Einführung in die digitale Bildverarbeitung
Einführung
Die Signalverarbeitung ist eine Disziplin in der Elektrotechnik und in der Mathematik, die sich mit der Analyse und Verarbeitung von analogen und digitalen Signalen sowie mit dem Speichern, Filtern und anderen Operationen an Signalen befasst. Diese Signale umfassen Übertragungssignale, Ton- oder Sprachsignale, Bildsignale und andere Signale usw.
Von all diesen Signalen wird das Feld, das sich mit der Art der Signale befasst, für die die Eingabe ein Bild und die Ausgabe auch ein Bild ist, in der Bildverarbeitung ausgeführt. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um die Verarbeitung von Bildern.
Es kann weiter in analoge Bildverarbeitung und digitale Bildverarbeitung unterteilt werden.
Analoge Bildverarbeitung
Die analoge Bildverarbeitung erfolgt für analoge Signale. Es umfasst die Verarbeitung zweidimensionaler analoger Signale. Bei dieser Art der Verarbeitung werden die Bilder durch elektrische Mittel durch Variieren des elektrischen Signals manipuliert. Das übliche Beispiel ist das Fernsehbild.
Die digitale Bildverarbeitung hat im Laufe der Zeit aufgrund ihres breiteren Anwendungsbereichs die analoge Bildverarbeitung dominiert.
Digitale Bildverarbeitung
Die digitale Bildverarbeitung befasst sich mit der Entwicklung eines digitalen Systems, das Operationen an einem digitalen Bild ausführt.
Was ist ein Bild?
Ein Bild ist nichts anderes als ein zweidimensionales Signal. Es wird durch die mathematische Funktion f (x, y) definiert, wobei x und y die beiden Koordinaten horizontal und vertikal sind.
Der Wert von f (x, y) an einem beliebigen Punkt gibt den Pixelwert an diesem Punkt eines Bildes an.
Die obige Abbildung ist ein Beispiel für ein digitales Bild, das Sie jetzt auf Ihrem Computerbildschirm anzeigen. Tatsächlich ist dieses Bild jedoch nichts anderes als eine zweidimensionale Anordnung von Zahlen zwischen 0 und 255.
| 128 | 30 | 123 |
| 232 | 123 | 321 |
| 123 | 77 | 89 |
| 80 | 255 | 255 |
Jede Zahl repräsentiert den Wert der Funktion f (x, y) an einem beliebigen Punkt. In diesem Fall repräsentiert der Wert 128, 230, 123 jeweils einen einzelnen Pixelwert. Die Abmessungen des Bildes sind tatsächlich die Abmessungen dieses zweidimensionalen Arrays.
Beziehung zwischen einem digitalen Bild und einem Signal
Wenn das Bild ein zweidimensionales Array ist, was hat es dann mit einem Signal zu tun? Um das zu verstehen, müssen wir zuerst verstehen, was ein Signal ist.
Signal
In der physischen Welt kann jede Größe, die über die Zeit über den Raum oder eine höhere Dimension messbar ist, als Signal genommen werden. Ein Signal ist eine mathematische Funktion und vermittelt einige Informationen.
Ein Signal kann ein eindimensionales oder zweidimensionales oder höherdimensionales Signal sein. Ein eindimensionales Signal ist ein Signal, das über die Zeit gemessen wird. Das übliche Beispiel ist ein Sprachsignal.
Die zweidimensionalen Signale sind diejenigen, die über einige andere physikalische Größen gemessen werden. Das Beispiel eines zweidimensionalen Signals ist ein digitales Bild. Wir werden im nächsten Tutorial genauer untersuchen, wie ein eindimensionales oder zweidimensionales Signal und höhere Signale gebildet und interpretiert werden.
Beziehung
Denn alles, was Informationen vermittelt oder eine Nachricht in der physischen Welt zwischen zwei Beobachtern sendet, ist ein Signal. Dazu gehört Sprache oder (menschliche Stimme) oder ein Bild als Signal. Seitdem wir sprechen, wird unsere Stimme in eine Schallwelle / ein Signal umgewandelt und in Bezug auf die Zeit zu der Person, mit der wir sprechen, umgewandelt. Nicht nur das, sondern auch die Funktionsweise einer Digitalkamera, da beim Erfassen eines Bildes von einer Digitalkamera ein Signal von einem Teil des Systems zum anderen übertragen wird.
Wie ein digitales Bild entsteht
Da das Aufnehmen eines Bildes von einer Kamera ein physikalischer Prozess ist. Das Sonnenlicht wird als Energiequelle genutzt. Ein Sensorarray wird zur Erfassung des Bildes verwendet. Wenn also das Sonnenlicht auf das Objekt fällt, wird die von diesem Objekt reflektierte Lichtmenge von den Sensoren erfasst, und durch die Menge der erfassten Daten wird ein kontinuierliches Spannungssignal erzeugt. Um ein digitales Bild zu erstellen, müssen wir diese Daten in eine digitale Form konvertieren. Dies beinhaltet Abtastung und Quantisierung. (Sie werden später besprochen). Das Ergebnis der Abtastung und Quantisierung führt zu einer zweidimensionalen Anordnung oder Matrix von Zahlen, die nichts anderes als ein digitales Bild sind.
Überlappende Felder
Maschine / Computer Vision
Machine Vision oder Computer Vision befasst sich mit der Entwicklung eines Systems, bei dem die Eingabe ein Bild und die Ausgabe einige Informationen sind. Zum Beispiel: Entwicklung eines Systems, das das menschliche Gesicht scannt und jede Art von Schloss öffnet. Dieses System würde ungefähr so aussehen.
Computergrafik
Computergrafik befasst sich mit der Bildung von Bildern aus Objektmodellen, anstatt dass das Bild von einem Gerät erfasst wird. Zum Beispiel: Objektrendering. Generieren eines Bildes aus einem Objektmodell. Ein solches System würde ungefähr so aussehen.
Künstliche Intelligenz
Künstliche Intelligenz ist mehr oder weniger das Studium der menschlichen Intelligenz in Maschinen. Künstliche Intelligenz hat viele Anwendungen in der Bildverarbeitung. Zum Beispiel: Entwicklung computergestützter Diagnosesysteme, die Ärzten bei der Interpretation von Röntgen-, MRT- usw. Bildern helfen und dann auffällige Abschnitte hervorheben, die vom Arzt untersucht werden sollen.
Signalverarbeitung
Die Signalverarbeitung ist ein Dach und die Bildverarbeitung liegt darunter. Die von einem Objekt in der physischen Welt (3D-Welt) reflektierte Lichtmenge wird durch die Linse der Kamera geleitet und wird zu einem 2D-Signal und führt somit zur Bilderzeugung. Dieses Bild wird dann unter Verwendung von Verfahren der Signalverarbeitung digitalisiert und dann wird dieses digitale Bild in der digitalen Bildverarbeitung manipuliert.