数字图像处理导论

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导论

信号处理是电气工程和数学的一个学科，它处理模拟和数字信号的分析和处理，并处理信号的存储、滤波和其他操作。这些信号包括传输信号、声音或语音信号、图像信号以及其他信号等。

在所有这些信号中，处理输入为图像、输出也为图像的信号类型的领域称为图像处理。顾名思义，它处理图像的处理。

它可以进一步细分为模拟图像处理和数字图像处理。

模拟图像处理

模拟图像处理是对模拟信号进行的。它包括对二维模拟信号的处理。在这种类型的处理中，图像通过改变电信号以电气方式进行操作。常见的例子包括电视图像。

随着时间的推移，数字图像处理由于其更广泛的应用而占据了模拟图像处理的主导地位。

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数字图像处理

数字图像处理处理的是开发一个数字系统，该系统对数字图像执行操作。

什么是图像

图像只不过是一个二维信号。它由数学函数 f(x,y) 定义，其中 x 和 y 是水平和垂直的两个坐标。

f(x,y) 在任何点的值都给出了图像该点的像素值。

上图是您现在在计算机屏幕上看到的数字图像的示例。但实际上，此图像只不过是 0 到 255 之间的二维数字数组。

每个数字代表函数 f(x,y) 在任何点的值。在这种情况下，值 128、230、123 分别代表单个像素值。图片的尺寸实际上是这个二维数组的尺寸。

数字图像和信号之间的关系

如果图像是一个二维数组，那么它与信号有什么关系呢？为了理解这一点，我们需要首先了解什么是信号？

信号

在物理世界中，任何可以通过时间、空间或任何更高维度测量的量都可以作为信号。信号是一个数学函数，它传达一些信息。

信号可以是一维信号、二维信号或更高维信号。一维信号是在时间上测量的信号。常见的例子是语音信号。

二维信号是在其他一些物理量上测量的信号。二维信号的例子是数字图像。我们将在下一个教程中更详细地了解如何形成和解释一维或二维信号和更高维信号。

关系

由于任何在物理世界中在两个观察者之间传达信息或广播消息的东西都是信号。这包括语音或（人声）或图像作为信号。因为当我们说话时，我们的声音被转换成声波/信号，并相对于我们正在说话的人进行转换。不仅如此，数码相机的运作方式也是如此，因为从数码相机获取图像涉及将信号从系统的一个部分传输到另一个部分。

数字图像的形成方式

由于从相机捕获图像是一个物理过程。阳光被用作能量来源。传感器阵列用于图像采集。因此，当阳光照射到物体上时，物体反射的光量由传感器感测，并且根据感测到的数据量生成连续的电压信号。为了创建数字图像，我们需要将此数据转换为数字形式。这涉及采样和量化。（稍后讨论）。采样和量化的结果是一个二维数组或数字矩阵，它们只不过是数字图像。

重叠领域

机器/计算机视觉

机器视觉或计算机视觉处理的是开发一个系统，其中输入是图像，输出是一些信息。例如：开发一个扫描人脸并打开任何类型锁定的系统。这个系统看起来像这样。

计算机图形学

计算机图形学处理的是从物体模型形成图像，而不是图像由某些设备捕获。例如：物体渲染。从物体模型生成图像。这样的系统看起来像这样。

人工智能

人工智能或多或少是将人类智能融入机器的研究。人工智能在图像处理中有很多应用。例如：开发计算机辅助诊断系统，帮助医生解释 X 光、MRI 等图像，然后突出显示需要医生检查的显眼部分。

信号处理

信号处理是一个总括概念，图像处理位于其下。物理世界（三维世界）中物体反射的光量穿过相机的镜头并变成二维信号，从而形成图像。然后使用信号处理方法对该图像进行数字化，然后在数字图像处理中操作此数字图像。