Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Обробка цифрових зображень

Скачати 90.98 Kb.

Обробка цифрових зображень




Скачати 90.98 Kb.
Дата конвертації30.03.2019
Розмір90.98 Kb.
Обробка цифрових зображень Основні етапи обробки зображення: отримання (введення) зображення; його перетворення і редагування; виділення обєктів або фаз на зображенні; проведення вимірювань; збереження і друк зображень і результатів аналізу; передача зображень. 1. Введення зображень в компютер проводиться за допомогою системи введення. Розрізняють такі системи: Аналогові 1CCD (одноматричні) і 3CCD (трьохматричні) телевізійні кольорові або чорно-білі камери в комплекті з платами оцифрування сигналу (фреймграбберами). Вони забезпечують отримання зображень достатньо високої якості насамперед за рахунок широких можливостей настроювання за кольором і ін. Аналогові системи використовують для запису динамічних процесів з високою частотою, наприклад, руху живих мікроорганізмів, і подальшого їх аналізу. 3CCD (трьохматричні) кольорові камери забезпечують чудові результати при зніманні мікроскопічних обєктів при великому збільшенні. Передача колірних характеристик максимально відповідає відтінкам, спостережуваним в мікроскоп, а висока роздільна здатність системи введення дозволяє бачити всі тонкі структури обєктів на захоплених зображеннях при роботі з великими збільшеннями, що важливе при дослідницькій роботі. Проте, аналогові камери такої якості досить дорогі, та і в цілому аналогові системи введення поступово витісняються цифровими телевізійними системами. Цифрові телевізійні кольорові або чорно-білі системи введення зображень. Розвиток таких систем почався в 90-х роках ХХ століття. Постійно підвищується їх якість, надійність, покращується роздільна здатність, удосконалюються технології виробництва, знижується ціна.
Ві́део (від лат. video - дивлюся, бачу) - під цим терміном розуміють широкий спектр технологій запису, обробки, передачі, зберігання й відтворення візуального і аудіовізуального матеріалу на моніторах.
Техноло́гія (від грец. τεχνολογια, що походить від грец. τεχνολογος; грец. τεχνη - майстерність, техніка; грец. λογος - (тут) передавати) - наука («корпус знань») про способи (набір і послідовність операцій, їх режими) забезпечення потреб людства за допомогою (шляхом застосування) технічних засобів (знарядь праці).
Такі системи відрізняються за роздільною здатністю і, відповідно, за ціною, всі ці системи введення забезпечують можливості настроювання за кольором, передачу зображення на монітор компютера в режимі безпосереднього відео, більшість з них може працювати в режимі накопичення сигналу, що є необхідним в умовах слабкого освітлення обєктів. Виробники програм для роботи із зображеннями прагнуть забезпечити підтримку найбільш популярних систем введення, щоб керування ними і захоплення зображень проводилося безпосередньо з програми. Цифрові фотоапарати. Використання цифрових фотоапаратів дозволяє макрознімання з наступною передачею отриманих зображень в компютер і забезпечує отримання зображень достатньо високої якості за роздільною здатністю і кольором.
Цифрова́ ка́мера, або цифрови́й апара́т - пристрій, що використовується для зйомки відео та створення фото-знімків або ж обох, в якому світлочутливим матеріалом є матриця або кілька матриць, що складаються з окремих пікселів, сигнал з яких представляється, обробляється і зберігається в самому апараті в цифровому вигляді.
