[科普中国]-计算机辅助图像分析

简介

由于计算机硬件计算速度的不断提高和成本的下降，图像处理和分析技术在各行各业已变得越来越重要。大量研究表明，利用计算机图像技术可很大的提高测量分析的精度和效率，实现信息采集的智能化和自动化。图像处理主要就在图像之间进行的变换。假如说图像处理是一个从图像到图像的过程，则图像分析是一个从图像到数据的能力。主要是对其中的图像所需要分析的目标进行检测和量定，而我们所获取的客观信息进行对图像的重新描述。然而图像的处理与技术分析将会随着计算机成熟和发展工程中而迅速发展起来的一个重要应用技术领域。

同时随着计算机应用技术的发展，图像与图像技术的应用也越来越广泛，除了传统的广告、包装宣传，网站设计等方面的应用。也在航空事业、机电事业、国家的安全部门、政司法科、国家的武器研发，新型导弹的定位，还伴有新型科学药物的研发、在工业上企业是非常重要的一门学科、伴随着计算机的技术与人工智能电子的研发智能图像的作用将会占据很大的部分其今后的发展趋势越来好，越来越广。2

具体方法基于图像噪声分析的计算机图像检测由于自然图像和计算机生成图像的形成机理不同，使两者在噪声分布上有很大的差异，因此，我们可以根据不同的噪声分布对两者作出区分。先构造一种自然图像模型，然后对图像的噪声进行小波隐马尔可夫处理，并根据图像的基本特征选择一种合适的噪声分布曲线，最后，根据所检测图像与自然图像之间的噪声相关差来判定是否是真实的图像。实践证明，此方法具有较高的检测率。

基于小波高阶特征的计算机图像检测小波的高阶特性能够将图像的统计特征表现出来，对于人脸识别和图像分类有很重要的作用。这种检测方法通过QMFs小波转换对所获取的图像进行分类，然后测试图像的峰度和偏斜度，并计算相应的均值和方差，用数学的统计方法来进行鉴别。这种方法具有非常高的准确度，但其大量的运算不免会影响整个检测效率。3

基于傅里叶变换的纹理描述利用傅里叶频谱的频率特性描述具有周期性或近似周期性的纹理图像的方向性，是基于傅里叶变换的纹理描述方法的基本思想引起了热烈的讨论。傅里叶频谱中突起的峰值对应纹理模式的主方向，这些峰在频域平面的位置对应模式的基本周期，如果通过滤波滤除周期性成分，剩下的非周期性部分可用统计方法描述。

马尔柯夫随机场模型马尔柯夫随机场模型(MRF)的定义是一个条件概率，即一点的取值概率只与其邻近点有关。马尔柯夫随机场模型将纹理图像看成马尔柯夫随机场模型的实现，即假定图像的每个象素的密度只依赖于邻域象素的密度。用马尔柯夫随机场模型来描述纹理图像，在每个分块中估计模型参数，然后对一系列的模型参数进行聚类，确定该象素点及其邻域情况下该象素点最可能归属的概率，概率系数可以作为重要的纹理特征。马尔柯夫随机场模型是种较好的描述纹理的方法，它在表达灰度数据空间分布特征方面体现出很好的特性，依据马尔柯夫随机场模型参数而进行的灰度图像纹理分析也取得较好效果。4

优势与劣势优势定性分析软件的优势在于提高资料分析的效率和深度 。虽然计算机程序并不能直接对定性资料进行分析, 但它们可以作为研究者把握纷繁琐碎的定性材料的好帮手 。在定量研究和定性研究中, 编码的含义不同。前者是把被访者的答案转换为逻辑上互斥 、范围上穷尽的选项 ,并赋值相应的数字, 后者是从经验材料和现存理论中形成概念或范畴的过程。辅助编码是计算机辅助分析的最大优势。
计算机辅助的定性分析过程, 有助于研究者尽快熟悉资料, 利用软件的自动编码功能, 研究者可以较系统地考察那些被自动编码的段落 ,这样, 一旦有资料, 就可以进行编码工作 ,分析过程可以和资料收集过程并行。这种拖网式的编码过程会产生大量的代码, 定性分析软件可以帮助研究者简化代码。首先是减少代码数量 ,其次是围绕主题组织代码。代码的定义既可以来自原始资料 ,也可能来自现存的理论。借助于计算机，代码界定的过程就是一个不断修正和迭代的过程，这比手工操作具有更大的优势。而且, 软件的检索功能也大大提高了研究者编码过程的前后一致性，代码之间的关系也更容易被发现。代码的修正过程也可能借助于程序而得以保存，成为一个记载所有代码特征的“编码簿”。

劣势定性分析软件在提高资料分析的效率和深度的同时，也带来一些问题，例如，把定性分析转换为定量分析的诱惑 ，对定性资料的时间方面和语言方面分析上的困难 , 没有其他选项等等。当借助于计算机软件进行定性分析时, 代码就有可能替代语境 ,成为分析的中心，这样，能够让代码凸显的意义结构就消失。而且，这种丧失情境的原因不在于编码的复杂性，而在于编码的过程本身。给段落编码并通过检索把相关段落组合成一个复合文本，这种操作过程把编码段落和诠释总体割裂开来，从而把深描变成狂草。深描不仅要求不同段落之间的比较，而且要求关注段落和语境之间的联系。
计算机辅助的定性分析的第二个弱点是把数据和分析隔离 。有时候,研究者只能采用一种“率直归纳法”的态度, 对于定性资料, 不是采取一种文化和理论的取向 ,而是一个经验取向，形成的理论概念(代码)和日常语言之间没有多大差别。最后, 计算机辅助的定性分析还容易使研究者产生一种对技术的盲从态度 ,以为计算机可以替代人们的思维, 从而产生误用。为了防止误用计算机辅助的定性分析方法, 我们需要明晰分析原则和评估标准。扎根理论的评估标准可分为两类：基于分析过程的和基于分析结果的。5

应用实例小麦图像识别—小麦生长过程中，自身外观颜色的变化直接反映着小麦的长势和营养状况等，从而通过分析其图像的颜色特征可以直接表征小麦的生长发育情况；充分挖掘图像的颜色信息进而合理、科学的表达图像的颜色特征是对小麦生长发育进行实时有效监测和调控的重要依据。对应于彩色图像的识别过程，颜色特征的提取和表达完全是基于颜色模式对颜色的表达之上的，所以，对颜色模式基本参量的分析和分类在基于颜色特征进行小麦图像识别和诊断中具有十分重要的意义。1