Современный анализ изображений 1 - Введение в обработку изображений

❝
Источник знаний: Видеокурс современного анализа изображений Университета Сидянь.
Преподаватели: Школа электронной инженерии Профессора: Ли Цзе, Гао Синьбо, доценты: Чжан Цзяньлун, Ван Ин, Ван Сюмей, Ван Бин
Общедоступная учетная запись для записи знаний: видение глубокого обучения
Добро пожаловать, чтобы подписаться на эту официальную учетную запись, чтобы получить следующие знания курса
❞

что такое образ

Рисунок: Распределение проходящего или отраженного света объекта существует объективно.
Типа: впечатление человека или понимание картины есть чувство человека.
Образ: это органическое сочетание образа и образа, отражающее не только объективное существование объекта, но и психологические факторы человека; это визуальное представление объективного объекта, содержащее в себе актуальную информацию об описываемом объекте. .

классификация изображений

По непрерывности координат пространства изображения и амплитуды (яркости или цвета) его можно разделить на аналоговое (непрерывное) изображение и цифровое изображение.

Смоделированное изображение: изображение с постоянно меняющимися пространственными координатами и амплитудами.
Цифровое изображение: изображение, в котором пространственные координаты и амплитуды представлены дискретными числами.

Обработка изображения

Обрабатывайте и анализируйте информацию об изображениях для удовлетворения визуальных и психологических потребностей людей или потребностей практических приложений. достигать: ①Улучшение визуальных эффектов человека; ② Заложить основу для автоматической идентификации; ③ Кодирование сжатия;

Аналоговая обработка изображений (оптическая обработка): обработка оптической перспективы, оптическая фотография и т. д. Преимущества: высокая производительность в реальном времени, высокая скорость, большой объем обрабатываемой информации, высокое разрешение; Недостатки: низкая точность обработки, плохая гибкость и сложность в оценке.
Цифровая обработка изображений: Использование компьютеров для обработки цифровых изображений. Преимущества: высокая точность, богатый объем обработки, вариативные методы, высокая гибкость; Недостаток: низкая скорость обработки.
Фотоэлектрическая комбинированная обработка: используйте оптические методы для завершения обработки с огромным объемом вычислений (например, преобразование спектра и т. д.) и используйте компьютеры для анализа и оценки результатов оптической обработки (например, спектра) Этот метод представляет собой органическую комбинацию. из первых двух методов преимущества обоих. Фотоэлектрическая комбинированная обработка — это направление развития обработки изображений в будущем, а также направление исследований, заслуживающее внимания.

Математические выражения для изображений

Информация, содержащаяся в изображении, сначала выражается как интенсивность света, то есть изображение можно рассматривать как интенсивность света в каждой координатной точке пространства.Множество , общее математическое выражение которого:где (x, y, z) — пространственные координаты,длина волны,время,- интенсивность (амплитуда) светового пятна (x, y, z).

неподвижное изображение со временемНе имеет значения; монохромное изображение (изображение в оттенках серого), длина волны— константа, для плоского изображения она не имеет ничего общего с координатой z. То есть в каждом случае представление изображения может опускать одно измерение.

(1) Неподвижное изображение:
(2) изображение в градациях серого;
(3) плоское изображение:
Для неподвижного изображения в градациях серого на плоскости его математическое выражение можно упростить следующим образом:Среди них движущееся изображение может быть представлено последовательностью (неподвижных) изображений, цветное изображение может быть разложено на три основных цветных изображения, а трехмерное изображение может быть реконструировано в двух измерениях.

Особенности образа

Пространство ограничено: поле зрения человека ограничено, как и размер изображения.
Амплитуда (интенсивность) ограничена: то есть для всех x, y. вявляется конечной величиной.

Основные этапы цифровой обработки изображений

Получение информации об изображении: используйте сканер изображений и т. д. для оцифровки изображения.
Хранение информации об изображении: полученные цифровые изображения, информация об изображении в процессе обработки и результаты обработки сохраняются в цифровой системе, такой как компьютер.
Компьютерная цифровая обработка изображений: Различная обработка цифровых изображений с помощью цифрового компьютера или цифровой системы.
Передача информации об изображении: Основная проблема, которую необходимо решить, - это противоречие между каналом передачи и объемом данных.
Вывод и отображение информации об изображении: вывод и отображение с помощью методов визуализации.