Вибір системи введення здійснюється з урахуванням завдань, що стоять перед користувачем. Якщо необхідно вести запис динамічних процесів, наприклад, кровотоку в судинах, руху мікроорганізмів, то оптимальним є вибір аналогової камери в комплекті з платою оцифрування, що забезпечує можливість запису відео-роликів. За необхідності отримувати і аналізувати статичні зображення обєктів (наприклад, клітинних структур, мікроорганізмів), краще вибрати цифрові телевізійні системи введення, що забезпечують максимальну якість, можливість проведення аналізу і його обєктивність. 2. Перетворення зображень. Візуальну якість отриманого зображення змінюють для поліпшення зовнішнього вигляду зображень (щоб вони краще сприймалися людським оком, а також, щоб при кількісному аналізі зображень виділення обєктів або фаз надалі могло б бути проведене найкращим чином. Проте, при будь-якому перетворенні зображення частина первинної інформації втрачається. Тому необхідно, щоб зображення максимально високої якості захоплювалися на етапі введення. Для перетворення зображень використовуються різні методи фільтрації, які можна умовно розділити на такі групи: Зміна яскравості і контрастності зображень. При використанні цих методів перетворення міняються характеристики яскравості зображення, що відбивається на гістограмі яскравості по зображенню. Фільтри вирівнювання, що забезпечують вирівнювання зображень з погляду яскравості і кольору, що необхідне в тих випадках, коли є дефекти, наприклад, освітлювальної системи, що виражаються в тому, що фон зображень стає нерівномірним. Фільтри згладжування, що забезпечують очищення зображень від шумів. Фільтри деталізації, що забезпечують перетворення при межі (фазі), що може виражатися (залежно від застосованого фільтру) в посиленні різкості, виділенні меж обєктів (фаз), деталізації обєктів і т.д. 3. Виділення обєктів або фаз на зображенні. Для того, щоб отримувати кількісну інформацію по обєкти зображення за допомогою аналізатора, необхідною умовою є їх виділення щодо фону або сторонніх елементів. Виділення, розпізнавання обєктів зображення є важливим етапом обробки зображення. Стандартні методи виділення обєктів включають: Виділення за яскравістю. Виділення за кольором. Виділення за ознаками текстур. Ручне виділення. Найбільш простим методом виділення обєктів, що часто використовується, є виділення за яскравістю. При використанні цього методу виділення обєктів або фаз проводиться вибором всіх точок зображення, що потрапляють в певний інтервал яскравості. Такий відбір здійснюється за гістограмою яскравості для даного зображення. Оцифрованим зображенням є набір точок, яскравість яких (для 8-ми бітових зображень) лежить в інтервалі від 0 (абсолютно чорний колір) до 255 (абсолютно білий).
Чо́рний ко́лір - ахроматичний колір, точніше - відсутність світлового потоку від об'єкта. Відтінки чорного кольору іменуються сірим кольором.
Гістограма яскравості зображення показує процентний вміст точок певної яскравості. Виділення обєктів за яскравістю зазвичай проводиться методом встановлення граничних значень яскравості, і всі точки зображення, що знаходяться в межах даних значень, будуть виділені на зображенні як маски обєктів, які потім вимірюватимуться. Виділення обєктів за кольором проводиться з використанням колірних моделей, воно за характером є складнішим, ніж просте виділення за яскравістю, але дозволяє добитися кращих результатів в тих випадках, коли обєкти з однаковими характеристиками яскравості відрізняються за кольором. У сучасних аналізаторах зображень виділення обєктів зображення за кольором реалізується з використанням методу навчання, коли користувач системи вказує ділянки зображення, які необхідно виділяти. Навчена таким чином система на наступному зображенні автоматично виділятиме обєкти, відповідні за кольором вказаним ділянкам. Виділення за особливостями текстур найближче до механізмів дискримінації обєктів, які використовує людський мозок при їх розпізнаванні.
Головний мозок людини - головний орган центральної нервової системи (ЦНС), що складається з маси взаємозалежних нервових клітин.
