数字图像处理简介

简介

信号处理是电气工程和数学中的一门学科，它涉及模拟和数字信号的分析和处理，以及对信号的存储、过滤和其他操作。这些信号包括传输信号、声音或语音信号、图像信号和其他信号等。

在所有这些信号中，处理输入为图像且输出也是图像的信号类型的领域就是图像处理。顾名思义，它处理图像。

它可以进一步分为模拟图像处理和数字图像处理。

模拟图像处理

模拟图像处理是在模拟信号上进行的。它包括对二维模拟信号的处理。在这种类型的处理中，通过改变电信号以电方式操纵图像。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应用范围更广而占据了模拟图像处理的主导地位。

数字图像处理

数字图像处理涉及开发对数字图像执行操作的数字系统。

什么是图像

图像只不过是二维信号。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。

任何一点的 f(x,y) 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查看的数字图像的示例。但实际上，该图像不过是一个介于 0 到 255 之间的二维数字数组。

每个数字代表函数 f(x,y) 在任意点的值。在本例中，值 128、230、123 分别代表一个像素值。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

如果图像是二维数组，那么它与信号有什么关系？为了理解这一点，我们首先需要了解什么是信号？

信号

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

信号可以是一维、二维或更高维的信号。一维信号是随时间测量的信号。常见的例子是语音信号。

二维信号是通过其他物理量测量的信号。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介绍一维或二维信号以及更高信号的形成和解释方式。

关系

因为在两个观察者之间在物理世界中传达信息或广播消息的任何东西都是信号。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，并根据我们与之交谈的人的时间进行转换。 不仅如此，数码相机的工作方式也是如此，因为从数码相机获取图像时涉及将信号从系统的一部分传输到另一部分。

数字图像的形成方式

因为从相机捕获图像是一个物理过程。阳光被用作能源。传感器阵列用于获取图像。因此，当阳光照射到物体上时，传感器会感应到该物体反射的光量，并根据感应到的数据量生成连续的电压信号。为了创建数字图像，我们需要将这些数据转换为数字形式。这涉及采样和量化。（稍后将讨论）。采样和量化的结果会产生一个二维数组或数字矩阵，它们只不过是数字图像。

重叠字段

机器/计算机视觉

机器视觉或计算机视觉涉及开发一个系统，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的系统。该系统看起来会像这样。

计算机图形学

计算机图形学处理从对象模型形成图像，而不是通过某些设备捕获图像。例如：对象渲染。从对象模型生成图像。这样的系统看起来会像这样。

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方面有许多应用。例如：开发计算机辅助诊断系统，帮助医生解读 X 射线、MRI 等图像，然后突出显示医生要检查的显眼部分。

信号处理

信号处理是一个总称，图像处理位于其下。物理世界（3d 世界）中物体反射的光量通过相机的镜头，变成 2d 信号，从而形成图像。然后使用信号处理方法将该图像数字化，然后在数字图像处理中处理该数字图像。