Комп'ютерна обробка зображень

Що таке зображення. На це питання можна відповісти по-різному. Найпростіше і широке визначення цього поняття: зображення - це те, що ми бачимо. Інше визначення: зображення - це інформація, придатна для візуального сприйняття. Залежно від походження умовно можна виділити наступні типи зображень:

  1. Мальоване або друковане (художник, поліграфія, принтер).
  2. Оптичне (розподіл інтенсивності електромагнітного поля створюване оптичним приладом в деякій області простору (області локалізації) наприклад, на сітківці ока, на екрані при проектуванні, в площині приймача об'єктива фотоапарата).
  3. Фотографічне (оптичне зображення, зареєстроване на фотоматеріалі в результаті хімічного процесу).
  4. Електронне або цифрове (оптичне зображення, зареєстроване за допомогою електронного приймача, наприклад, ПЗС-матриці, сканера, мікроденситометри). Електронним також називають зображення, що відображається на екрані монітора.

Як бачимо, поділ умовний. Зображення з одного типу відразу переходить в інший. Ланцюжок цих перетворень в більшості випадків закінчується зображенням на сітківці ока і образом в мозку людини. Чи існують поняття зображення окремо від ока людини? Яка частка суб'єктивності в зображенні? Це філософські питання, які ми не будемо обговорювати. Спробуємо дати зображенню формалізоване визначення, яке дозволить нам описати цей об'єкт математично і маніпулювати ним для досягнення певних цілей. Ці маніпуляції назвемо обробка зображень.

Обробка зображень може проводитися в різних цілях:

  • Зміна (спотворення) зображення з метою досягнення будь-яких ефектів (художнє поліпшення). Ці перетворення не будуть розглядатися в рамках даного курсу;
  • Image Processing - візуальне (помітне оком) поліпшення якості зображення (корекція яскравості і контрасту, цветокорреція і т.п.); об'єктивне поліпшення якості зображення (усунення спотворень типу дисторсия, смаз, расфокусировка і т.п.);
  • Image Analysis - проведення вимірювань на зображенні (аналіз інтерферограмма, гартманограмм, ФРТ і т.п.);
  • Image Understanding - розпізнавання образів (розпізнавання символів, відбитків пальців, осіб, прилади наведення і т.п.)

Для досягнення поставлених цілей розглянемо рішення наступних завдань:

  1. Дискретизація, квантування і кодування зображень.
  2. Геометричні перетворення зображень.
  3. Логічні і арифметичні операції над зображеннями.
  4. Фільтрація зображень.
  5. Препарування зображень.

Визначення цифрового зображення

Необхідно відзначити, що ми будемо маніпулювати з двовимірними зображеннями. Під зображенням будемо розуміти функцію двох дійсних змінних, де - це інтенсивність (яскравість) у точці з координатами. Іноді обробці буде піддаватися не все зображення, а деяка його частина, яку в англомовній літературі прийнято називати region-of-interest. ROI (область представляє інтерес. ОПИ).

Для обробки на комп'ютері зображення повинно бути дискретизованої і квановано. Дискретизованного і квантування зображення називається цифровим. Цифрове зображення представлено в дискретно двовимірному просторі, де - номер рядка, а - номер стовпчика. Елемент, розташований на перетині -ої рядки і-го стовпця називається піксель (pixel - picture element). Інтенсивність пікселя може описуватися або речовим або цілим числом. Відносна інтенсивність в дійсних числах зазвичай змінюється від 0 до 1, а в цілих числах від 0 до 255.

Зазвичай фізичний сигнал, що виникає в точці. є функцією залежить від багатьох параметрів (- глибина, - довжина хвилі, - час). Однак ми будемо розглядати статичні, і частіше монохроматические зображення.

Основні характеристики зображення

Серед характеристик цифрових зображень слід виділити:

Кількість квітів (глибина кольору). точніше кількість біт, що відводиться для зберігання кольору, визначається спрощенням електронних схем і кратно ступеня 2. Зображення для зберігання інформації про квіти якого необхідно 1 біт називається бінарним. Для зберігання напівтонових (gray scale, gray level) зображень використовується зазвичай 8 біт. Кольорові зображення зберігаються зазвичай з використанням 24 біт по 8 на кожен з трьох колірних каналів.

Дозвіл. вимірюється зазвичай в dpi (dot per inch - кількість точок на дюйм). Наприклад, на екрані монітора дозвіл зазвичай 72 dpi, при виведенні на папір - 600 dpi, при реєстрації на ПЗС-матриці з розміром одного елемента 9 мкм дозвіл складе майже 3000 dpi. В процесі обробки дозвіл можна змінити: на саме зображення це не вплине, але зміниться його відображення пристроєм візуалізації.

Методи обробки зображення

В основі алгоритмів обробки зображень покладені в основному інтегральні перетворення: cвертка, перетворення Фур'є і ін. Також використовуються статистичні методи.

Методи обробки зображень класифікують зазвичай за кількістю пікселів беруть участь в одному кроці перетворення:

  • поточечной методи в процесі виконання перетворять значення в точці в значення незалежно від сусідніх точок;
  • локальні (окрестностние) методи для обчислення значення використовують значення сусідніх точок в околиці;
  • глобальні методи визначають значення на основі всіх значень вихідного зображення.

Схожі статті