ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ
Исходный URL: http://ktf.krk.ru/courses/fulleren/g3.htm
1. Ввод и представление изображений
Принципиальными вопросами в теории обработки изображений являются вопросы: формирования, ввода, представления в компьютере и визуализации. Область ввода видеоинформации представляет собой прямоугольное поле, задаваемое верхней, нижней, левой и правой границами. Форму поверхности можно описать в виде функции расстояния F(x,y) от поверхности до точки изображения с координатамиxиy. Учитывая, что яркость точки на изображении зависит исключительно от яркости соответствующего участка поверхности, то можно считать, что визуальная информация с определенной степенью точности отражает состояние яркости или прозрачности каждой точки. Тогда под изображением понимается ограниченная функция двух пространственных переменныхf(x,y), заданная на ограниченной прямоугольной плоскостиОхуи имеющая определенное множество своих значений. Например, черно-белая фотография может быть представлена какf(x,y) ³ 0, где0£x £a,0£ y £ b, гдеf (x,y) – яркость (иногда называемая оптической плотностью или степенью белизны) изображения в точке (x,y); a– ширина кадра,b– высота кадра. В связи с тем, что цифровая память компьютера способна хранить только массивы данных, сначала изображение преобразуется в некоторую числовую форму (матрицу). Ввод изображений в память компьютера осуществляется с помощью видео датчиков. Видео датчик переводит оптическое распределение яркости изображения в электрические сигналы и далее в цифровые коды. Поскольку изображение является функцией двух пространственных переменных xиy, а электрический сигнал – функцией одной переменнойt(времени), то для преобразования используется развертка. Например, при использовании телевизионной камеры изображение считывается по строкам, при этом в пределах каждой строки зависимость яркости от пространственной координатыxпреобразуется в пропорциональную зависимость амплитуды электрического сигнала от времениt. Переход от конца предыдущей строки к началу следующей происходит практически мгновенно.
Ввод изображений в компьютер неизбежно связан с дискретизацией изображений по пространственным координатам xиyи квантованием значения яркости в каждой дискретной точке. Дискретизация достигается с помощью координатной сетки, образованной линиями, параллельными осямxиy декартовой системы координат. В каждом узле такой решетки делается отсчет яркости или прозрачности носителя зрительно воспринимаемой информации, которая затем квантуется и представляется в памяти компьютера. Элемент изображения, полученной в процессе дискретизации изображения, называется пиксел. Для качественного представления полутонового изображения достаточно 28 = 256 уровней квантования, т.е. 1 пиксел изображения кодируется 1 байтом информации.
В цифровом комплексе IBAS-2000 информация, содержащаяся в изображении, представляется в виде различных уровней серой шкалы для отдельных точек изображения. Максимальный объем видеоинформации ограничивается количеством пикселов (512х512 или 768х512), а также количеством уровней серой шкалы – 256: 0 – черный, 255 – белый. Одновременно в видеопамяти может быть сформировано от 8 до 56 различных ячеек в зависимости от размера изображения. Видеопроцессор имеет матричную структуру, обеспечивает 10 млн. умножений в сек., изображение в нем представляется в векторной форме. Полутоновое или цветное изображение может быть выведено на монитор или распечатано.