Цей принцип полягає в пізнанні обєкту або фази не за яскравістю або колірними характеристиками, а за зовнішніми ознаками або особливостями текстур. Це відноситься до таких ситуацій, коли необхідно виділити шар (ділянку) з орієнтованою структурою усередині однорідної структури, яка не відрізняється від шару ні за яскравістю, ні за кольором, але відрізняється виключно на вигляд. Цей спосіб виділення найбільш складний для реалізації, і не всі існуючі аналізатори зображень здатні вирішувати задачу виділення за ознаками текстур. Ручне виділення обєктів або фаз використовується в тих випадках, коли їх не вдається виділити жодним з наведених вище способів. При ручному виділенні користувач системи указує їй, що вважати обєктом, а що - ні. 4. Проведення вимірювань. Тільки після того, як обєкти, що нас цікавлять, виділені, тобто тільки тоді, коли аналізатор зображень знає, що треба вважати обєктами, стають можливими їх вимірювання. Вимірювання, здійснювані за допомогою аналізатора, умовно можна розділити на ручні (лінійних і кутових параметрів, підрахунок обєктів) і автоматичні. Для проведення ручних вимірювань не потрібно виділяти обєкти зображення. Наприклад, вимірюючи лінійні розміри обєкту або структури, користувач системи вказує на зображенні початкову і кінцеву точку відрізання прямої або кривої лінії, отримуючи в таблиці або безпосередньо на зображенні інформацію про довжину відрізання. Найбільш цікавими для фахівця, що використовує аналізатор зображень, є автоматичні вимірювання обєктів або фаз, виділених за яскравістю, кольором або особливостям текстур. Сучасний аналізатор дозволяє отримати точну кількісну інформацію про десятки і сотні обєктів зображення за частки секунди. Вимірювані параметри можуть бути згруповані таким чином: площі (площа і периметр) розміру (діаметр, хорда, габарит, довжина, ширина і ін.) форми (чинник форми, округлість, подовжена і ін.) положення і орієнтації обєктів (координати X і Y, напрям і ін.) денситометричні або оптичні (яскравість, оптична щільність і ін.) 5. Збереження Досягнення компютерної техніки зробили можливим зберігання великої кількості цифрових зображень, навіть якщо для цього необхідні великі обєми памяті. Цифрове зображення можна записувати на магнітному та оптичному диску, або магнітній стрічці.
На даний час як магнітні носії систем і пристроїв ЦМЗ найчастіше використовуються магнітні стрічки і диски. В системах ЦМЗ, що застосовуються в інформаційно-вимірювальній техніці, в основному використовуються магнітні стрічки.
Опти́чний диск - носій даних у вигляді пластикового чи алюмінієвого диска, призначеного для запису й відтворення звуку, зображення, буквенно-цифрової інформації тощо за допомогою лазерного променя. Щільність запису - понад 108 біт/см.
Для зменшення необхідних розмірів сховищ цифрові зображення зазвичай стискають. В растрових файлах стискаються тільки дані зображення, а заголовок і решта даних (таблиця кольорів, кінцівка і т.п.) завжди залишаються нестисненими (вони, як правило, займають незначну частину растрового файлу). Стискання інформації здійснює програма-компресор, а відновлення – програма-декомпресор. Більшість алгоритмів стискання забезпечують кодування без втрат, коли дані при розпаковуванні повністю відновлюються. Методи кодування з втратами передбачають відкидання деяких даних зображення для досягнення кращої міри стискання, ніж за методами без втрат. При цьому важливо, щоб втрата деякої частини даних була прийнятною або навіть доцільною. Найбільш поширеними алгоритмами стискання даних є групове кодування (RLE), алгоритм Лемпела-Зіва-Велча (LZW), кодування CCITT (Хафмена), технологія JPEG, алгоритм ART, алгоритми фрактального стискання зображень. Для зберігання зображень в комп’ютерній графіці використовують декілька десятків форматів файлів.
Формат файлу (або тип файлу) в інформатиці - це усталений стандарт запису інформації у файлі даного типу. Спосіб кодування інформації або даних залежить від застосованої комп'ютерної програми. Часто формат файлу визначається його розширенням.
Формат GIF (розширення імені файлу .GIF). GIF (Graphics Interchange Format – формат взаємообміну графікою) є растровим форматом і розроблявся для мереж з низькими швидкостями передачі даних.
Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.