Содержание и методы цифровой обработки изображений

Оцифровка изображения: преобразование нецифровых сигналов изображения в цифровые изображения с помощью оборудования для оцифровки, включая выборку и квантование.
Преобразование изображения: преобразует изображения для более эффективной обработки в частотной области.
Улучшение изображения: улучшите полезную информацию в изображении, уменьшите помехи и шум, улучшите четкость изображения и выделите интересующую часть изображения. Например, обработка улучшения гистограммы.
Восстановление изображения: обработайте поврежденное изображение так, чтобы обработанное изображение было как можно ближе к исходному (четкому) изображению.
Кодирование со сжатием изображения: кодирование со сжатием изображения, подлежащее обработке для уменьшения объема данных, описывающих изображение.
Сегментация изображения: разделите изображение на значимые части на основе выбранных функций, включая края, области и т. д. изображения.
Анализ и описание изображения: он в основном анализирует и выражает атрибуты каждой части изображения, которая была сегментирована или сегментируется, а также взаимосвязь между каждой частью.
Распознавание и классификация изображений: в соответствии с характеристиками каждой цели, извлеченной из изображения, она сопоставляется с неотъемлемыми характеристиками цели и распознается для принятия решения о типе каждой цели.

Состав системы цифровой обработки изображений

Базовая система цифровой обработки изображений состоит из пяти модулей: ввод изображения, хранение изображения, передача изображения, обработка изображения и анализ изображения.

Модуль ввода цифрового изображения: также известный как получение изображения или оцифровка изображения, он использует оборудование для получения изображения (цифровые камеры, цифровые видеокамеры и т. д.) для получения цифровых изображений или преобразует непрерывные изображения для обработки в цифровые изображения с помощью цифрового оборудования (такого как как сканеры изображения).Цифровые изображения обрабатываются компьютером.
Модуль памяти цифровых изображений. Цифровую память изображений, используемую для обработки и анализа изображений, можно разделить на три категории: ① Быстрая память, используемая при обработке и анализе;
②Онлайн или онлайн-хранилище;
③ Редко используемое хранилище базы данных (архива). Например, компьютерная память, жесткий диск, гибкий диск, флэш-диск, CD-диск, DVD-диск и т. Д.
Модуль вывода цифровых изображений: при анализе, распознавании и понимании изображений обычно необходимо отображать изображения до и после обработки или постоянно сохранять результаты обработки. Первый называется электронной копией или дисплеем, а используемое оборудование включает ЭЛТ-мониторы, ЖК-мониторы и проекторы. Последнее называется печатной копией, а используемое оборудование включает в себя камеры, лазерные копии и принтеры.
Модуль передачи цифрового изображения: передает и передает данные изображения. Из-за большого объема данных изображения и ограниченной скорости передачи канала, который может обеспечить связь, данные, представляющие информацию об изображении, должны быть сжаты и закодированы перед передачей, чтобы уменьшить объем данных изображения.
Модуль обработки и анализа цифровых изображений: включает алгоритмы обработки, программное обеспечение для реализации и компьютеры.

(1) Общая обработка изображений: он подходит для алгоритмов обработки и анализа изображений с гибкими функциональными требованиями и большим объемом данных изображения, но с низкими требованиями к реальному времени.Его также можно использовать в удобном и гибком рабочем интерфейсе.
(2) Специальная система обработки изображений: для специальной обработки изображений, такой как компьютерная томография, ядерный магнитный резонанс, цветной доплеровский ультразвук, проверка безопасности аэропорта и т. д., можно использовать специальный компьютер и специальный алгоритм обработки изображений, которые могут соответствовать практическому применению. специальная система обработки изображений.
(3) Чип обработки изображений: интегрируйте множество функций обработки изображений в небольшой чип, чтобы сформировать специализированный или общий чип обработки изображений.

