14. ОБРАБОТКА И ФИЛЬТРАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Первые работы, посвященные вопросам цифровой обработки изображений, появились в 60-х годах прошлого столетия, и с тех пор интерес к этим проблемам и, соответственно, количество публикаций стремительно растут. Не будем подробно останавливаться на разнообразных применениях систем и устройств формирования изображений, а также методов и алгоритмов цифровой обработки изображений - они известны даже неспециалистам. Задача данного раздела - дать читателю некоторые базовые знания об особенностях изображений как информационных процессов, типах и моделях помех, методах и алгоритмах их фильтрации и обработки.
14.1. Особенности изображений как информационных процессов
Под изображением обычно понимают некоторую оценку пространственного распределения интенсивности или амплитуды отраженных (или излученных) собственно объектом сигналов. Согласно этому определению, формируемое изображение всегда является лишь оценкой, с той или иной точностью воспроизводящей истинное пространственное распределение. Факторы, определяющие точность этой оценки, будут рассмотрены позднее. Из определения следует, что системы формирования изображений (СФИ) могут быть как активными, то есть обрабатывающими отраженный объектом излученный ими же сигнал, так и пассивными, регистрирующими собственное излучение объекта. Существуют также активно-пассивные системы.
Классификация СФИ на активные и пассивные не является единственно возможной. Имеется много других признаков, по которым можно провести классификацию, например, по диапазону волн, являющихся носителями информации об объекте.
Для большинства приложений носителями информации служат электромагнитные волны оптического, инфракрасного и радиодиапазонов. Большинство людей привыкли воспринимать информацию из изображений оптического диапазона (черно-белых или цветных), даже не осознавая этого. Меньшее число сталкивалось с изображениями, полученными СФИ инфракрасного диапазона, но воспринимать и интерпретировать их без соответствующих навыков гораздо тяжелей. И, наверное, совсем немногим приходилось работать с радиоизображениями (РИ), которые даже для сравнительно простых типов объектов (береговой район) заметно отличаются от оптических по информационному содержанию, характеристикам помех и другим свойствам (см. рис. 14.1). В частности, для РИ обычно выше уровень помех, на них практически не видны облака, которые достаточно заметны на темных участках оптического изображения, соответствующих водной поверхности (в левом нижнем углу изображения на рис. 14.1,б).
а) б)
Рис. 14.1. Изображения одного и того же участка земной поверхности, полученные системами дистанционного зондирования в радио (а) и оптическом (б) диапазонах электромагнитных волн
Еще одним типом изображений являются рентгеновские, для которых длина волны используемого электромагнитного излучения меньше, чем для оптических изображений (рис. 14.2а).
Однако носителями информации могут быть не только электромагнитные, но и акустические волны, характеризуемые существенно меньшей (на несколько порядков) скоростью распространения в среде. Типичным примером акустических изображений являются ультразвуковые изображений (УЗИ), широко используемые в медицинской практике (рис. 14.2,б). Даже приведенные на рис. 14.1 и 14.2 примеры свидетельствуют о том, насколько разнообразны применения СФИ.
В соответствии с принципом формирования изображений СФИ могут подразделяться на некогерентные и когерентные, использующие при обработке принятых сигналов фазовую информацию.
Еще один признак для классификации СФИ - число каналов. Изображения могут быть одноканальными (примеры приведены на рис. 14.2) и многоканальными. Простейшим примером многоканальных изображений являются цветные оптические изображения, представленные, например, в формате RGB (трех компонентных изображений - красного, зеленого и синего).
а) б)
Рис. 14.2. Рентгеновское (а) и ультразвуковые (б) изображения
В настоящее время используется и большое количество других многоканальных СФИ, например, мульти- и гиперспектральные оптические сенсоры, для которых число каналов соответственно имеет порядок десятков и сотен, а также многоканальные радиолокационные системы, включающие обычно несколько (единицы) подсистем, формирующих так называемые компонентные (одноканальные) изображения для различных рабочих частот и поляризаций сигналов.
Одноканальные изображения проще и быстрее обрабатывать, но многоканальные изображения содержат, как правило, существенно больший объем полезной информации об объектах. Простейший пример, позволяющий подтвердить сказанное, - черно-белые (одноканальные) и обычные цветные (трехканальные) оптические изображения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.