Цифровая обработка изображенийЦифровая обработка изображения — использование компьютерных алгоритмов для обработки цифровых изображений[1]. Как область цифровой обработки сигналов, цифровая обработка изображений имеет много преимуществ перед аналоговой обработкой[англ.]. Она позволяет применять гораздо более широкий ряд алгоритмов к входным данным и избежать проблем, таких как добавленные шумы и искажения в процессе обработки. Поскольку изображения определяются как массивы двухмерные (или выше), цифровая обработка изображений может быть промоделирована с привлечением многомерных систем[англ.]. ИсторияПервые техники цифровой обработки изображений были разработаны в 1960-х годах в Лаборатории реактивного движения, Массачусетском технологическом институте, Лабораториях Белла, Мэрилендском университете и других исследовательских центрах в качестве приложений для спутниковой фотосъёмки, преобразования к стандартам фототелеграфа, медицинской визуализации, видеотелефонии, распознавания символов и улучшения фотографий[2]. Цена обработки на оборудовании того времени была, однако, очень высокой. Ситуация изменилась в 1970-х годах, когда стали доступны дешёвые компьютеры и другое оборудование. Затем появилась возможность обрабатывать изображения в реальном времени для некоторых задач, таких как преобразование телевизионных стандартов[англ.]. С ростом мощности компьютеров общего назначения на них стали выполняться почти все специализированные операции, требующие больших затрат ресурсов компьютера. С появлением быстрых компьютеров и развитых алгоритмов обработки сигналов, ставшими доступными в 2000-х годах, цифровая обработка стала наиболее общей формой обработки изображений и, в общем случае, используется не только из-за гибкости применяемых методов, но и вследствие низкой стоимости. Технология цифровой обработки изображений для медицинских приложений была представлена в зале славы Космического фонда США в 1994[3] году. ЗадачиЦифровая обработка изображений позволяет применение существенно более сложных алгоритмов, а следовательно, может дать как бо́льшую производительность на простых задачах, так и реализовывать методы, которые были бы невозможны при аналоговой реализации. В частности, цифровая обработка изображений является единственной практичной технологией для: Некоторые техники, которые используются в цифровой обработке изображений:
Преобразование цифрового изображенияФильтрацияЦифровые фильтры используются для размывания и увеличения резкости цифровых изображений. Фильтрация может быть осуществлена в пространственной области путём свёртки со специально разработанными ядрами (массивами фильтрации) или в частотной области (преобразованием Фурье) путём отсеивания определённых областей частот. Следующие примеры показывают оба метода[4]:
Краевые отступы изображения при фильтрации в Фурье-пространствеК изображениям обычно добавляется отступ перед преобразованием в Фурье-пространство. Отфильтрованные по верхним частотам изображения ниже иллюстрируют результат различных техник отступа:
Фильтр показывает дополнительные рёбра в случае добавления нулей. Примеры кода фильтрацииПример MATLAB для пространственной фильтрации в Фурье-пространстве по верхним частотам. img=checkerboard(20); % generate checkerboard
% **************** SPATIAL DOMAIN ******************
klaplace=[0 -1 0; -1 5 -1; 0 -1 0]; % Laplacian filter kernel
X=conv2(img,klaplace); % convolve test img with
% 3x3 Laplacian kernel
figure()
imshow(X,[]) % show Laplacian filtered
title('Laplacian Edge Detection')
Аффинные преобразованияАффинные преобразования дают возможность осуществлять базовые преобразования изображений, такие как изменение пропорции, вращение, перенос, зеркальное отражение и косой сдвиг, как показано на примерах ниже[4]:
ПриложенияИзображения цифровой камерыЦифровые камеры обычно включают специализированные аппаратные средства цифровой обработки изображения — либо отдельные микросхемы, либо путём добавления цепей в другие микросхемы — для преобразования необработанных данных с фотоматрицы в откорректированное по цвету[англ.] изображение в стандартном формате. Фильмы с применением цифровой обработкиЗападный мир (1973) был первым художественным фильмом с использованием цифровой обработки изображений в части пикселизации с целью промоделировать зрение андроида[5]. См. также
Примечания
Литература
Литература для дальнейшего чтения
Ссылки
Information related to Цифровая обработка изображений |