Giới thiệu xử lý hình ảnh kỹ thuật số
Giới thiệu
Xử lý tín hiệu là một ngành trong kỹ thuật điện và toán học liên quan đến phân tích và xử lý các tín hiệu tương tự và kỹ thuật số, đồng thời giải quyết việc lưu trữ, lọc và các hoạt động khác trên tín hiệu. Những tín hiệu này bao gồm tín hiệu truyền, tín hiệu âm thanh hoặc giọng nói, tín hiệu hình ảnh và các tín hiệu khác, v.v.
Trong số tất cả các tín hiệu này, trường xử lý loại tín hiệu mà đầu vào là hình ảnh và đầu ra cũng là hình ảnh được thực hiện trong xử lý hình ảnh. Như tên gọi của nó, nó xử lý hình ảnh.
Nó có thể được chia thành xử lý hình ảnh tương tự và xử lý hình ảnh kỹ thuật số.
Xử lý hình ảnh tương tự
Xử lý hình ảnh tương tự được thực hiện trên tín hiệu tương tự. Nó bao gồm xử lý tín hiệu tương tự hai chiều. Trong kiểu xử lý này, hình ảnh được điều khiển bằng điện bằng cách thay đổi tín hiệu điện. Ví dụ phổ biến bao gồm là hình ảnh truyền hình.
Xử lý hình ảnh kỹ thuật số đã chiếm ưu thế hơn so với xử lý hình ảnh tương tự theo thời gian do phạm vi ứng dụng rộng hơn của nó.
Xử lý hình ảnh kỹ thuật số
Xử lý hình ảnh kỹ thuật số liên quan đến việc phát triển một hệ thống kỹ thuật số thực hiện các hoạt động trên một hình ảnh kỹ thuật số.
Hình ảnh là gì
Một hình ảnh không hơn gì một tín hiệu hai chiều. Nó được định nghĩa bởi hàm toán học f (x, y) trong đó x và y là hai tọa độ theo chiều ngang và chiều dọc.
Giá trị của f (x, y) tại bất kỳ điểm nào là giá trị pixel tại điểm đó của ảnh.
Hình trên là một ví dụ về hình ảnh kỹ thuật số mà bạn đang xem trên màn hình máy tính của mình. Nhưng thực ra, hình ảnh này chẳng qua là một mảng số hai chiều nằm trong khoảng từ 0 đến 255.
| 128 | 30 | 123 |
| 232 | 123 | 321 |
| 123 | 77 | 89 |
| 80 | 255 | 255 |
Mỗi số đại diện cho giá trị của hàm f (x, y) tại một điểm bất kỳ. Trong trường hợp này, mỗi giá trị 128, 230, 123 đại diện cho một giá trị pixel riêng lẻ. Kích thước của bức tranh thực sự là kích thước của mảng hai chiều này.
Mối quan hệ giữa hình ảnh kỹ thuật số và tín hiệu
Nếu hình ảnh là một mảng hai chiều thì nó phải làm gì với một tín hiệu? Để hiểu được điều đó, trước hết chúng ta cần hiểu tín hiệu là gì?
Tín hiệu
Trong thế giới vật chất, bất kỳ đại lượng nào có thể đo lường được thông qua thời gian trong không gian hoặc bất kỳ chiều cao hơn nào đều có thể được coi là tín hiệu. Tín hiệu là một hàm toán học và nó truyền tải một số thông tin.
Một tín hiệu có thể là một chiều hoặc hai chiều hoặc tín hiệu chiều cao hơn. Tín hiệu một chiều là tín hiệu được đo theo thời gian. Ví dụ phổ biến là tín hiệu thoại.
Tín hiệu hai chiều là những tín hiệu được đo bằng một số đại lượng vật lý khác. Ví dụ về tín hiệu hai chiều là một hình ảnh kỹ thuật số. Chúng ta sẽ xem xét chi tiết hơn trong hướng dẫn tiếp theo về cách các tín hiệu một chiều hoặc hai chiều và các tín hiệu cao hơn được hình thành và giải thích.
Mối quan hệ
Vì bất cứ thứ gì truyền tải thông tin hoặc phát đi một thông điệp trong thế giới thực giữa hai người quan sát đều là một tín hiệu. Điều đó bao gồm lời nói hoặc (giọng nói của con người) hoặc một hình ảnh như một tín hiệu. Kể từ khi chúng ta nói, giọng nói của chúng ta được chuyển đổi thành tín hiệu / sóng âm thanh và biến đổi theo thời gian với người mà chúng ta đang nói chuyện. Không chỉ điều này, mà cách thức hoạt động của máy ảnh kỹ thuật số, cũng như khi thu được hình ảnh từ máy ảnh kỹ thuật số liên quan đến việc chuyển tín hiệu từ phần này sang phần kia của hệ thống.
Hình ảnh kỹ thuật số được hình thành như thế nào
Vì chụp ảnh từ máy ảnh là một quá trình vật lý. Ánh sáng mặt trời được sử dụng như một nguồn năng lượng. Một mảng cảm biến được sử dụng để thu nhận hình ảnh. Vì vậy, khi ánh sáng mặt trời chiếu vào vật thể, thì lượng ánh sáng phản xạ bởi vật thể đó sẽ được cảm biến bởi các cảm biến và một tín hiệu điện áp liên tục được tạo ra bởi lượng dữ liệu được cảm nhận. Để tạo ra một hình ảnh kỹ thuật số, chúng ta cần chuyển dữ liệu này sang dạng kỹ thuật số. Điều này liên quan đến việc lấy mẫu và lượng tử hóa. (Chúng sẽ được thảo luận ở phần sau). Kết quả của việc lấy mẫu và lượng tử hóa tạo ra một mảng hoặc ma trận số hai chiều không là gì khác ngoài một hình ảnh kỹ thuật số.
Trường chồng chéo
Máy / Thị giác máy tính
Thị giác máy hay thị giác máy tính liên quan đến việc phát triển một hệ thống trong đó đầu vào là hình ảnh và đầu ra là một số thông tin. Ví dụ: Phát triển một hệ thống quét khuôn mặt người và mở bất kỳ loại khóa nào. Hệ thống này sẽ trông giống như thế này.
Đô họa may tinh
Đồ họa máy tính xử lý việc hình thành hình ảnh từ các mô hình đối tượng, thay vì sau đó hình ảnh được chụp bởi một số thiết bị. Ví dụ: Kết xuất đối tượng. Tạo hình ảnh từ mô hình đối tượng. Một hệ thống như vậy sẽ trông giống như thế này.
Trí tuệ nhân tạo
Trí tuệ nhân tạo ít nhiều là nghiên cứu đưa trí tuệ con người vào máy móc. Trí tuệ nhân tạo có nhiều ứng dụng trong xử lý ảnh. Ví dụ: phát triển hệ thống chẩn đoán có sự hỗ trợ của máy tính giúp bác sĩ giải thích hình ảnh X-quang, MRI, v.v. và sau đó làm nổi bật phần dễ thấy để bác sĩ kiểm tra.
Xử lý tín hiệu
Xử lý tín hiệu là một cái ô và xử lý hình ảnh nằm dưới nó. Lượng ánh sáng được phản xạ bởi một vật thể trong thế giới vật chất (thế giới 3D) đi qua ống kính của máy ảnh và nó trở thành tín hiệu 2d và do đó dẫn đến hình thành hình ảnh. Hình ảnh này sau đó được số hóa bằng các phương pháp xử lý tín hiệu và sau đó hình ảnh kỹ thuật số này được thao tác trong xử lý hình ảnh kỹ thuật số.