Sinyaller ve Sistemlere Giriş

Bu eğitim, dijital görüntü işleme kavramlarını anlamak için gerekli olan sinyal ve sistem temellerini kapsar. Detay kavramlarına geçmeden önce, önce basit terimleri tanımlayalım.

İşaretler

Elektrik mühendisliğinde, bazı bilgileri temsil eden temel miktara sinyal denir. Bilginin ne olduğu önemli değildir, yani: Analog veya dijital bilgi. Matematikte sinyal, bazı bilgileri ileten bir işlevdir. Aslında uzayda veya herhangi bir yüksek boyutta zamanla ölçülebilen herhangi bir miktar bir sinyal olarak alınabilir. Bir sinyal herhangi bir boyutta olabilir ve herhangi bir biçimde olabilir.

Analog sinyaller

Bir sinyal, zamana göre tanımlandığı anlamına gelen analog bir miktar olabilir. Sürekli bir sinyaldir. Bu sinyaller, sürekli bağımsız değişkenler üzerinden tanımlanır. Çok sayıda değer taşıdıkları için analiz etmek zordur. Büyük bir değer örneği nedeniyle çok doğrular. Bu sinyalleri saklamak için sonsuz bir belleğe ihtiyacınız var çünkü gerçek bir hatta sonsuz değerlere ulaşabilir. Analog sinyaller sin dalgaları ile gösterilir.

Örneğin:

İnsan sesi

İnsan sesi, analog sinyallere bir örnektir. Konuştuğunuzda, üretilen ses, basınç dalgaları şeklinde havada hareket eder ve bu nedenle, bağımsız uzay ve zaman değişkenlerine ve hava basıncına karşılık gelen bir değere sahip matematiksel bir işleve aittir.

Bir başka örnek, aşağıdaki şekilde gösterilen günah dalgasıdır.

Y = sin (x) burada x bağımsızdır

Dijital sinyaller

Analog sinyallerle karşılaştırıldığında, dijital sinyallerin analiz edilmesi çok kolaydır. Süreksiz sinyallerdir. Analog sinyallerin tahsis edilmesidir.

Dijital kelimesi, ayrık değerleri ifade eder ve bu nedenle, herhangi bir bilgiyi temsil etmek için belirli değerler kullandıkları anlamına gelir. Dijital sinyalde, bir şeyi temsil etmek için yalnızca iki değer kullanılır, yani: 1 ve 0 (ikili değerler). Dijital sinyaller, analog sinyallere göre daha az doğrudur çünkü bunlar, bir süre boyunca alınan bir analog sinyalin ayrık örnekleridir. Ancak dijital sinyaller gürültüye maruz kalmaz. Bu yüzden uzun ömürlüdür ve yorumlanması kolaydır. Dijital sinyaller kare dalgalarla gösterilir.

Örneğin:

Bilgisayar klavyesi

Klavyeden bir tuşa her basıldığında, ilgili tuşun ASCII değerini içeren klavye denetleyicisine uygun elektrik sinyali gönderilir. Örneğin klavye tuşuna a basıldığında üretilen elektrik sinyali, a karakterinin ASCII değeri olan 0 ve 1 şeklinde rakam 97 bilgisini taşır.

Analog ve dijital sinyaller arasındaki fark

Karşılaştırma öğesi	Analog sinyal	Dijital sinyal
Analiz	Zor	Analiz etmek mümkün
Temsil	Sürekli	Süreksiz
Doğruluk	Daha kesin	Daha az doğru
Depolama	Sonsuz hafıza	Kolayca saklanır
Gürültüye tabi	Evet	Hayır
Kayıt Tekniği	Orijinal sinyal korunur	Sinyal örnekleri alınır ve korunur
Örnekler	İnsan sesi, Termometre, Analog telefonlar vb.	Bilgisayarlar, Dijital Telefonlar, Dijital kalemler vb.

Sistemler

Bir sistem, ilgilendiği girdi ve çıktı türüne göre tanımlanır. Sinyallerle uğraştığımız için, bizim durumumuzda, sistemimiz matematiksel bir model, bir kod / yazılım parçası veya fiziksel bir cihaz veya girişi bir sinyal olan ve bu sinyal üzerinde bazı işlemler gerçekleştiren bir kara kutu olacaktır. ve çıkış bir sinyaldir. Giriş uyarma olarak bilinir ve çıktı yanıt olarak bilinir.

Yukarıdaki şekilde, girişi ve çıkışı sinyal olan, ancak girişi analog bir sinyal olan bir sistem gösterilmiştir. Ve çıktı bir dijital sinyaldir. Bu, sistemimizin aslında analog sinyalleri dijital sinyallere dönüştüren bir dönüştürme sistemi olduğu anlamına gelir.

Bu kara kutu sisteminin içine bir göz atalım

Analogdan dijital sinyallere dönüştürme

Bu analogla ilgili birçok kavram olduğu için dijitale dönüşüm ve bunun tersi de geçerlidir. Sadece dijital görüntü işleme ile ilgili olanları tartışacağız. Dönüştürme ile ilgili iki ana kavram vardır.

Sampling
Quantization

Örnekleme

Adından da anlaşılacağı gibi örnekleme, örnek alma olarak tanımlanabilir. X ekseni üzerinden dijital sinyal örnekleri alın. Örnekleme, bağımsız bir değişken üzerinden yapılır. Bu matematiksel denklem durumunda:

X değişkeni üzerinde örnekleme yapılır. Ayrıca x ekseninin (sonsuz değerler) dijitale dönüştürülmesinin örnekleme altında yapıldığını söyleyebiliriz.

Örnekleme ayrıca yukarı örnekleme ve aşağı örnekleme olarak ikiye ayrılır. X eksenindeki değer aralığı daha azsa, değer örneklemini artıracağız. Bu yukarı örnekleme olarak bilinir ve tersi aşağı örnekleme olarak bilinir.

Niceleme

Adından da anlaşılacağı gibi niceleme, niceliklere (bölümlere) bölme olarak tanımlanabilir. Bağımlı değişken üzerinde niceleme yapılır. Örneklemeye zıttır.

Bu matematiksel denklem durumunda y = sin (x)

Y değişkeninde niceleme yapılır. Y ekseninde yapılır. Y ekseni sonsuz değerlerinin 1, 0, -1 (veya başka herhangi bir seviyeye) dönüştürülmesi Niceleme olarak bilinir.

Bunlar, bir analog sinyali dijital sinyale dönüştürürken uygulanan iki temel adımdır.

Bir sinyalin nicemlenmesi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Neden bir analog sinyali dijital sinyale dönüştürmemiz gerekiyor?

Birinci ve açık neden, dijital görüntü işlemenin dijital sinyaller olan dijital görüntülerle ilgilenmesidir. Böylece görüntü her yakalandığında dijital formata dönüştürülür ve ardından işlenir.

İkinci ve önemli sebep, dijital bir bilgisayarla analog sinyal üzerinde işlem yapabilmek için, o analog sinyali bilgisayarda saklamanız gerektiğidir. Ve bir analog sinyali saklamak için, onu saklamak için sonsuz hafıza gerekir. Ve bu mümkün olmadığından, bu yüzden bu sinyali dijital formata çevirip daha sonra dijital bilgisayarda saklıyor ve üzerinde işlemler yapıyoruz.