體做法是連續(xù)采集M幀圖像，每幀圖像的寬、高為H，V，多幀平均算法為式中，G(x,y)為輸出圖像，f(x,y,k)為第k幀的輸入圖像。

圖像量測(cè)
    簡(jiǎn)單的圖像量測(cè)包含量測(cè)兩點(diǎn)之間的距離以及計(jì)算閉合區(qū)間的周長(zhǎng)、面積、重心等。其計(jì)算公式均相對(duì)簡(jiǎn)單，一般測(cè)量的書(shū)藉資料中都有，這里就從略了。

結(jié)語(yǔ)
    上面只是介紹了在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下監(jiān)控圖像軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及圖像處理軟件包與圖像處理的一些常用算法。這些算法的一些具體公式，由于篇幅所限，這里均從略了。本文在這里只起一個(gè)拋磚引玉的提示作用，僅供編寫(xiě)監(jiān)控圖像處理系統(tǒng)軟件的研發(fā)者參考。真正在編制圖像處理軟件時(shí)，很多圖像處理的算法，均可查閱有關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍。

    當(dāng)前，由于平安城市建設(shè)的需要，圖像處理與模式識(shí)別的軟件算法將在安防監(jiān)控中獲得廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，各安防監(jiān)控公司的老總應(yīng)抓住這一機(jī)遇，不要等國(guó)外的智能化功能軟件出來(lái)了再去照搬，而要自已組織創(chuàng)新地研發(fā)自己的智能化高新產(chǎn)品。