Introdução ao processamento digital de imagens

Introdução

O processamento de sinais é uma disciplina da engenharia elétrica e da matemática que lida com a análise e o processamento de sinais analógicos e digitais e com o armazenamento, filtragem e outras operações em sinais. Esses sinais incluem sinais de transmissão, sinais de som ou voz, sinais de imagem e outros sinais, etc.

De todos esses sinais, o campo que trata do tipo de sinal para o qual a entrada é uma imagem e a saída também é uma imagem é feito no processamento de imagens. Como o próprio nome sugere, trata do processamento de imagens.

Ele pode ser dividido em processamento de imagem analógico e processamento de imagem digital.

Processamento analógico de imagem

O processamento analógico da imagem é feito em sinais analógicos. Inclui processamento em sinais analógicos bidimensionais. Nesse tipo de processamento, as imagens são manipuladas por meios elétricos, variando o sinal elétrico. O exemplo comum é a imagem da televisão.

O processamento de imagem digital tem dominado o processamento de imagem analógica com o passar do tempo devido à sua ampla gama de aplicações.

Processamento digital de imagens

O processamento digital de imagens trata do desenvolvimento de um sistema digital que realiza operações em uma imagem digital.

O que é uma imagem

Uma imagem nada mais é do que um sinal bidimensional. É definido pela função matemática f (x, y) onde xey são as duas coordenadas horizontal e verticalmente.

O valor de f (x, y) em qualquer ponto é o valor do pixel naquele ponto de uma imagem.

A figura acima é um exemplo de imagem digital que você está vendo agora na tela do computador. Mas, na verdade, esta imagem nada mais é do que uma matriz bidimensional de números variando entre 0 e 255.

128	30	123
232	123	321
123	77	89
80	255	255

Cada número representa o valor da função f (x, y) em qualquer ponto. Neste caso, o valor 128, 230, 123 cada um representa um valor de pixel individual. As dimensões da imagem são, na verdade, as dimensões dessa matriz bidimensional.

Relação entre uma imagem digital e um sinal

Se a imagem é uma matriz bidimensional, o que isso tem a ver com um sinal? Para entender isso, precisamos primeiro entender o que é um sinal?

Sinal

No mundo físico, qualquer quantidade mensurável através do tempo no espaço ou qualquer dimensão superior pode ser tomada como um sinal. Um sinal é uma função matemática e transmite algumas informações.

Um sinal pode ser unidimensional ou bidimensional ou um sinal de dimensão superior. O sinal unidimensional é um sinal medido ao longo do tempo. O exemplo comum é um sinal de voz.

Os sinais bidimensionais são aqueles medidos em outras quantidades físicas. O exemplo de sinal bidimensional é uma imagem digital. Veremos com mais detalhes no próximo tutorial como sinais unidimensionais ou bidimensionais e sinais superiores são formados e interpretados.

Relação

Pois qualquer coisa que transmita informações ou transmita uma mensagem no mundo físico entre dois observadores é um sinal. Isso inclui a fala ou (voz humana) ou uma imagem como um sinal. Desde quando falamos, nossa voz é convertida em onda / sinal sonora e transformada em relação ao tempo para a pessoa com quem estamos falando. Não só isso, mas a forma como uma câmera digital funciona, já que a aquisição de uma imagem de uma câmera digital envolve a transferência de um sinal de uma parte do sistema para outra.

Como uma imagem digital é formada

Já que capturar uma imagem de uma câmera é um processo físico. A luz solar é usada como fonte de energia. Uma matriz de sensores é usada para a aquisição da imagem. Portanto, quando a luz do sol incide sobre o objeto, a quantidade de luz refletida por esse objeto é detectada pelos sensores e um sinal de voltagem contínuo é gerado pela quantidade de dados detectados. Para criar uma imagem digital, precisamos converter esses dados em formato digital. Isso envolve amostragem e quantização. (Eles são discutidos mais tarde). O resultado da amostragem e quantização resulta em uma matriz bidimensional ou matriz de números que nada mais é do que uma imagem digital.

Campos sobrepostos

Visão de máquina / computador

A visão mecânica ou por computador trata do desenvolvimento de um sistema em que a entrada é uma imagem e a saída algumas informações. Por exemplo: Desenvolver um sistema que escaneia o rosto humano e abre qualquer tipo de fechadura. Este sistema seria mais ou menos assim.

Gráficos de computador

A computação gráfica lida com a formação de imagens a partir de modelos de objetos, em vez da imagem ser capturada por algum dispositivo. Por exemplo: Renderização de objetos. Gerando uma imagem a partir de um modelo de objeto. Esse sistema seria mais ou menos assim.

Inteligência artificial

A inteligência artificial é mais ou menos o estudo de colocar a inteligência humana em máquinas. A inteligência artificial tem muitas aplicações no processamento de imagens. Por exemplo: desenvolver sistemas de diagnóstico auxiliados por computador que auxiliem os médicos na interpretação de imagens de raios-X, ressonância magnética, etc. e, em seguida, destacando a seção visível a ser examinada pelo médico.

Processamento de sinal

O processamento de sinais é um guarda-chuva e o processamento de imagens está sob ele. A quantidade de luz refletida por um objeto no mundo físico (mundo 3D) passa pelas lentes da câmera e se torna um sinal 2d e, portanto, resulta na formação da imagem. Essa imagem é então digitalizada usando métodos de processamento de sinal e, em seguida, essa imagem digital é manipulada no processamento de imagem digital.