4.9. Обработка изображений

4.9.1. Средства обработки изображений

Обработка изображений, в частности полученных от цифровых фотокамер и сканеров, обычно выполняется с помощью специализированных программных средств, таких, как графические редакторы Paint, Ulead Photoimpact, PhotoShop, Corel DRAW и др. В них профессионально реализованы многие математические методы обработки изображений. Их можно применять, ничего не зная о сути этих методов, - так же, как можно пользоваться телевизором, не разбираясь в радиотехнике.

Пример работы в среде графического пакета CorelDRAW 10 дан на рис. 4.45. Из информационного окна в правом верхнем углу видно, что в сжатом вейвлет-формате файл занимает на диске около 220 Кбайт, а в памяти разворачивается до 2,2 Мбайт. Кстати, качество графических файлов в этом формате заметно выше, чем в других графических форматах.

Рис. 4.45. Работа с файлом вейвлет-формата WI в среде графического редактора CorelDRAW 10

Однако почти всегда при серьезной работе с графикой возникают задачи, в ходе решения которых необходимо знать суть применяемых методов и даже уметь самостоятельно реализовать некоторые из них. В этом могут помочь системы компьютерной математики, которые делают применение методов обработки изображений наглядным и доступным, хотя по эффективности работы с изображениями они заметно уступают специализированным графическим пакетам.

4.9.2. Обработка монохромных изображений

Система Mathcad в любом варианте поставки с помощью функции READBMP позволяет считывать монохромные изображения, представленные файлами с расширением .BMP. Эта функция возвращает матрицу, которая определяется размером рисунка. Каждый элемент возвращаемой матрицы соответствует пикселю исходного изображения и имеет значение кода плотности черного цвета от 0 до 255.

Над матрицей изображения могут выполняться все доступные для матриц преобразования. Например, можно получить матрицуM1, дающую негативное изображение (на рис. 4.46 в центре): .

Рис. 4.46. Работа с монохромным изображением

С помощью функции submatrix можно из матрицы выделить подматрицу S меньшего размера, например: S := submatrix(M,60,160,50,150). Этот случай обработки изображения (вырезание части изображения) представлен на рисунке справа.

4.9.3. Обработка цветных изображений

Для построения цветных изображений используетсяметод разложения рисунка на составляющие цветовой модели RGB. При нем изображение представляется суммой трех составляющих с красным (Red), зеленым (Green) и синим (Blue) цветами. Соответственно функцияREADRGB обеспечивает считывание цветных изображений из файлов формата BMP и возвращает встроенный массив D, содержащий три монохромных изображения, представляющих яркости трех указанных цветов (рис. 4.47).

Рис. 4.47. Пример обработки цветного изображения

С помощью функции submatrix несложно выделить из матрицы D три матрицы rc, rg и rb, несущих информацию отдельно по каждому из трех цветов. После этого можно обрабатывать их по заданному алгоритму. Такая обработка возможна и в процессе задания подмассивов. Так, на рисунке подмассив красного цвета получен возведением каждого элемента массива D в степень 1.25. Если код интенсивности цвета какого-то элемента массива становится больше 255, из него вычитается число 256. Таким образом, происходит «внезапное» резкое изменение цвета, создающее при суммировании массивов характерное, напоминающее интерференцию изменение цвета красного пятна в центре синтезированного рисунка, как показано в левом нижнем углу рисунка (к сожалению, черно-белого).

Разумеется, приведенный пример носит исключительно учебный характер и призван продемонстрировать математические основы обработки цветных изображений. Реальная обработка таких изображений всегда ведется с помощью профессионально ориентированных на это программных средств, таких, как CorelDRAW, PhotoShop, Ulead PhotoImpact и др. Они позволяют выполнять множество операций над рисунками, не задумываясь об их математической сути. Но она принципиально важна при создании новых таких операций.