Introduzione all'elaborazione delle immagini digitali

introduzione

L'elaborazione del segnale è una disciplina dell'ingegneria elettrica e della matematica che si occupa dell'analisi e dell'elaborazione di segnali analogici e digitali e si occupa della memorizzazione, del filtraggio e di altre operazioni sui segnali. Questi segnali includono segnali di trasmissione, segnali sonori o vocali, segnali di immagini e altri segnali, ecc

Di tutti questi segnali, il campo che si occupa del tipo di segnali per i quali l'ingresso è un'immagine e l'uscita è anche un'immagine viene eseguito nell'elaborazione dell'immagine. Come suggerisce il nome, si occupa dell'elaborazione sulle immagini.

Può essere ulteriormente suddiviso in elaborazione di immagini analogiche e elaborazione di immagini digitali.

Elaborazione di immagini analogiche

L'elaborazione dell'immagine analogica viene eseguita su segnali analogici. Include l'elaborazione su segnali analogici bidimensionali. In questo tipo di elaborazione, le immagini vengono manipolate con mezzi elettrici variando il segnale elettrico. L'esempio comune include è l'immagine televisiva.

L'elaborazione delle immagini digitali ha dominato sull'elaborazione delle immagini analogiche con il passare del tempo a causa della sua più ampia gamma di applicazioni.

Elaborazione di immagini digitali

L'elaborazione dell'immagine digitale si occupa dello sviluppo di un sistema digitale che esegue operazioni su un'immagine digitale.

Cos'è un'immagine

Un'immagine non è altro che un segnale bidimensionale. È definito dalla funzione matematica f (x, y) dove x e y sono le due coordinate orizzontalmente e verticalmente.

Il valore di f (x, y) in qualsiasi punto fornisce il valore del pixel in quel punto di un'immagine.

La figura sopra è un esempio di immagine digitale che stai visualizzando sullo schermo del tuo computer. Ma in realtà, questa immagine non è altro che una matrice bidimensionale di numeri compresi tra 0 e 255.

128	30	123
232	123	321
123	77	89
80	255	255

Ogni numero rappresenta il valore della funzione f (x, y) in qualsiasi punto. In questo caso il valore 128, 230, 123 rappresenta ciascuno un valore di pixel individuale. Le dimensioni dell'immagine sono effettivamente le dimensioni di questa matrice bidimensionale.

Relazione tra un'immagine digitale e un segnale

Se l'immagine è una matrice bidimensionale, cosa ha a che fare con un segnale? Per capirlo, dobbiamo prima capire cos'è un segnale?

Segnale

Nel mondo fisico, qualsiasi quantità misurabile nel tempo nello spazio o in qualsiasi dimensione superiore può essere presa come segnale. Un segnale è una funzione matematica e trasmette alcune informazioni.

Un segnale può essere un segnale dimensionale o bidimensionale o superiore. Il segnale unidimensionale è un segnale che viene misurato nel tempo. L'esempio comune è un segnale vocale.

I segnali bidimensionali sono quelli misurati su altre grandezze fisiche. L'esempio di segnale bidimensionale è un'immagine digitale. Esamineremo più in dettaglio nel prossimo tutorial come vengono formati e interpretati segnali unidimensionali o bidimensionali e segnali superiori.

Relazione

Poiché tutto ciò che trasmette informazioni o trasmette un messaggio nel mondo fisico tra due osservatori è un segnale. Ciò include il discorso o (voce umana) o un'immagine come segnale. Da quando parliamo, la nostra voce viene convertita in un'onda / segnale sonoro e trasformata rispetto al tempo alla persona con cui stiamo parlando. Non solo questo, ma il modo in cui funziona una fotocamera digitale, poiché l'acquisizione di un'immagine da una fotocamera digitale comporta il trasferimento di un segnale da una parte all'altra del sistema.

Come si forma un'immagine digitale

Poiché l'acquisizione di un'immagine da una fotocamera è un processo fisico. La luce solare viene utilizzata come fonte di energia. Un array di sensori viene utilizzato per l'acquisizione dell'immagine. Quindi, quando la luce solare cade sull'oggetto, la quantità di luce riflessa da quell'oggetto viene rilevata dai sensori e un segnale di tensione continuo viene generato dalla quantità di dati rilevati. Per creare un'immagine digitale, dobbiamo convertire questi dati in una forma digitale. Ciò implica il campionamento e la quantizzazione. (Saranno discussi più avanti). Il risultato del campionamento e della quantizzazione risulta in una matrice bidimensionale o matrice di numeri che non sono altro che un'immagine digitale.

Campi sovrapposti

Visione artificiale / computerizzata

La visione artificiale o visione artificiale si occupa dello sviluppo di un sistema in cui l'input è un'immagine e l'output è un'informazione. Ad esempio: sviluppo di un sistema che scansiona il volto umano e apre qualsiasi tipo di serratura. Questo sistema sarebbe simile a questo.

Computer grafica

La computer grafica si occupa della formazione di immagini da modelli di oggetti, piuttosto che l'immagine viene catturata da qualche dispositivo. Ad esempio: rendering di oggetti. Generazione di un'immagine da un modello a oggetti. Un tale sistema sarebbe simile a questo.

Intelligenza artificiale

L'intelligenza artificiale è più o meno lo studio di come mettere l'intelligenza umana nelle macchine. L'intelligenza artificiale ha molte applicazioni nell'elaborazione delle immagini. Ad esempio: sviluppo di sistemi di diagnosi assistita da computer che aiutano i medici a interpretare le immagini di raggi X, risonanza magnetica, ecc. E quindi evidenziare la parte cospicua da esaminare dal medico.

Elaborazione del segnale

L'elaborazione del segnale è un ombrello e l'elaborazione delle immagini si trova sotto di essa. La quantità di luce riflessa da un oggetto nel mondo fisico (mondo 3d) passa attraverso l'obiettivo della telecamera e diventa un segnale 2D e quindi determina la formazione dell'immagine. Questa immagine viene quindi digitalizzata utilizzando metodi di elaborazione del segnale e quindi questa immagine digitale viene manipolata nell'elaborazione dell'immagine digitale.