Восприятия

Обработка изображений, предназначенных для зрительного

ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ И АНАЛИЗЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

Рост числа автоматизированных систем управления и информационных систем, в которых производится переработка и анализ изображений, объясняется следующими факторами:

– качественным ростом систем сканирования (в частности, оптико-электронного приборостроения), достижениями в области аппаратных средств сбора информации;

– возросшими возможностями вычислительной техники;

– тем фактором, что визуальная информация является наиболее значимой информацией (80% информации об окружающем мире человек воспринимает с помощью зрения).

Информационные технологии, связанные с изображениями, развиваются в двух направлениях – в направлении обработки и анализа изображений и в направлении сжатия изображений.

Лекция № 11. Основы обработки изображений.

[3(49-60)]

Различают обработку изображений, предназначенных для зрительного восприятия (отображение информации), и обработку в устройствах автоматического анализа. В последнем случае на первый план выходят задачи выделения признаков, формирования данных о количественных характеристиках и др. Обработку изображения, проводимую с целью улучшения его зрительного восприятия, иллюстрирует рис.1.

Главная задача обработки в этом случае состоит в повышении его качества, оцениваемого визуально (например, в медицинской рентгенодиагностике облегчить понимание, т.е. дешифрируемость изображения). Сохранение свойств оригинального изображения при этом, как правило, желательно, но не всегда обязательно.

Обработка изображения часто включает этап предварительной подготовки, которая производится:

• в координатной или частотной области;

• с учетом или без учета содержания изображения;

• с использованием линейных или нелинейных алгоритмов обработки;

• с использованием поэлементных операторов (действуют в пределах элемента изображения), локальных операторов (действуют в пределах отдельных окон в плоскости изображения) или глобальных операторов (действуют в пределах всего изображения).

Обработка изображения завершается выделением тех признаков, которые несут наибольшую информационную нагрузку. В процессе обработки изображения осуществляется, по существу, семантический его анализ. Весьма эффективны операции, осуществляемые с использованием памяти, при этом возможны:

• коррекция геометрических искажений;

• преобразование системы координат (ортогональной, полярной и др.);

• масштабирование изображения;

• видеоинтерполяция и др.

Рис.1. Классификация технических средств обработки изображений.

Предварительная обработка изображения как этап процедуры улучшения изображения включает большой набор элементарных алгоритмов, таких как:

• нелинейные преобразования сигналов изображения с целью согласования амплитудных характеристик отдельных устройств (преобразователя изображения, устройства воспроизведения и т.п.);

• коррекция сигнала по полю изображения (для выравнивания неоднородностей, вызванных дефектами освещения и чувствительности преобразователя изображения);

• операция свертки в пространственной области с локальными операторами окон (операторами сглаживания, усреднения и др.);

• фильтрация в пространственно-частотной области;

• интерполяция в поле изображения;

• временное суммирование изображений;

• сегментация изображения и др.

Применение обработки изображений в задачах анализа.

Исследуемые изображения отражают закономерности взаимодействия светового или другого электромагнитного излучения с отдельными участками изучаемой сцены. Модуляция лучистого потока происходит как по величине энергии, так и по спектральному распределению и осуществляется в результате взаимодействия излучения с исследуемым веществом вследствие явлений поглощения, отражения, рассеяния, преломления, поляризации или интерференции. Именно на этих свойствах, как правило, основано использование обработки изображений в системах автоматического анализа с целью извлечения количественной информации об исследуемых объектах – экологических, биологических, медицинских и др. Объем информации, подлежащей анализу, настолько велик, что визуальные методы изучения регистрируемой сцены не могут удовлетворить не только исследователей, но и самые минимальные потребности практических задач. Спектральная характеристика отражения или поглощения является исчерпывающей характеристикой избирательных абсорбционных свойств элементарного участка изображения, однако она всего лишь выборочная характеристика поля изображения, поэтому дает представительные оценки лишь в случае достаточно однородных структур. Исследование множества спектральных характеристик , где – координаты элементов изображения, при обработке данных представляет не только сложную измерительную операцию, но и весьма трудоемкую вычислительную процедуру. В таких случаях используют многозональную регистрацию пространственно-совмещенных изображений. Многозональные телевизионные системы давно применяют в биологии, астрофизике и других областях; в настоящее время их широко используют в экологии и метеорологии при анализе аэрокосмических снимков.