Основные области применения цифровой обработки изображений

Приложения для космических исследований: в основном получение, передача и обработка изображений звезд.
Коммуникационные приложения: передача информации об изображении, видеотелефония, спутниковая связь, цифровое телевидение и др. Преимущественно сжатые данные изображения и передача динамического изображения (последовательности).
Приложения дистанционного зондирования: (воздушное дистанционное зондирование и спутниковое дистанционное зондирование) местность, геология, исследование ресурсов, обнаружение стихийных бедствий, прогнозирование и обследование, обнаружение окружающей среды, обследование и т. д.
Биомедицинские приложения: клеточный анализ, классификация хромосом, обработка радиологических изображений, классификация клеток крови, различные КТ, анализ ядерно-магнитного резонанса, анализ ДНК, обработка микроскопических изображений, идентификация раковых клеток, динамический анализ сердечной деятельности, ультразвуковое изображение, биологические эволюционные исследования. Анализ изображений и др.
Военные приложения общественной безопасности: обнаружение и обнаружение военных целей, наведение ракет, интерпретация и идентификация различных разведывательных изображений, радар, обработка гидроакустических изображений, системы автоматизации управления и т. Д.
На кораблях, кораблях, самолетах и т. д. очень важную роль в восприятии окружающей обстановки играет система наблюдения.Система наблюдения и прицеливания, как правило, состоит из ПЗС-камеры и системы инфракрасного изображения.
Анализ и идентификация фотографий на месте, отпечатков пальцев и следов, идентификация и анализ портретов, печатей и почерков, обнаружение предметов в контейнерах с помощью радиационной радиации, рентгеновский контроль предметов, перевозимых людьми, и т.д.
Применение в промышленном производстве: применение технологий CAD и CAM для проектирования и производства абразивов и деталей, неразрушающего контроля, разведки нефтяного газа, разработки моделей текстиля, автоматического контроля и идентификации деталей сборочной линии, автоматической сортировки почты и автоматической сортировки. идентификации посылок и т.д.
Прогноз погоды: составление карты облачности погоды, передача, обработка и идентификация метеоспутников и т. д. На снимке виден глаз тайфуна.
Информационная безопасность: информация скрыта в цифровых водяных знаках, распознавании отпечатков пальцев, распознавании радужной оболочки глаза и распознавании лиц и т. д. Распознавание радужной оболочки: Распознавание радужной оболочки — менее навязчивая технология биометрии, связанной с глазами. Он использует довольно обычные элементы камеры и не требует от пользователя контакта с машиной. Кроме того, он позволяет добиться более высокой производительности сопоставления шаблонов. Поэтому он привлекает внимание самых разных людей. Среди всех биометрических технологий распознавание радужной оболочки глаза на данный момент является наиболее удобным и точным. Радужка состоит из довольно сложных волокон, а ее внутреннее строение определяется случайными сочетаниями еще до рождения. Технология распознавания радужной оболочки преобразует визуальные характеристики радужной оболочки в 512-байтовый код радужной оболочки. Тест Национальной лаборатории (NPL) в Великобритании сравнил семь методов исследования сетчатки глаза, радужной оболочки глаза, отпечатков пальцев, отпечатков ладоней, лица, голоса и динамики почерка. Распознавание радужной оболочки глаза в 1200 раз точнее, чем распознавание отпечатков пальцев, в 12 019 раз точнее, чем распознавание лиц, и в 40 000 раз точнее, чем распознавание голоса. Технология распознавания голоса является самой низкой из семи.
Общественная безопасность. Интеллектуальный анализ на основе изображений и комплексные прикладные услуги являются неизбежной тенденцией в развитии городских систем видеонаблюдения для обеспечения общественной безопасности. В текущей ситуации плотного городского населения и многих крупномасштабных групповых мероприятий моделирование восприятия ненормального поведения групп и реализация восприятия ненормального поведения могут значительно улучшить способность сети видеонаблюдения предотвращать и контролировать групповые события, а также улучшать интеллект и информацию. урбанизированной общественной безопасности Управление имеет большое практическое значение.