Він став першим графічним форматом, що підтримується Web. GIF здатен ефективно стискати графічні дані, використовуючи алгоритм LZW, який належить до алгоритмів стискання без втрат. При застосуванні цього алгоритму динамічно створюється таблиця перетворення стрічок: повторюваним послідовностям символів ставляться у відповідність кодові фрази, які мають менший розмір, ніж самі дані. Надалі у всьому зображенні використовуються вже створені ключові фрази. Так як кодові фрази мають менший розмір, ніж зразки даних, відбувається стискання. Анімаційні файли GIF дозволяють в одному файлі зберігати декілька зображень, які відтворюються послідовно. Наприклад, якщо частина зображення представлена числами 1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, то послідовності 1, 2, 3, 4, 5 ставиться у відповідність код 1. Після цього описаний вище фрагмент представляється послідовністю 1, 1, 1, що дозволяє зекономити пам’ять. Правила кодування містяться в хеш-таблиці, яка приєднується до зображення. З допомогою хеш-таблиці програма декодування може коректно відновити зображення Формат JPEG (розширення імені файлу .JPG). JPEG (Joint Photographic Experts Group - обєднана група експертів по фотографії) призначений для зменшення розмірів файлів растрових зображень, що мають плавні переходи кольорових тонів і відтінків. Дозволяє регулювати співвідношення між мірою стискання файлу і якістю зображення. JPEG стискує зображення, зберігаючи його повну чорно-білу версію і більшу частину колірної інформації. Так як зберігається не вся колірна інформація, JPEG є форматом із втратами, що проявляється, особливо в сильно стиснених файлах, в вигляді розмитого або випадкового розподілення пікселів. На відміну від алгоритму стискання GIF, який аналізує файли по рядках, JPEG розбиває зображення на області близьких кольорів. Схема JPEG заснована на відкиданні інформації, яку важко помітити візуально. Невеликі зміни кольору погано розпізнаються оком людини, а от незначні зміни інтенсивності (світліше чи темніше) - краще. Виходячи з цього, кодування з втратами JPEG прагне до дбайливого поводження з напівтоновою частиною зображення, але більш вільно поводиться з кольором. При цьому анімація, чорно-білі ілюстрації і документи, а також типова векторна графіка, як правило, стискуються погано.
Ве́кторна гра́фіка (також геометричне моделювання або об'єктно-орієнтована графіка) - створення зображення в комп'ютерній графіці з сукупності геометричних примітивів - (точок, ліній, кривих, полігонів), тобто об'єктів, які можна описати математичними виразами.
Формат PNG (Portable Network Graphics - мережева графіка, що переноситься) підтримує три типи зображень – кольорові з глибиною 8 або 24 біти і чорно-білі з градацією 256 відтінків сірого. Стискання інформації здійснюється без втрат, передбачені 254 рівні альфа-каналу та черезрядкова розгортка. Вважається, що PNG забезпечує краще стискання, ніж GIF (на 10 –30 ), що залежить від якості кодувальника. Специфікація формату PNG включає можливості автоматичної корекції кольорів при перенесенні зображень між апаратними платформами і ефектів змінної прозорості. Формат TIFF (розширення імені файлу .TIF). TIFF (Tagged Image File Format – теговий формат файлу зображень) є растровим і призначений для збереження зображень високої якості та великого розміру. Забезпечує зберігання чорно-білих зображень та зображень з глибиною кольору 8, 16, 24 і 32 біт.
Глибина кольору, бітова глибина (англ. Color Depth, Bits per Pixel) - визначається кількістю бітів, які використовуються для представлення кольору одного пікселя растрового зображення.
Для зменшення розміру файлу використовуватися вмонтований алгоритм стискання без втрат. У разі використання формату TIFF можна зберігати контури для зазначення місця обтинання малюнка під час друку, прозорість та іншу додаткову інформацію про зображення. 6. Передача зображень. Для ефективної архівації та передачі зображень через комп’ютерні мережі останнім часом все більше використовуються системи PACS (Picture Archiving and Communication System), котрі припускають створення спеціальних архівів на серверах, де досить обємний архів може існувати тривалий час й бути швидко доступним для пошуку й перегляду необхідної інформації в мережі. Одна з обовязкових властивостей PACS систем – це робота із протоколом DICOM (формування, передача і зберігання медичних зображень) і взаємодія з медичним обладнанням (наприклад, рентген, комп’ютерна та магнітно-резонансна томографія).
Магні́тно-резона́нсна томогра́фія, МРТ (англ. Magnetic resonance tomography, MRT або англ. Magnetic resonance imaging, MRI) - це томографічний метод дослідження внутрішніх органів і тканин з використанням фізичного явища ядерного магнітного резонансу (ЯМР).
Функціональні можливості PACS дозволяють: включати до складу документів файли будь-яких типів (малюнки, відео, документи Word і т.д.); відображати їх на робочому столі; здійснювати пошук за заданими критеріями; працювати з ними за допомогою спеціальних програм.


Скачати 90.98 Kb.