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:
- Мальоване або друковане (художник, поліграфія, принтер).
- 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).
- Фотографічне (оптичне зображення, зареєстроване на фотоматеріалі в результаті хімічного процесу).
- 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:
- Дискретизація, квантування і кодування зображень.
- Геометричні перетворення зображень.
- Логічні і арифметичні операції над зображеннями.
- Фільтрація зображень.
- 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.