信号处理与生物视觉的研究表明:在信号的频域表示中,相位扮演了比幅值更加重要的角色,单纯由相位重建的结果包含了更多与原信号相似的结构.由此可见:相位含有很多重要特征.因此,相位在频域图像处理中的地位十分重要.基于相位的算法常常可以提供很多空域算法无法比拟的优点,如对噪声图像的健壮性,多尺度的分析处理方法,不需要预处理以及与灰度值无关等. 本文分析总结了相位信息在图像重建,特征提取,矩不变量分析以及图像配准几个方面的应用,指出了当前相位方法存在的几个问题,并给出了新的解决思路.新方法拓展了相位信息在图像处理中的研究,在应用中取得了有意义的结果.(1) 基于Zernike相衬法的医学图像处理提供了一种新的利用相位信息的手段,它主要是针对相位的利用方法一般比较简单的问题提出的.这种方法基于Zernikc相板的滤波原理(按频率对信号进行滤波),将低频部分的实部转化为虚部后进行图像重建.实验结果显示重建图像含有更加丰富的信息且出现了边缘增强的效果.针对实验的分析表明:合理改变图像相位结构可以显示出更多图像信息,同时重建图像还呈现出了相衬图像的特点.这也证明摆脱物理探测手段的限制,直接生成具有相衬特点的图像是可能的.(2) 提供了一种可以将相位信息转化为图像强度的复数滤波器-菲涅尔衍射卷积核函数.本文对菲涅尔衍射的分析证明:如果将信号转换为相位物体函数,菲涅尔卷积核函数有很好的边缘强化效果.通过计算点扩散函数等方法,对其进行化简和处理,提取了几种新的算子.比较实验表明,即使是与最受欢迎的Canny算子相比,这几种方法仍然表现出了一定的优势.特别是基于梯度和与均值滤波结合的两个算子,它们在大大简化了已有方法的同时提供了高质量的检测结果.定量实验与直接比较都显示:它们可以取得与Canny算子相当的检测结果.(3) 针对图像领域里相位域构造方法单一的问题,本文提出利用正交变换构造相位域的方法,并且将该方法应用到形状不变量(相似变换下的不变量)的研究中.以前的方法大多是利用各种变换直接生成不变量,如矩不变量,Fouder描述子,Ridgelet描述子等.本文利用相位域的放缩和旋转性质,通过构建支集生成了新的相位不变量.实验结果表明:结合正交基的性质,新的相位不变量可以取得很好的识别结果. 事实上,这三部分工作并非孤立存在,它们也为其他部分的内容提出了补充.比如,Zernike方法同样也是一种将相位转换为强度的方法,而边缘检测中相位物体函数的构造也是一种构建相位域的新方法.这三部分互相支持,互为补充,为相位方法的拓展提出了新的思路.