數字影像處理導論

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導論

訊號處理是電氣工程和數學的一個學科，它處理模擬和數字訊號的分析和處理，並處理訊號的儲存、濾波和其他操作。這些訊號包括傳輸訊號、聲音或語音訊號、影像訊號以及其他訊號等。

在所有這些訊號中，處理輸入為影像、輸出也為影像的訊號型別的領域稱為影像處理。顧名思義，它處理影像的處理。

它可以進一步細分為模擬影像處理和數字影像處理。

模擬影像處理

模擬影像處理是對模擬訊號進行的。它包括對二維模擬訊號的處理。在這種型別的處理中，影像透過改變電訊號以電氣方式進行操作。常見的例子包括電檢視像。

隨著時間的推移，數字影像處理由於其更廣泛的應用而佔據了模擬影像處理的主導地位。

數字影像處理

數字影像處理處理的是開發一個數字系統，該系統對數字影像執行操作。

什麼是影像

影像只不過是一個二維訊號。它由數學函式 f(x,y) 定義，其中 x 和 y 是水平和垂直的兩個座標。

f(x,y) 在任何點的值都給出了影像該點的畫素值。

上圖是您現在在計算機螢幕上看到的數字影像的示例。但實際上，此影像只不過是 0 到 255 之間的二維數字陣列。

每個數字代表函式 f(x,y) 在任何點的值。在這種情況下，值 128、230、123 分別代表單個畫素值。圖片的尺寸實際上是這個二維陣列的尺寸。

數字影像和訊號之間的關係

如果影像是一個二維陣列，那麼它與訊號有什麼關係呢？為了理解這一點，我們需要首先了解什麼是訊號？

訊號

在物理世界中，任何可以透過時間、空間或任何更高維度測量的量都可以作為訊號。訊號是一個數學函式，它傳達一些資訊。

訊號可以是一維訊號、二維訊號或更高維訊號。一維訊號是在時間上測量的訊號。常見的例子是語音訊號。

二維訊號是在其他一些物理量上測量的訊號。二維訊號的例子是數字影像。我們將在下一個教程中更詳細地瞭解如何形成和解釋一維或二維訊號和更高維訊號。

關係

由於任何在物理世界中在兩個觀察者之間傳達資訊或廣播訊息的東西都是訊號。這包括語音或（人聲）或影像作為訊號。因為當我們說話時，我們的聲音被轉換成聲波/訊號，並相對於我們正在說話的人進行轉換。不僅如此，數碼相機的運作方式也是如此，因為從數碼相機獲取影像涉及將訊號從系統的一個部分傳輸到另一個部分。

數字影像的形成方式

由於從相機捕獲影像是一個物理過程。陽光被用作能量來源。感測器陣列用於影像採集。因此，當陽光照射到物體上時，物體反射的光量由感測器感測，並且根據感測到的資料量生成連續的電壓訊號。為了建立數字影像，我們需要將此資料轉換為數字形式。這涉及取樣和量化。（稍後討論）。取樣和量化的結果是一個二維陣列或數字矩陣，它們只不過是數字影像。

重疊領域

機器/計算機視覺

機器視覺或計算機視覺處理的是開發一個系統，其中輸入是影像，輸出是一些資訊。例如：開發一個掃描人臉並開啟任何型別鎖定的系統。這個系統看起來像這樣。

計算機圖形學

計算機圖形學處理的是從物體模型形成影像，而不是影像由某些裝置捕獲。例如：物體渲染。從物體模型生成影像。這樣的系統看起來像這樣。

人工智慧

人工智慧或多或少是將人類智慧融入機器的研究。人工智慧在影像處理中有很多應用。例如：開發計算機輔助診斷系統，幫助醫生解釋 X 光、MRI 等影像，然後突出顯示需要醫生檢查的顯眼部分。

訊號處理

訊號處理是一個總括概念，影像處理位於其下。物理世界（三維世界）中物體反射的光量穿過相機的鏡頭並變成二維訊號，從而形成影像。然後使用訊號處理方法對該影像進行數字化，然後在數字影像處理中操作此數字影像。